KR101530548B1

KR101530548B1 - 재순환 열을 이용한 예혼합 연소장치

Info

Publication number: KR101530548B1
Application number: KR1020140008335A
Authority: KR
Inventors: 황상순
Original assignee: 헵시바주식회사; 인천대학교 산학협력단
Priority date: 2014-01-23
Filing date: 2014-01-23
Publication date: 2015-06-22

Abstract

본 발명은 등유 등의 액체연료를 이용하는 소형 난방장치의 연소장치에 관한 것이다.
본 발명 재순환 열을 이용한 예혼합 연소장치는, 버너의 열을 노즐의 선단에 구성되는 기화영역에 공급할 수 있도록 하는 버너 열재순환 구조를 제공하고 액체연료의 기화에 필요한 온도를 유지시켜 주도록 함으로써, 액체연료를 이용하는 소형 난방장치에도 효과적인 예혼합 연소장치를 제공할 수 있도록 한 것으로, 액체연료를 예혼합가스로 생성하여 버너에 공급함으로서 열이 고른 분포를 갖고 배기가스가 없는 안정된 표면화염을 제공할 수 있으며, 연소 후에도 냄새가 전혀 나지 않는 신뢰성있는 연소장치를 제공할 수 있다.

Description

재순환 열을 이용한 예혼합 연소장치{PREMIXED COMBUSTION DEVICE USING HEAT RECIRCULATION}

본 발명은 등유 등의 액체연료를 이용하는 소형 난방장치의 연소장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 액체연료를 기화시켜 예혼합 가스를 생성하여 버너에서 연소 시킬 수 있도록 하며, 버너의 열을 재순환시켜서 예혼합에 필요한 열량을 공급할 수 있도록 한 재순환 열을 이용한 예혼합 연소장치에 관한 것이다.

일반적으로 등유 등의 액체연료를 사용하는 석유난방장치에서는 연소 후 냄새가 발생되는 것을 방지하고, 또한 연소 시 배기가스를 방지하며, 열의 고른 분포발생을 위하여 기화식 예혼합 버너가 이용되고 있다.

상기 기화식 예혼합 버너는 액체연료를 기화시켜 버너에 공급하여 연소시킴으로써, 연소효율을 높일 수 있도록 한 것으로, 미리 액체연료를 기화하여 버너에 공급하지 않으면 불순물(tar)의 생성이 이루어질 수 있음으로써, 액체연료를 기화시키는 과정이 매우 중요하다.

노즐로 부터 분사되는 액체연료를 기화시키기 위하여 히터, 초음파 등 다양한 방법이 연구, 제안되고 있다.

대한민국 등록특허 제10-0606199에서는 초음파를 이용하여 액체연료를 기화시키는 방법이 제안 되었다.

그러나 이와 같은 액체연료를 기화시키는 장치를 소형 난방장치에 적용하는 것에는 한계가 있었다.

본 발명은 버너의 열을 노즐의 선단에 구성되는 기화영역에 공급할 수 있도록 하는 버너 열 재순환 구조를 제공하고 액체연료의 기화에 필요한 온도를 유지시켜 주도록 함으로써, 액체연료를 이용하는 소형 난방장치에도 효과적인 예혼합 연소장치를 제공할 수 있도록 한 재순환 열을 이용한 예혼합 연소장치를 제공하고자 한 것이다.

본 발명 재순환 열을 이용한 예혼합 연소장치는,

버너의 전단으로 노즐로 부터 분사되는 액체연료에 열을 가하여 액체연료를 증발시켜 예혼합가스를 생성시켜 버너에 공급되도록 하는 예혼합부를 구성하고, 액체연료를 예혼합부로 분사하는 노즐과, 예혼합부로 공기를 공급하기 위한 공기유입부와, 버너의 열을 상기 예혼합부에 제공하기 위한 열교환부를 구성하여, 열교환부로 부터 버너의 열을 재순환시켜 예혼합가스를 생성시켜 버너에서 연소될 수 있도록 함을 기술적 특징으로 한다.

그리고 버너 초기가동 시 예혼합부에 예혼합 가스를 생성하기 위한 열을 제공하기 위한 히터와, 상기 버너의 연소를 제어하며 초기가동 시 예혼합부에 예혼합 가스를 생성하기 위한 열을 제공하기 위하여 히터를 제어하는 제어수단을 포함하여 구성하여 예혼합 가스 생성에 필요한 열량이 제공되지 않는 경우에 해당 열량을 제공하여 안정적인 연소제어가 이루어질 수 있도록 함을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따르면, 액체연료를 예혼합 가스로 생성하여 버너에 공급함으로서, 열이 고른 분포를 갖고 배기가스가 없는 안정된 표면화염을 제공할 수 있으며, 연소 후에도 냄새가 전혀 나지 않는 신뢰성 있는 연소장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명 재순환 열을 이용한 예혼합 연소장치의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명 재순환 열을 이용한 예혼합 연소장치의 사시도.
도 3은 본 발명에 있어서, 히터의 제어과정을 나타낸 플로우챠트.
도 4는 본 발명 재순환 열을 이용한 예혼합 연소장치의 다른 실시 예 구조를 개략적으로 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명 다른 실시 예에 있어서, U자형 열교환부를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명 다른 실시 예의 사시도.
도 7은 본 발명에 있어서, 예혼합부의 시간에 따른 온도변화를 나타낸 그래프.(히터의 동작 없는 상태에서)

본 발명 재순환 열을 이용한 예혼합 연소장치를 첨부된 도면 도 1 및 도 2에 도시된 실시 예를 참조하여 그 구성 및 작용을 설명하면 다음과 같다.

버너(10)의 전단으로 노즐(30)로 부터 분사되는 액체연료에 열을 가하여 액체연료를 증발시켜서 예혼합가스를 생성시켜 버너(10)에 공급되도록 하는 예혼합부(40)를 구성하고, 액체연료를 예혼합부(40)로 분사하는 노즐(30)과, 예혼합부(40)로 공기를 공급하기 위한 공기유입부(50)와, 버너(10) 초기가동 시 예혼합부(40)에 예혼합가스를 생성하기 위한 열을 제공하기 위한 히터(60)와, 버너(10)의 열을 상기 예혼합부(40)에 제공하기 위한 열교환부(20)와, 상기 버너(10)의 연소를 제어하며 초기가동 시 예혼합부(40)에 예혼합가스를 생성하기 위한 열을 제공하기 위하여 히터(60)를 제어하는 제어수단을 포함하여 구성된다.

이와 같은 본 발명 재순환 열을 이용한 예혼합 연소장치는 버너의 열을 이용하여 노즐로 부터 분사되는 액체연료를 예혼합가스로 생성시켜 버너에 공급되도록 함을 그 기술적 특징으로 한다.

도 1에 도시된 바와 같이,

버너(10)의 전단으로 예혼합부(40)가 구성되며, 상기 예혼합부(40) 방향으로 노즐(30)이 구성되어 액체연료를 분사하도록 하고, 노즐(30)의 일 측으로 예혼합부(40)로 공기를 공급하기위한 공기유입부(50)가 구성된다.

본 실시 예에서 공기유입부(50)는 예혼합부(40)에 대하여 90ㅀ의 공기유입경로를 갖도록 설계되었지만 이에 제한되지는 않는다.

도 2에 도시된 바와 같이, 버너(10)는 원통형의 버너(10)로 구성되고, 그 외부를 따라 관형의 열교환부(20)가 구성된다.

본 실시 예서는 열교환이 효과적으로 이루어질 수 있도록 버너(10)를 원통형으로 구성하고, 열교환부(20) 또한 그 주위로 하나 이상 다수 개로 구성되지만, 버너(10)의 형상 및 열교환부(20)의 개수가 이에 제한되지는 않는다.

상기 열교환부(20)는 관형으로 내부 빈 공간으로 예혼합부(40)의 공기가 그 내부로 유입되고 다시 예혼합공간부(40)로 유입될 수 있도록 예혼합부(40)로 입구가 형성된 구조로 이루어진다.

상기 열교환부(20)는 열전도성이 높은 재질로 이루어진다.

상기 히터(60)는 예혼합부(40)에서 필요한 열을 제공하기 위한 수단으로, 버너(10) 최초 가동 시 예혼합부(40)에서 필요한 열을 열교환부(20)로 부터 제공할 수 없기 때문에 초기 가동 시 예혼합에 필요한 열을 제공하기 위하여 구성된다.

버너(10)가 초기 동작하여 열교환부(20)에 의한 열 공급으로 예혼합부(40)의 온도변화를 나타낸 그래프이다.

따라서 상기 히터(60)는 예혼합 가스 생성에 필요한 온도 까지 예혼합부(40)를 예열해주기 위한 수단이다.

상기 제어수단은 버너(10)를 동작 제어하는 수단으로, 버너(10)의 초기 가동 시 히터(60)를 동작 제어하는 수단을 포함한다.

등유(kerosene)의 경우 등유의 점화가 가능한 온도영역은 100℃ 이상의 온도가 필요함으로써, 등유를 액체연료로 하는 경우 100℃ 이상의 온도를 예혼합부에 제공해야함으로써, 보다 안정적인 예혼합가스의 생성을 위하여 온도센서를 더 포함하여 구성하고, 정해진 온도 미만으로 예혼합부 온도가 떨어질 경우 히터를 동작시켜 예혼합부의 온도를 조정하도록 히터를 제어하는 수단을 제어수단에 더 포함할 수 있다.

여기서 예혼합부의 히터 제어설정온도는 110 ℃로 구성할 수 있다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명 재순환 열을 이용한 예혼합 연소장치의 동작 및 작용을 설명하면 다음과 같다.

제어수단에서는 버너(10)의 초기 가동 시 히터(60)를 온(on) 동작 시켜 예혼합부(40)를 예열한다. 이후 노즐(30)로 부터 액체연료를 분사 및 버너(10)를 동작시킨다.

노즐(30)을 통해 분사된 액체연료는 히터(60)에 의해 공급된 열에 의해 증발되고 유입된 공기와 혼합되면서 예혼합가스로 생성되어 버너(60)로 공급되어 연소된다.

여기서 버너(10)에서 발생된 열은 열교환부(20)를 통해 예혼합부(40)로 공급된다. 즉 버너(10)에서 발생된 열을 예혼합부(40)로 재순환시켜 예혼합에 필요한 열을 제공하게 되는 것이다.

이후 제어수단에서는 온도센서로 부터 입력된 예혼합부(40)의 온도를 확인하여 정해진 온도(110℃) 이상으로 예혼합부(40)의 온도가 증가하게 되면, 히터(60)를 오프시켜 상기에서와 같이 열교환부(20)에 의해 제공된 열에 의해 예혼합가스를 생성하기 위한 온도를 유지하도록 한다.

제어수단에서는 예혼합부(40)의 온도를 온도센서로 부터 지속적으로 확인하여 정해진 온도(110℃) 미만으로 떨어질 경우 히터(60)를 동작시켜 안정적인 예혼합 가스 생성이 이루어지도록 한다.

도 3은 본 발명에 있어서, 제어수단에서 히터를 동작 제어하는 과정을 나타낸 플로우챠트이다.

제어수단에서 버너(10)를 동작시키는 바람직한 방법으로는 버너(10)를 초기동작 제어하게 될 경우 먼저 히터(60)를 동작시켜 예혼합부(40)의 온도가 설정온도 110℃에 이르렀는지를 확인하고, 설정온도 이상으로 예혼합부(40)의 온도가 이루어지면, 노즐(30)로 부터 연료를 분사 및 버너(10)를 동작시켜 연소과정을 진행한다.

버너(10)의 초기 가동 후 히터(60)를 정지시키기 위해 설정된 시간이 되면 히터(60)를 정지시킨다.

이후 온도센서로 부터 감지된 예혼합부(40)의 온도가 설정온도 110℃ 미만 인 경우에는 상기와 같은 히터(60)를 동작시키고 오프시키는 과정을 반복 진행한다.

이는 예혼합부(40)의 온도는 히터(60)에 의해서 상승됨으로써, 히터(60)를 오프 시킨 후에 열교환부(20)에 의해 예혼합부(40) 온도가 예혼합 가스를 생성하는데 필요한 열량을 제공하는 가를 확인하고 이에 따라서 예혼합부(40)의 온도를 유지시키기 위한 것이다.

상기 히터(60)를 온 동작시킨 후 정지시키기 위해 설정된 시간은 히터(60)를 동작시킨 후 예혼합부(40)의 온도가 얼마 후 설정온도에 이르게 되는 지를 실험값으로 확인하고 이에 따라 설정된 시간데이터이다.

한편 도 4 내지 도 6은 는 본 발명 재순환 열을 이용한 예혼합 연소장치의 다른 실시 예를 나타낸다.

본 발명의 다른 실시 예는 외부공기를 열교환부를 통해 직접 공급하도록 구성된 것을 특징으로 하는 것으로, 동일부분에 대해서는 동일부호로 처리하여 그 구조 및 동작을 설명하면 다음과 같다.

일 측 입구(21a)가 공기유입부(51)와 연결되고, 그 반대 출구(21b)가 예혼합부(41) 내로 연결 구성되어 외부 공기가 유통하여 내부 예혼합부(41)로 공급되도록 U자형 열교환부(21)가 버너(10)의 주위로 다수 개 구성되고, 상기 예혼합부(41)는 열교환부(21)에 의해서만 외부공기가 유통되도록 외부와 유통되지 않고 격리(insulation)된 구조로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이의 본 발명 재순환 열을 이용한 예혼합 연소장치의 다른 실시 예는 외부 공기가 열교환부(21)를 통해 유입됨으로써, 뜨거운 공기가 직접적으로 예혼합부(41)로 유입됨으로써, 보다 빠르고 안정적으로 예혼합부(41)내의 온도가 유지될 수 있다.

도 7은 시간변화에 따른 예혼합부의 온도변화를 나타낸다.

Claims

버너(10)의 전단으로 노즐(30)로 부터 분사되는 액체연료에 열을 가하여 액체연료를 증발시켜 예혼합가스를 생성시켜 버너(10)에 공급되도록 하는 예혼합부(40)를 구성하고, 액체연료를 예혼합부(40)로 분사하는 노즐(30)과, 예혼합부(40)로 공기를 공급하기 위한 공기유입부(50)와, 버너(10) 초기가동 시 예혼합부(40)에 예혼합가스를 생성하기 위한 열을 제공하기 위한 히터(60)와, 버너(10)의 열을 상기 예혼합부(40)에 제공하기 위한 열교환부(20)와, 상기 버너(10)의 연소를 제어하며 초기가동 시 예혼합부(40)에 예혼합가스를 생성하기 위한 열을 제공하기 위하여 히터(60)를 제어하는 제어수단을 포함하여 구성되며,
상기 버너(10)는 원통형의 버너(10)로 구성되고, 그 외부를 따라 둘 이상의 관형의 열교환부(20)가 구성되며,
상기 열교환부(20)는 관형으로 내부 빈 공간으로 예혼합부(40)의 공기가 그 내부로 유입되고 다시 예혼합공간부(40)로 유입될 수 있도록 예혼합부(40)로 입구가 형성된 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 재순환 열을 이용한 예혼합 연소장치.
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제 1항에 있어서, 상기 예혼합부(40) 내의 온도를 감지하기 위한 온도센서를 더 포함하여 구성하고, 상기 제어수단은 온도센서로 부터 예혼합부(40) 내의 온도를 감지하고 설정된 온도와 대비하여 정해진 온도 미만으로 예혼합부(40) 온도가 떨어질 경우 히터(60)를 동작시켜 예혼합부(40)의 온도를 조정하도록 히터(60)를 제어하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 재순환 열을 이용한 예혼합 연소장치.
제 4항에 있어서, 상기 제어수단은, 버너(10)의 초기 동작 제어시 히터(60)를 동작시켜 예혼합부(40)의 온도가 설정온도에 이르렀는지를 확인하고, 설정온도 이상으로 예혼합부(40)의 온도가 이루어지면, 노즐(30)로 부터 연료를 분사 및 버너(10)를 동작시켜 연소과정을 제어하는 프로세스와,
버너(10)의 초기 가동 후 히터(60)를 정지시키기 위해 설정된 시간이 경과되었는 지를 확인하고 설정된 시간이 경과되면 히터(60)를 정지시키는 프로세스와,
온도센서의 감지된 예혼합부(40)의 온도가 설정온도와 대비하여 설정온도에 따라서 히터(60)를 온/오프 동작 제어하는 프로세스를,
포함하는 수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 재순환 열을 이용한 예혼합 연소장치.