KR101473915B1 - 연소효율 향상을 위한 공기와 연료의 혼합장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기와연료의 혼합장치에 관한 것으로, 하우징, 공기의 유동을 제어하도록 하우징에 내장된 공기조절부 및, 연료의 유동을 제어하도록 하우징에 내장된 연료조절부를 구비하는 혼합장치에 있어서, 연료조절부는 연료의 공급량을 조절하기 위해 연료의 유동경로에 형성된 다수의 연료조절공을 포함하여 이루어지고, 연료조절공은 공기조절부에서 공급되는 공기의 양에 비해 연료를 상대적으로 비례하여 공급하도록 개방 면적이 가변되도록 함으로써, 공기의 공급량에 대해 상대적으로 연료의 공급량이 비례하여 연소효율을 극대화할 수 있는 최적의 비율로 공기와 연료가 공급되도록 한 것이다.

Description

연소효율 향상을 위한 공기와 연료의 혼합장치{Air and fuel mixing device for combustion efficiency}

본 발명은 공기와 연료를 혼합하는 혼합장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공기와 연료가 상대적으로 비례하여 공급되도록 한 연소효율 향상을 위한 공기와 연료의 혼합장치에 관한 것이다.

일반적으로, 식당등에 사용되는 업소용 버너는 단일 또는 다수의 버너와, 이 버너로 공기 및 LPG 또는 LNG와 같은 가스연료를 공급하는 다수의 배관을 포함하여이루어지고, 한 번에 여러 개의 용기를 가열할 수 있도록 된 것이다. 이러한 버너는 공기와 가스연료를 별도로 공급하여 연소시키는 방식이 있고, 이 방식은 버너에서 연소가 잘 이루어지지 않아서 연소효율이 낮다. 이를 개선하기 위해 혼합장치를 이용하여 공기와 가스연료를 강제로 혼합하여 버너로 공급하는 혼합장치가 개발되었다.

이러한 종래의 혼합장치의 일 예로, 대한민국 등록특허 제0691563(발명의 명칭:음식점용 가스렌지)가 개시되어 있다. 이를 간략히 살펴보면, 도 1 및 도 2에서와 같이, 조절레버(10), 에어공급관(11)을 개폐하기 위한 에어조절구(12)가 형성되면서 조절레버(10)에 의해 회전하도록 설치된 작동유닛(13), 작동유닛(13)의 일측 단부에 장착된 편심작동체(14), 작동유닛(13)에 의한 편심작동체(14)의 회전으로 상,하 이동하면서 가스노즐(15)을 개폐하도록 설치된 이동체(16) 및, 개방된 가스노즐(15)에서 유입된 가스가 에어조절구(12)를 통과하여 가스에어관(17)으로 유입된 공기와 혼합되기 위해 가스의 유동을 안내하도록 형성된 가스공급공(18)을 포함하여 이루어졌다. 이때, 가스탱크로부터 가스노즐(15)까지 가스가 공급되어야 하고, 이 상태에서 편심작동체(14)의 회전 및 이동체(16)의 상,하 이동을 통해 가스가 공급되었다.

하지만, 작동유닛(13)의 동작시 에어조절구(12)가 처음 열리는 시작 각도부터 완전 열리는 각도까지의 공급되는 공기량과, 편심작동체(14)의 회전으로 설치된 이동체(16)를 통하여 공급되는 가스량이 최적의 비율로 이루어지지 않으며, 최대로 열린 시점의 공기량과 가스량의 비율이 최적의 비율일 경우, 처음과 중간 단계 이전은 가스가 과잉 공급되어 버너에서 화염의 불완전 연소로 유해가스와 검댕이 다량 발생하여 사용자의 건강이 나빠지고, 플레어 현상으로 주변 온도를 상승시켜 주방의 온도가 상승되는 문제가 발생하였다. 반대로 처음과 중간 과정까지 공기비율을 최적화하면, 중간 이후에 화염의 리프팅 현상으로 화염이 소화되어 사용 자체를 하지 못하여 사용자의 요구를 충족하지 못하였다. 즉, 가스공급공(18)을 통해 분출되는 가스의 양은 항상 일정하지만, 작동유닛(13)의 회전각도에 따라 에어조절구(12)를 통해 유동하는 공기의 양은 가변될 수 있기 때문에 가스와 공기의 혼합비율이 작동유닛(13)의 회전각도에 따라 달라져 궁극적으로 불완전 연소가 이루어졌다.

또한, 가스공급공(18)의 직경이 작고,가스 유입단부와 가스 배출단부의 가스 압력이 동일하기 때문에 가스에어관(17)으로 분출되는 가스의 압력이 강하여 낮은 압력으로 유동하는 공기와 고압으로 유동하는 가스의 혼합이 원활이 이루어지지 못하여 불완전 연소가 이루어지는 문제점이 있었다.

KR0691563 10

상기 문제를 해소하기 위해 안출된 본 발명은, 혼합관에 공급된 공기의 유동량에 따라 가스의 공급량이 상대적으로 비례하여 가변되도록 함으로써, 연소장치에서의 연소효율이 향상되도록 한 연소효율 향상을 위한 공기와 연료의 혼합장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 연소효율 향상을 위한 공기와 연료의 혼합장치는, 하우징, 공기의 유동을 제어하도록 하우징에 내장된 공기조절부 및, 연료의 유동을 제어하도록 하우징에 내장된 연료조절부를 구비하는 혼합장치에 있어서, 연료조절부는 연료의 공급량을 조절하기 위해 연료의 유동경로에 형성된 다수의 연료조절공을 포함하여 이루어지고, 연료조절공은 공기조절부에서 공급되는 공기의 양에 비해 연료를 상대적으로 비례하여 공급하도록 개방 면적이 가변되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 다수의 연료조절공이 형성된 연료조절부재는 하우징에 형성된 장착홈에 삽입되어 고정되고, 연료조절공을 통과한 연료의 유동압이 와류에 의해 감소되도록 연료조절공이 위치하는 중앙부위에 오목하게 형성된 감압공간을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 연료조절부는 연료배출구를 통해 배출된 연료가 통과하여 연료조절공으로 유동하도록 연료조절공과 동일한 개수로 하우징에 형성되고, 연료조절체의 회전각도에 따라 연료배출구와 점진적으로 개방되는 다수의 연료공급홀; 및 연료유입부에서 유입된 연료가 항상 일정한 유량을 연료조절체로 유입되도록 연료유입부와 연료조절체 사이에 설치된 오리피스;를 더 포함하여 이루어지고, 연료조절체는 연료유입부측으로 외경이 감소하는 절두체형상이고, 절두체형상과 상응하게 형성된 하우징의 내면과 밀착되며, 연료조절체의 외면과 하우징의 내면에는 연료의 유출을 방지하기 위해 윤활유가 도포되어 유막이 형성되며, 연료배출구는 연료조절체의 내부로 유입된 연료를 연료공급홀로 배출하도록 연료조절체의 내부를 절개하여 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 공기조절부는 공기의 유동량을 조절하기 위해 공기의 유동경로 상에 위치하도록 공기조절홀이 형성되고, 하우징의 내면과의 사이에 간격이 형성되며, 공기조절홀을 통과하는 공기의 유동이 차단된 상태에서도 간격을 통해 공기유입부에서 유입된 공기를 배출하기 위해 하우징에 회전하도록 내장된 공기조절체를 포함하고, 공기조절체는 공기조절체와 하우징 사이에 형성된 간격을 유지하기 위해 하우징에 장착되도록 일측부에 돌출 형성된 제1체결부; 제1체결부의 타측부위에 형성되어 연료조절체의 일측부위에 형성된 결합부와 결합되는 제2체결부;를 포함하여 이루어지고, 공기조절체와 연료조절체가 연동하여 회전하도록 설치되고, 공기조절체와 연료조절체의 회전각도에 따라 공기조절체를 통과하는 공기의 유동량과 상대적으로 비례하여 연료조절체의 연료배출구, 연료공급홀 및 연료조절공을 통과하는 연료의 유동량이 가변되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 공기조절부에서 공급된 공기가 유입되는 제1혼합관; 제1혼합관의 선단부에 장착된 제2혼합관; 및 연료조절부에서 유입된 연료를 제2혼합관에 분출하도록 일단부가 제1혼합관에 장착되면서 연료조절부재에 밀폐되어 고정되고, 타단부가 제1혼합관과 제2혼합관의 결합부위를 지나 제2혼합관에 위치하는 연료공급관을 구비한 혼합연료생성부를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

상술된 바와 같이 본 발명에 따르면, 손잡이의 회전으로 공기조절체 및 연료조절체가 함께 회전하면서 공기 및 연료가 공급되고, 공기와 연료가 상대적으로 비례하여 공급됨으로써, 연소효율을 극대화할 수 있도록 공기와 연료가 최적의 혼합비율로 공급하는 효과가 있다. 이를 연료공급량의 관점에서 보면, 연료조절체와 연료안내관 사이에 직경이 다른 다수의 연료조절공이 형성되고, 이 연료조절공의 개방정도가 손잡이의 회전에 의해 연료조절체에서 점진적으로 개방됨으로써, 손잡이의 회전에 의해 공급되는 공기의 양에 따라 연료조절체에서 제2혼합관으로 분출되는 연료의 양이 상대적으로 비례하여 공급되고, 따라서 연소장치에서의 연소효율을 극대화할 수 있는 최적의 혼합비율을 제공하는 효과가 있다.

또한, 연료유입부를 통해 공급된 연료가 오리피스를 통해 연료조절체에 유입됨으로써, 항상 일정한 연료가 연료조절체로 유입되는 효과가 있다.

또한, 연료조절체를 통과한 연료가 와류에 의해 유동압 및 유동속도가 감소된 후 제2혼합관에 분출되어 제2혼합관에서의 공기와 연료의 혼합이 원활이 이루어지는 효과가 있다.

또한, 제2혼합관에서는 연료가 연료공급관을 통해 공기의 유동방향과 동일하게 분출되어 공기와 혼합됨으로써, 공기의 유동흐름 및 유동압에 방해되지 않으면서 자연스럽게 혼합되는 효과가 있다.

또한, 연료공급관에 의해 연료가 제1혼합관과 제2혼합관의 결합부위를 지나서 분출되어 제2혼합관에서 공기와 연료가 혼합되도록 함으로써, 혼합연료가 연소장치로 원활히 유동하고, 만일 제1혼합관과 제2혼합관의 결합부위에서의 누출이 발생할 경우 혼합연료가 아닌 공기가 누출되도록 하여 화재등과 같은 만약의 경우를 대비하는 효과가 있다.

그리고, 공기조절체가 하우징의 내면과 일정한 간격을 이루어 내장되고, 이 간격을 통해 공기유입이 폐쇄된 상태에서도 항상 일정량의 공기가 공기유입부에서 혼합관으로 유동도록 함으로써, 제1,2혼합관을 통한 공기 또는 연료의 역류 현상이나, 연소장치측에서 화염이 역화(逆火)하는 현상을 방지하여 화재 또는 폭발의 위험을 방지하는 효과가 있다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 안된다.
도 1 및 도 2는 종래의가스버너의 연료혼합장치에서 주요부위 및 작동관계가 개략적으로 도시된 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 예에 따른 연소효율 향상을 위한 공기와 연료의 혼합장치가 도시된 사시도이다.
도 4는 도 3의 측면도이다.
도 5는 도 3에 도시된 혼합장치의 제1실시 예에 따른 내부가 도시된 단면도이다.
도 6은 도 5의 측면도이다.
도 7은 도 5에 도시된 커버 및 과회전방지부재가 분리 도시된 사시도이다.
도 8a 및 도 8b는 도 5에 도시된 공기조절체가 도시된 사시도 및 측면도이다.
도 9a 및 도 9b는 도 5에 도시된 연료조절체가 도시된 사시도이다.
도 10은 도 5에 도시된 공기조절체와 연료조절체의 결합사시도이다.
도 11은 도 5의 하우징이 도시된 단면사시도이다.
도 12는 도 5 및 도 10에 도시된 연료분배부재가 도시된 평면도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

<구성>

도 3은 본 발명의 바람직한 예에 따른 연소효율 향상을 위한 공기와 연료의 혼합장치가 도시된 사시도이고, 도 4는 도 3의 측면도이며, 도 5는 도 3에 도시된 혼합장치의 제1실시 예에 따른 내부가 도시된 단면도이고, 도 6은 도 5의 측면도이며, 도 7은 도 5에 도시된 커버 및 과회전방지부재가 분리 도시된 사시도이고, 도 8a 및 도 8b는 도 5에 도시된 공기조절체가 도시된 사시도 및 측면도이며, 도 9a 및 도 9b는 도 5에 도시된 연료조절체가 도시된 사시도이고, 도 10는 도 5에 도시된 공기조절체와 연료조절체의 결합사시도이며, 도 11은 도 5의 하우징이 도시된 단면사시도이고, 도 12는 도 5 및 도 10에 도시된 연료분배부재가 도시된 평면도이다.

본 발명에 따른 연소효율 향상을 위한 공기와 연료의 혼합장치는 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 하우징(100), 혼합유량조절부(200), 공기조절부(300), 연료조절부(400) 및, 공기와 연료가 혼합되는 혼합연료 생성부(500)가 포함되어 이루어진다.

하우징(100)은 도 3 및 도 4에서와 같이, 일측부위에 공기와 연료의 유동량을 조절하는 혼합유량조절부(200)가 장착되고, 공기조절부(300) 및 연료조절부(400)가 내장되며, 상부에 공기조절부(300)를 통과한 공기와 연료조절부(400)를 통과한 연료가 유입되어 혼합되는 혼합연료 생성부(500)가 장착된다.

혼합유량조절부(200)는 도 4 내지 도 6에서와 같이, 하우징(100)의 일측에 장착된 커버(210), 커버(210)를 관통하여 일단부에 공기조절부(300)의 공기조절체(330)를 회전시키도록 장착된 샤프트(220) 및, 샤프트(220)의 타단부에 장착되어 공기조절체(330)와 연료조절체(430)를 회전시키는 손잡이(230)가 포함되어 이루어진다. 여기서, 손잡이(230)를 회전시키면 샤프트(220)를 통해 공기조절체(330)가 회전하고, 공기조절체(330)와 연동하도록 설치된 연료조절체(430)가 회전하도록 이루어진다. 이에 대한 자세한 설명은 후술된다.

먼저, 커버(210)에는 도 6 및 도 7에서와 같이, 샤프트(220)와 평행하는 내면이면서 상호 대응되는 위치에 각각 스토퍼(211)가 돌출 형성되고, 샤프트(220)가 관통하여 함께 회전하는 회전각도조절판(212)이 내장된다. 이 회전각도조절판(212)의 변두리에서 상호 대응하는 위치에 각각 돌출부(213)가 형성된다. 따라서, 손잡이(230)가 회전하면 샤프트(220)와 함께 회전각도조절판(212)이 회전하고, 돌출부(213)가 스토퍼(211)와 접촉하도록 이루어진다. 이들 돌출부(213)와 스토퍼(211)가 접촉하면 더이상의 회전이 불가능해지므로 이를 통해 손잡이(230)의 회전각도를 조절할 수 있다. 이 커버(210)에는 회전각도조절판(212) 및 공기조절체(330)의 제1체결부(331,도 8a 참조) 사이에 탄성체(214)가 장착된다. 이 탄성체(214)는 공기조절체(330) 및 연료조절체(430)를 탄성력으로 밀고, 이는 궁극적으로 연료조절체(430)의 외면과 하우징(100)의 내면이 견고히 밀착되도록 한다. 이에 대한 자세한 설명은 후술된다.

공기조절부(300)는 도 5, 도 6, 도 8a 및 도 8b에서와 같이, 공기유입부(310), 공기배출구(320) 및 공기조절체(330)가 포함되어 이루어진다.

먼저, 공기유입부(310)는 외부공기가 공기조절체(330)로 유입되도록 하우징(100)의 일부위에 형성된다.

또한, 공기배출구(320)는 공기유입부(310)에서 유입된 외부공기가 공기조절체(330)를 통과하여 혼합연료 생성부(500)의 제1혼합관(510)으로 공급되도록 하우징(100)에 형성된다.

그리고, 공기조절체(330)는 도 8a 및 도 8b에서와 같이, 대략 원기둥형상이고, 일측부에 샤프트(220)와 결합하도록 돌출 형성된 제1체결부(331)와, 타측부에 연료조절체(430)와 결합하도록 돌출 형성된 제2체결부(332) 및, 공기유입부(310)에서 유입된 공기가 통과하도록 형성된 공기조절홀(333)이 포함되어 이루어진다. 여기서, 공기조절체(330)는 하우징(100)의 내면과 소정의 간격을 이루는 크기로 제작되어 배치된다. 이로 인해, 공기조절체(330)는 손잡이(230) 및 샤프트(220)에 의해 회전되어 공기조절홀(333)을 통과하는 공기의 유동이 완전 차단된 경우에도 외부공기는 공기유입부(310)에서 유입되어 공기조절체(330)와 하우징(100) 간의 간격이 형성하는 공간을 통해 공기배출구(320)를 지나 제1혼합관(510)으로 유동하도록 이루어진다.

따라서, 본 발명에 따른 공기와 연료의 혼합장치가 휴지(休止)인 상태 즉, 공기조절홀(333)을 통과하는 공기의 유동이 차단되고, 연료조절체(430)를 통과하는 연료의 유동이 차단된 상태에서도 일정량의 외부공기가 항상 공기조절체(330)의 외면과 하우징(100)의 내면 사이의 간격을 통해 제1혼합관(510)으로 유동한다. 여기서, 공기조절체(330)는 제1체결부(331)가 하우징(100)에 고정됨으로써, 공기조절체(330)와 하우징(100) 사이의 간격이 보장된다. 이로써, 연료의 유동이 중단된 상태에서 연료가 새어 나가 제2혼합관(530) 및 제1혼합관(510)을 통해 공기조절부(300)로 역류되거나 제2혼합관(530) 및 제1혼합관(510)을 통해 화염이 역류하는 등에 의해 화재 또는 폭발이 발생할 수 있는 위험을 미연에 방지된다.

연료조절부(400)는 도 5, 도 6, 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 연료유입부(410), 오리피스(420), 연료조절체(430) 및 연료조절부재(440)가 포함되어 이루어진다. 여기서, 연료는 LNG 또는 LPG와 같은가스(gas)인 기체이거나 휘발유 또는 등유 등의 석유 계열의 액체이다. 따라서, 본 발명에 따른 공기와 연료의 혼합장치는 연료가 기체인 경우 버너(burner)에 사용될 수도 있고, 또는 액체인 경우 노즐로 액체 연료를 분무하여 제1혼합관(510)으로 공급하는 구조의 연료공급장치로 사용될 수도 있다.

먼저, 연료유입부(410)는 연료가 오리피스(420)로 유입되도록 하우징(100)에 형성된다.

또한, 오리피스(420)는 연료의 통과량을 항상 일정하게 유지시키기 위한 부재로, 연료유입부(410)에서 유입된 연료를 통과시켜 연료조절체(430)로 유동하도록 하우징(100)의 일단부에 삽입되어 장착된다. 이 오리피스(420)의 몸체는 연료유입부(410)에서 유입된 연료의 유동방향과는 다른 각도(일 예로 직각)를 갖도록 하우징(100)에 장착되고, 오리피스(420)는 연료조절체(430)측의 일면이 개방되고, 이 개방면을 통해 오리피스(420)로 유입된 연료가 연료조절체(430)로 유동된다. 도 6에 자세히 도시된 바와 같이, 오리피스(420)는 하우징(100)에 나사방식으로 손쉽게 탈부착할 수 있다.

연료조절체(430)는 오리피스(420)에서 유입된 연료를 내부에 수용하였다가 연료배출구(431)를 통해 연료조절부재(440)로 배출하는 부재이다. 이 연료조절체(430)는 도 9a 및 도 9b에서와 같이, 외경이 오리피스(420)측으로 점차 감소하는 절두체(截頭體)형상이고, 오리피스(420)측 일면이 개방되며, 오리피스(420)에서 유입되어 내부에 수용된 연료를 배출하도록 연료배출구(431)가 형성된다.

또한, 연료조절체(430)의 경사진 외면과 하우징(100)의 내면이 연접하게 배치되고, 커버(210)에 내장된 탄성체(214)의 탄성력에 의해 견고히 밀착된다. 그리고, 연료조절체(430)의 외면과 하우징(100)의 내면 사이에는 윤활유가 도포되고, 이 윤활유로 형성된 유막에 의해 혹시 발생할 수 있는 연료조절체(430)의 외면과 하우징(100)의 내면 사이를 통한 연료의 유출이 완벽하게 차단된다.

또한, 연료조절체(430)의 공기조절체(330)측 일단부에는 공기조절체(330)의 제2체결부(332)가 끼워지도록 결합부(432)가 형성된다. 물론, 도면에서는 제2체결부(332)와 결합부(432)의 결합을 끼워맞춤 방식으로 제시하였지만, 공기조절체(330)의 회전을 따라 연료조절체(430)가 회전하고, 탄성체(214)의 탄성력에 의해 하우징(100)에 밀착될 수 있는 한도 내에서 별도의 부재를 이용한 체결, 고정등의 통상적인 다양한 방식으로 결합될 수 있다.

그리고, 연료배출구(431)는 연료조절체(430)의 내부에 일시 수용된 연료를 배출할 수 있도록 연료조절체(430)의 일부위가 절개되어 형성된다. 이때, 연료배출구(431)는 절개된 면적이 연료조절체(430)의 내부측에서 외표면측으로 점차 넓어지도록 연료조절체(430)의 원호방향 양측부위가 외향으로 확대된 경사면으로 형성된다. 물론, 평면상 연료배출구(431)가 사각형 형상으로 형성될 수도 있다.

연료조절부재(440)는 도 5, 도 11 및 도 12에서 보는 바와 같이, 연료조절체(430)에서 배출된 연료에 대해 연료공급관(520)으로 공급되는 유량을 조절하기 위한 부재이다. 여기서, 하우징(100)에는 연료조절부재(440)가 삽입되어 고정되는 장착홈(450)이 형성되고, 이 장착홈(450)과 연료조절체(430) 사이에는 다수의 연료공급홀(460)이 형성된다. 이 연료공급홀(460)은 연료조절부재(440)의 연료조절공(441)이 연료공급홀(460)의 구역 내에 위치하도록 형성되고, 각 연료공급홀(460)의 직경이 동일하게 형성되거나 또는 연료조절부재(440)에 형성된 연료조절공(441)의 직경과 동일하도록 각 연료공급홀(460)의 직경이 다르게 형성될 수 있다.

또한, 연료조절부재(440)는 장착홈(450)에 삽입되어 고정되고, 다수의 연료조절공(441)이 형성된 중앙부위에 오목하게 감압공간(442)이 형성된다. 여기서, 감압공간(442)은 연료조절공(441)을 통과한 연료의 유동압력 및 유동속도가 와류에 의해 급감되도록 하기 위해 형성된 부위이다. 여기서, 연료조절부재(440)의 감압공간(442)에 의해 돌출된 형태의 테두리에는 연료공급관(520)의 일단부가 설치되고, 물론, 연료조절부재(440)와 연료공급관(520)의 결합부위는 밀폐된다.

또한, 다수의 연료조절공(441)은 연료조절체(430)가 회전하면서 연료공급홀(460)을 통해 연료배출구(431)와 최초 개방되는 부위의 직경은 최후 개방되는 부위의 직경보다 작게 형성된다. 예를 들어 좀 더 자세하게 설명하자면, 도 12에서와 같이 5개의 연료조절공(441)은 중심을 연결하면 사다리꼴 형상으로 형성되고, 우측 부위의 연료조절공(441)은 최소이고, 좌측 부위의 연료조절공(441)의 직경은 최대이다. 일 예로, 도 12에서와 같이, 우측 부위의 3개의 연료조절공(441)은 동일한 직경이고, 좌측 부위의 2개의 연료조절공(441)의 직경은 우측의 그것보다 더 크며, 좌측 2개의 연료조절공(441) 중 최좌측의 그것의 직경이 제일 크게 형성된다. 이 연료조절공(441)의 직경은 제1혼합관(510)으로 공급된 공기의 양을 감안하고, 연소효율을 극대화시킬 수 있는 공기와 연료의 최적의 혼합비율이 가능하도록 연료를 공급하기 위한 크기로 형성된다. 다른 예로, 5개의 연료조절공(441)의 직경이 모두 상이하고, 우측에서 좌측으로 갈수록 직경이 점차 커지게 형성될 수도 있다. 따라서, 연료공급홀(460)을 통해 연료배출구(431)와 개방된 연료조절공(441)의 개수, 직경 및 면적에 따라 연료공급관(520)으로 유동하는 연료의 양이 가변된다. 또한, 공기조절체(330)와 연료조절체(430)가 연동하여 회전하고, 이때 공급되는 공기 유동량과 연료 유동량은 연소효율을 극대화시킬 수 있는 상호 최적의 혼합비율이 되도록 공급된다. 그리고, 연료조절공(441)의 형태로 사다리꼴을 제시하였지만, 이외에도 하나 이상의 직선형태, 원형, 유선형 등을 포함한 다양한 형태로 형성될 수 있고, 이웃한 연료조절공(441)들이 지그재그형태 또는 동축선상에 위치하는 형태로 형성될 수 있다.

여기서, '좌측' 및 '우측'은 설명의 편의상 기재된 것으로, 자세히 정의하자면, '우측'은 연료조절체(430)가 회전하면서 연료배출구(431)와 처음으로 개방되는 부위이고, '좌측'은 연료배출구(431)와 마지막으로 개방는 부위이다. 따라서, 최우측의 연료조절공(441)은 연료공급홀(460)을 통해 연료배출구(431)와 처음으로 통하여 개방되고, 최좌측의 연료조절공(441)은 연료공급홀(460)을 통해 연료배출구(431)와 마지막으로 통하여 개방된다. 또한, '우측'의 연료조절공(441)의 직경은 '좌측'의 연료조절공(441)의 직경보다 작다.

그러므로, 공기조절체(330)가 회전하면서 공기조절홀(333)에 의해 제1혼합관(510)으로 유동하는 공기의 양에 따라, 공기조절체(330)와 연동하여 연료조절체(430)가 회전하면서 연료배출구(431), 연료공급홀(460) 및 연료조절공(441)을 통해 제2혼합관(530)으로 유동하는 연료의 양이 가변된다. 물론, 가변되는 공기의 양에 따라 가변되는 연료의 양은 연료조절공(441)의 개방 면적에 따라 가변되면서 항상 연소효율을 극대화시킬 수 있는 최적의 혼합비율을 이룰 수 있도록 공급된다. 또한, 연료조절공(441)의 직경은 제1혼합관(510)에 공급된 공기의 유동량을 감안하여 최적의 비율로 연료를 공급하도록 정해지고, 물론 공기조절홀(333)을 통과한 공기의 양과, 공기조절체(330)의 외면과 하우징(100)의 내면 사이의 간격을 통해 공급되는 공기의 양을 감안하여 정해진다.

혼합연료생성부(500)는 도 6에서와 같이, 제1혼합관(510), 제2혼합관(530) 및 연료공급관(520)이 포함되어 이루어진다. 여기서, 제2혼합관(530)은 연소장치로 혼합연료를 안내하는 통상의 관으로, 설명의 편의상 지칭한 것이다.

먼저, 제1혼합관(510)은 공기조절체(330)를 통과한 공기가 유입되도록 공기배출구(320)가 형성된 하우징(100)에 일단부가 장착된다.

또한, 제2혼합관(530)은 제1혼합관(510)의 선단부에 장착되고, 연료공급관(520)에서 분출된 연료와 제1혼합관(510)을 통해 유동한 공기가 만나서 혼합된다. 이때, 연료와 공기는 제1혼합관(510)과 제2혼합관(530)의 결합부위를 지난 위치에서 혼합된다. 이는, 혼합연료가 제2혼합관(530)을 통해 연소장치로 원활하게 유동되도록 하기 위함이다. 또한, 제1혼합관(510)과 제2혼합관(530)의 결합부위 이전에 연료와 공기가 혼합되는 경우 결합부위에서 발생할 수 있는 혼합연료의 누출현상을 방지하기 위함이다. 즉, 제1혼합관(510)과 제2혼합관(530)의 결합부위에서는 공기만 유동하기 때문에 이 결합부위에서 누출이 발생하더라도 단지 공기만 누출되기 때문에 안전하다.

그리고, 연료공급관(520)은 연료조절체(430)를 통해 공급되어 연료조절공(441)을 통과한 연료를 제2혼합관(530)에 유입시키기 위해 다수의 연료조절공(441)이 구역 내에 위치하도록 일측 부위가 제1혼합관(510)에 장착된다. 또한, 이 연료공급관(520)은 제1혼합관(510)의 내부에 배치되고, 일단부가 연료조절부재(440)에 밀봉하여 장착되며, 타단부가 제1혼합관(510)과 제2혼합관(530)의 결합부위를 지나서 위치하여 제2혼합관(530) 내의 공기 유동방향과 동일한 방향으로 연료를 분출하도록 장착된다.

<작동>

기본적으로, 커버(210)에 내장된 탄성체(214)에 의해 공기조절체(330) 및 연료조절체(430)가 탄성력이 반발하는 방향 즉, 우측방향으로 밀린 상태가 되고, 이를 통해 연료조절체(430)의 외면과 하우징(100)의 내면이 견고히 밀착된 상태가 된다. 또한, 공기조절체(330)는 하우징(100)의 내면과 일정한 간격을 형성하기 때문에 연료조절부(400)가 폐쇄된 상태에서도 이 간격에 의한 공간을 통해 공기유입부(310)의 공기가 제1혼합관(510)으로 항상 유동한다. 그리고, 연료유입부(410) 및 오리피스(420)를 통해 일정한 양의 연료가 연료조절체(430)에 수용된 상태에서 연료배출구(431)가 폐쇄된 상태로 대기한다. 물론, 공기가 통과하지 못하는 각도로 공기조절홀(333)이 배치된 상태이다.

먼저, 도 6을 참조하여 설명하자면, 손잡이(230)를 회전시키면 샤프트(220), 공기조절체(330) 및 연료조절체(430)가 연동하여 회전한다. 이때, 커버(210)의 내면에 형성된 스토퍼(211)와 회전각도조절판(212)의 간섭에 의해 손잡이(230)를 비롯한 연계 설치된 샤프트(220), 공기조절체(330) 및 연료조절체(430)의 회전각도는 제한된다. 그리고, 공기조절체(330)의 공기조절홀(333)이 점차 개방되면서 공기가 제1혼합관(510)으로 공급된다. 또한, 연료조절체(430)가 회전하여 연료배출구(431)가 연료공급홀(460)과 점진적으로 통하면, 연료조절체(430) 내의 연료가 연료배출구(431), 연료공급홀(460) 및 연료조절부재(440)의 연료조절공(441)을 통해 연료공급관(520)으로 공급된 후 제2혼합관(530)에서 분출되어 공기와 혼합된다. 여기서, 연료조절체(430)의 회전 각도에 따라 연료공급홀(460)을 통한 연료배출구(431)와 연료조절공(441)의 개방 개수 및 개방 면적이 가변되고, 이에 따라 연료공급관(520)으로 유입되는 연료의 양이 달라진다. 즉, 연료조절체(430)의 회전 각도에 따라 연료공급홀(460)을 통한 연료배출구(431)와 연료조절공(441)이 점차 개방되면서 연료가 공급된다. 또한, 연료조절공(441)을 통과한 연료는 감압공간(442)에서 와류에 의해 유동압력이 급감된 상태로 연료공급관(520)으로 유입된다. 이때, 연료조절체(430)와 공기조절체(330)는 상호 연동하여 회전하기 때문에 공기조절체(330)의 회전에 의한 공기의 공급량에 따라 연료조절체(430)의 회전에 의한 연료의 공급량이 가변되고, 이들 공기와 연료의 공급량 및 혼합비율은 연소효율을 극대화할 수 있는 최적인 상태로 제공된다.

이후, 공기조절체(330)에서 제1혼합관(510)으로 공급된 공기와, 연료조절체(430)에서 공급되어 연료조절부재(440) 및 연료공급관(520)을 통해 제2혼합관(530)으로 공급된 연료가 동일한 방향으로 유동하면서 제2혼합관(530)에서 상호 혼합된다. 이때, 공기의 유동압 또는 유동속도는 연료의 유동압 또는 유동속도와 동일하거나 더 크게 형성되고, 이는 공기와 연료의 혼합을 보다 원활히 하기 위함이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에의하여 나타내어지며, 특허청구범위의의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100:하우징
200:혼합유량조절부
210:커버
211:스토퍼
212:회전각도조절판
213:돌출부
214:탄성체
220:샤프트
230:손잡이
300:공기조절부
310:공기유입부
320:공기배출구
330:공기조절체
331:제1체결부
332:제2체결부
333:공기조절홀
400:연료조절부
410:연료유입부
420:오리피스
430:연료조절체
431:연료배출구
432:결합부
440:연료조절부재
441:연료조절공
442:감압공간
450:장착홈
460:연료공급홀
500:혼합연료 생성부
510:제1혼합관
520:연료공급관
530:제2혼합관.

Claims (5)

1. 하우징(100), 공기의 유동을 제어하도록 상기 하우징(100)에 내장된 공기조절부(300) 및, 연료의 유동을 제어하도록 상기 하우징(100)에 내장된 연료조절부(400)를 구비하는 혼합장치에 있어서,
   상기 연료조절부(400)는 연료의 공급량을 조절하기 위해 연료의 유동경로에 형성된 다수의 연료조절공(441)을 포함하여 이루어지고,
   상기 연료조절공(441)은 상기 공기조절부(300)에서 공급되는 공기의 양에 비해 연료를 상대적으로 비례하여 공급하도록 개방 면적이 가변되고, 상기 다수의 연료조절공(441)이 형성된 연료조절부재(440)는 상기 하우징(100)에 형성된 장착홈(450)에 삽입되어 고정되고, 상기 연료조절공(441)을 통과한 연료의 유동압이 와류에 의해 감소되도록 상기 연료조절공(441)이 위치하는 중앙부위에 오목하게 형성된 감압공간(442)을 구비한 것을 특징으로 하는 연소효율 향상을 위한 공기와 연료의 혼합장치.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 연료조절부(400)는,
   연료배출구(431)를 통해 배출된 연료가 통과하여 상기 연료조절공(441)으로 유동하도록 상기 연료조절공(441)과 동일한 개수로 상기 하우징(100)에 형성되고, 연료조절체(430)의 회전각도에 따라 상기 연료배출구(431)와 점진적으로 개방되는 다수의 연료공급홀(460); 및
   연료유입부(410)에서 유입된 연료가 항상 일정한 유량을 상기 연료조절체(430)로 유입되도록 상기 연료유입부(410)와 연료조절체(430) 사이에 설치된 오리피스(420);를 더 포함하여 이루어지고,
   상기 연료조절체(430)는 연료유입부(410)측으로 외경이 감소하는 절두체형상이고, 절두체형상과 상응하게 형성된 상기 하우징(100)의 내면과 밀착되며, 상기 연료조절체(430)의 외면과 하우징(100)의 내면에는 연료의 유출을 방지하기 위해 윤활유가 도포되어 유막이 형성되고,
   상기 연료배출구(431)는 상기 연료조절체(430)의 내부로 유입된 연료를 상기 연료공급홀(460)로 배출하도록 상기 연료조절체(430)에 형성된 것을 특징으로 하는 연소효율 향상을 위한 공기와 연료의 혼합장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 공기조절부(300)는 공기의 유동량을 조절하기 위해 공기의 유동경로 상에 위치하도록 공기조절홀(333)이 형성되고, 상기 하우징(100)의 내면과의 사이에 간격이 형성되며, 상기 공기조절홀(333)을 통과하는 공기의 유동이 차단된 상태에서도 간격을 통해 공기유입부(310)에서 유입된 공기가 배출되도록 상기 하우징(100)에 회전하도록 내장된 공기조절체(330)를 포함하고,
   상기 공기조절체(330)는 상기 공기조절체(330)와 하우징(100) 사이에 형성된 간격을 유지하기 위해 상기 하우징(100)에 장착되도록 일측부에 돌출 형성된 제1체결부(331);
   상기 제1체결부(331)의 타측부위에 형성되어 상기 연료조절체(430)의 일측부위에 형성된 결합부(432)와 결합되는 제2체결부(332);를 포함하여 이루어지고,
   상기 공기조절체(330)와 상기 연료조절체(430)가 연동하여 회전하도록 설치되고, 상기 공기조절체(330)와 상기 연료조절체(430)의 회전각도에 따라 상기 공기조절체(330)를 통과하는 공기의 유동량과 상대적으로 비례하여 상기 연료조절체(430)의 연료배출구(431), 연료공급홀(460) 및 연료조절공(441)을 통과하는 연료의 유동량이 가변되는 것을 특징으로 하는 연소효율 향상을 위한 공기와 연료의 혼합장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 공기조절부(300)에서 공급된 공기가 유입되는 제1혼합관(510);
   상기 제1혼합관(510)의 선단부에 장착된 제2혼합관(530); 및
   일단부가 상기 제1혼합관(510)에 장착되면서 상기 연료조절부재(440)에 밀폐되어 고정되고, 타단부가 상기 제1혼합관(510)과 제2혼합관(530)의 결합부위를 지나 상기 제2혼합관(530)에 위치하는 연료공급관(520);을 구비한 혼합연료생성부(500)를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 연소효율 향상을 위한 공기와 연료의 혼합장치.

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