KR101960630B1 - 고효율 가스버너장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고효율 가스버너장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제트펌프의 원리를 이용하여 별도의 공기주입 장치 없이 자연흡기 방식으로 공기가 주입될 수 있도록 하고, 연소에 최적화된 형태로 연료와 공기가 혼합될 수 있도록 구성하여 연소효율을 높이는 고효율 가스버너장치에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 선단에는 통공부가 형성되고 후단부로 갈수록 내부 직경이 점점 좁아지는 유입부와, 상기 유입부의 후단에 형성되어 공급된 연료와 공기가 함께 이동하는 관로부와, 상기 유입부의 선단 중앙에 설치되어 노즐을 통해 가스형태의 연료가 유입부 및 관로부의 내부로 공급하는 연료공급부와, 상기 관로부의 후단에 형성되어 공급된 연료와 공기가 일정공간 내에서 혼합되는 혼합실와, 상기 혼합실의 상부에는 혼합된 연료와 공기가 토출되면서 연소가 이루어지는 화구;를 포함하고,상기 연료공급부는 유입부 내부에 위치한 노즐의 분사압력에 의해 통공부의 공기가 유입부 내부로 흡입되되, 상기 연료공급부는 유입부의 선단부에 나사결합되어 노즐의 위치를 조절함으로써 공기의 흡입량을 제어할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

고효율 가스버너장치{High-efficiency gas burner unit}

본 발명은 고효율 가스버너장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제트펌프의 원리를 이용하여 별도의 공기주입 장치 없이 자연흡기 방식으로 공기가 주입될 수 있도록 하고, 연소에 최적화된 형태로 연료와 공기가 혼합될 수 있도록 구성하여 연소효율을 높이는 고효율 가스버너장치에 관한 것이다.

일반적으로 가스버너는 LPG, LNG, 부탄과 같은 가스상태의 연료를 주입하여 공기중에 포함된 산소와 함께 연소가 이루어지는 장치이다. 이러한 연료의 완전연소가 이루어지려면 이론공연비(stoichiometric air-fuel ratio) {LPG의 경우 15.6(공기) : 1(연료)}에 해당하는 공기를 공급하고 균일하게 혼합될 수 있도록 한 것이 중요하다.

특히, 중화레인지 또는 중화버너 등으로 불리는 중대형 가스버너장치의 경우 별도로 설치된 블로워를 통해 강제로 공기를 공급해주고 있다. 그러나 단순히 공기공급량을 조절하는 것만으로 연소에 최적화된 공연비로 조절하는데 어렵고, 공기공급을 하기 위해 에어컴프레셔나 압축공기를 구입해서 사용하기 때문에 비용적 부담과 에너지 소모가 가중되는 문제점이 있었다.

이뿐만 아니라 연료와 공기가 화구의 측방향에서 공급되는 수평형 버너의 경우, 구조적으로 혼합된 연료와 공기가 화구의 전체적으로 균일하게 분포되지 않아 연소가 제대로 이루어지지 않는 문제점이 있었다.

종래의 연소효율을 높이기 위해 연료와 공기의 공급을 제어하는 기술들을 살펴보면 아래와 같다.

① 등록특허 제10-1818822호(공기 주입식 가스버너)에는 염공부가 형성된 바디 하우징과, 가스 노즐이 형성되고 상기 염공부에 공급될 가스 유로를 형성하면서 상기 바디 하우징에 연결된 이송관과, 상기 이송관에 연결되는 가스 공급관과, 상기 염공부에 제공되는 1차 공기의 유로를 형성하는 1차 공기 공급관과, 상기 1차 공기 공급관에 연결되어 상기 1차 공기를 강제 주입하는 다이어프램 펌프;를 포함하는 구성이 개시되어 있다.

그러나 상기 선행기술은 다이어프램 펌프를 통해 강제로 공기주입이 이루어지는 구성으로서, 이와 같은 강제 공기주입식 가스버너의 경우 공기공급장치의 성능 또는 내구성에 따라 공기 공급이 불규칙적일 수 있으며 미세한 유량변화에도 공기와 연료의 비율이 달라지기 때문에 완전연소에 방해가 되는 문제점이 있다.

또한 상기 선행기술과 같이 수평형 버너의 경우 연료와 공기가 혼합된 가스가 화구전체에 균일하게 퍼져나가지 못하고 공급방향에서 가까운 화구쪽으로 집중되기 때문에 화염의 형태가 균일하지 못한 문제점이 발생하게 된다.

② 등록특허 제10-0691563호(음식점용 가스렌지)에는 가스렌지의 내부에 설치되는 작동몸체와, 상기 작동몸체의 내부에 구비되며, 구획되는 에어공급실과 가스공급실이 가스공급공에 의해 연통형성되는 작동실과, 상기 가스공급실에 연통되게 형성되며, 가스노즐이 설치되는 가스연결구와, 상기 에어공급실의 일단과 연통되게 형성되며, 상기 에어브로워와 연결된 에어공급관이 관연결되는 에어연결구와,상기 작동실에 내설되며, 그 일단은 상기 가스렌지 본체 전면에 돌출되는 조절레버와 연결되고, 중앙에는 에어조절구가 구비되며, 타단에는 편심작동체가 설치되는 작동유닛;을 포함하는 기술이 개시되어 있다.

상기 선행기술은 가스연료와 에어의 공급조절이 비례조절될 수 있도록 구성하여 공급량에 따른 혼합비율을 일일이 조절하지 않고 불의 세기를 조정할 수 있는 것에 특징이 있는 기술로서, 비례조절에 따른 사용편의성은 존재하지만 현장마다 가스연료와 에어에 대한 공급압력이 제각각이여서 혼합비율의 조정이 어렵고, 밸브의 열림 정도에 따라 공급유체의 유속이 자체가 변화하기 때문에 최적화된 연료와 공기의 혼합이 어려운 구조적 문제점이 있다.

등록특허 제10-1818822호 등록특허 제10-0691563호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 공기를 공급함에 있어서 연료의 분사압력만으로 공기흡입이 함께 이루어지도록 구성하여 별도의 공기주입장치를 사용하지 않고 원활하게 공기를 공급하고, 본체 내부에 위치한 연료노즐의 상태를 완전연소에 필요한 공연비로 조절할 수 있도록 구성하여 연소효율을 높이는 고효율 가스버너장치를 제공함에 목적이 있다.

또한 본 발명은 화구방향으로 진입하는 연료와 공기의 혼합을 좀 더 촉진하고 혼합된 가스가 화구 전체로 균일하게 분포될 수 있도록 구성하여 연소효율을 높이는데 또 다른 목적이 있다.

본 발명은 선단에는 통공부가 형성되고 후단부로 갈수록 내부 직경이 점점 좁아지는 유입부와, 상기 유입부의 후단에 형성되어 공급된 연료와 공기가 함께 이동하는 관로부와, 상기 유입부의 선단 중앙에 설치되어 노즐을 통해 가스형태의 연료가 유입부 및 관로부의 내부로 공급하는 연료공급부와, 상기 관로부의 후단에 형성되어 공급된 연료와 공기가 일정공간 내에서 혼합되는 혼합실와, 상기 혼합실의 상부에는 혼합된 연료와 공기가 토출되면서 연소가 이루어지는 화구;를 포함하고,상기 연료공급부는 유입부 내부에 위치한 노즐의 분사압력에 의해 통공부의 공기가 유입부 내부로 흡입되되, 상기 연료공급부는 유입부의 선단부에 나사결합되어 노즐의 위치를 조절함으로써 공기의 흡입량을 제어할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

또한 상기 연료공급부의 노즐 구멍의 직경(do)과 관로부의 내경(Dm)에 관한 Dm/do 식은 24 내지 26의 범위 내에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 연료공급부의 노즐 구멍의 직경과(do)과 노즐의 위치에서 관로부의 시작지점까지의 거리(S)에 관한 S/do식은 60 내지 65의 범위 내에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 혼합실과 화구 사이에는 균일분배수단이 더 마련되어 연료와 공기가 혼합된 가스가 화구 내에서 더 혼합된 다음 균일하게 토출될 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

또한 상기 균일분배수단은 혼합실과 화구를 연결하는 통로부가 특정각도로 꺾어지면서 형성되되, 상기 통로부는 일정간격을 두고 원호를 그리며 다수 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 공기를 공급함에 있어서 연료의 분사압력만으로 공기흡입이 함께 이루어지도록 구성하여 별도의 공기주입장치를 사용하지 않고 원활하게 공기를 공급하고, 본체 내부에 위치한 연료노즐의 상태를 완전연소에 필요한 공연비로 조절할 수 있도록 구성하여 연소효율을 높이는 효과가 있다.

또한 본 발명은 균일분배수단을 통해 화구방향으로 진입하는 연료와 공기의 혼합을 좀 더 촉진하고 혼합된 가스가 화구 전체로 균일하게 분포될 수 있도록 구성하여 연소효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 고효율 가스버너장치를 나타낸 사시도
도 2는 본 발명의 고효율 가스버너장치를 나타낸 단면도
도 3은 본 발명의 연료공급부가 결합된 부분의 구성을 나타낸 확대도
도 4는 본 발명의 연료공급부를 회전하여 위치를 조정하는 상태를 나타낸 도면
도 5는 본 발명의 균일분배수단을 나타낸 일부절개 사시도
도 6는 본 발명의 균일분배수단을 나타낸 일부절개 평면도

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 고효율 가스버너장치는 도 1 내지 2에 도시한 바와 같이 원판형의 선단부에 통공부(110)가 형성되고 상기 선단부로부터 후단부로 갈수록 내부 직경이 점점 좁아지는 유입부(100)와, 상기 유입부(100)의 후단에 형성되어 공급된 연료와 공기가 함께 이동하는 관로부(200)와, 상기 유입부(100)의 원판형 선단부 중앙에 설치되어 노즐(310)을 통해 가스형태의 연료가 유입부(100) 및 관로부(200)의 내부로 공급하는 연료공급부(300)와, 상기 관로부(200)의 후단에 형성되어 공급된 연료와 공기가 일정공간 내에서 혼합되는 혼합실(400)과, 상기 혼합실(400)의 상부에는 혼합된 연료와 공기가 토출되면서 연소가 이루어지는 화구(500);를 포함하는 구성이 이루어져 있다.

그리고 본 발명의 연료공급부(300)는 유입부(100) 내부로 삽입되어 위치한 노즐(310)의 분사압력에 의해 통공부(110)의 공기가 유입부(100) 내부로 흡입되되, 상기 연료공급부(300)는 유입부(100)의 선단부에 나사결합되어 노즐(310)의 위치를 조절함으로써 공기의 흡입량을 제어할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 공기공급은 자연흡기방식에 의해 이루어지며 연료공급부(300)의 강한 분사압력에 의해 외부의 공기가 함께 흡입되는 것이다. 따라서, 종래기술과 같이 공기를 강제로 주입하기 위한 별도의 공기공급장치가 필요하지 않으며 공기공급장치의 사용에 따른 문제점들을 해소할 수 있게 되는 것이다.

본 발명은 도 3에 도시한 바와 같이 연료공급부(300)의 노즐(310) 직경(do)과 분사압력, 유입부(100)의 내경(Dm)이 주어질 때 노즐(310)의 위치에서 관로부(200)의 시작지점까지의 거리(S)에 따라서 통공부(110)의 공기 흡입량이 달라지는 원리를 이용하여 연료공급부(300)가 유입부(100)상에 이동가능하게 설치되는 것이다.

여기서 상기 연료공급부(300)의 노즐(310) 구멍의 직경(do)과 관로부(200)의 내경(Dm)에 관한 Dm/do 식은 24 내지 26의 범위 내에서 이루어질 경우, 이론공연비(stoichiometric air-fuel ratio) {15.6(공기) : 1(연료)}에 근접한 수치를 갖게될 수 있다.

그리고 연료공급부(300)의 노즐(310) 구멍의 직경(do)과 노즐(310)의 위치에서 관로부(200)의 시작지점까지의 거리(S)에 관한 S/do식은 60 내지 65의 범위 내에서 이루어지는 것이 바람직하다.

상기의 범위조건은 연료는 LPG연료로 적용되고 노즐(310)의 분사압력이 25kPa의 압력으로 공급되었을 때의 최적화된 조건으로서, 분사압력이 달라짐에 따라 그 수치는 비례적으로 조정될 수 있음은 물론이다.

아래에는 본 발명의 각 구성들을 설명하고자 한다.

상기 유입부(100)는, 도 1, 2, 3, 4에 도시된 바와 같이, 원판형의 선단부와 상기 선단부로부터 후단으로 갈수록 내경이 점점 좁아지는 형태의 벤추리관 형태로 형성되어 있으며, 상기 선단부의 중앙에는 연료공급부(300)가 결합되고, 상기 연료공급부(300)가 결합되는 부분 주위에는 외부공기가 유입될 수 있도록 한 통공부(110)가 형성되어 있다.

아울러, 본 발명은 연료공급부(300)의 조절만으로 외부공기의 공급량을 조절할 수 있지만, 보조적인 수단으로 상기 유입부(100)의 원판형 선단부에 형성된 통공부(110)의 공기유입량을 조절할 수 있도록 도 1에서와 같이 원판형상을 가지는 조절판(120)이 상기 선단부에 덧대어져 설치될 수도 있다.

본 발명의 연료공급부(300)는 도 4에 도시한 바와 같이 유입부(100)에 선단 중앙에 결합되는 구성으로서, 연료공급부(300)의 몸체 외주면에는 일정구간만큼 나사산이 형성되어 나사결합이 이루어질 수 있도록 구성되어 있고, 선단에는 공구에 의해 나사조절이 용이하도록 볼트머리가 형성되어 있으며, 후단에는 연료가 분사될 수 있도록 한 노즐(310)이 형성되어 있다.

상기 관로부(200)는 유입부(100)를 통해 공급된 연료와 공기가 혼합실(400) 방향으로 이동할 수 있도록 안내하는 구성으로서, 도면에 도시한 바와 같이 수평으로 연결되는 형태로 되어 있지만 필요에 따라 수직방향으로 연결되는 형태로도 실시할 수 있다.

상기 혼합실(400)은 관로부(200)의 후단에 형성되는 것으로, 연료와 공기를 화구(500)로 보내기 전에 혼합실(400)의 공간내에서 연료와 공기가 혼합될 수 있도록 한 구성이다.

상기 화구(500)는 혼합실(400)의 상부에 마련되어 연료와 공기가 혼합된 가스가 토출되면서 연소작용이 이루어지는 구성으로서, 상기 화구(500)의 내부는 혼합된 연료와 공기가 유입되는 공간부(510)가 마련되고, 상기 공간부(510)와 연결된 다수의 토출구멍(520)을 통해 외부로 토출하는 것이다.

아울러 본 발명의 도 2에 도시한 바와 같이 혼합실(400)과 화구(500) 사이에 균일분배수단(600)이 더 마련될 경우, 연료와 공기가 혼합된 가스가 화구(500) 내에서 한번 더 혼합되고 균일하게 토출될 수 있는 효과를 가지게 된다.

상기 균일분배수단(600)은 도 5 내지 6에 도시한 바와 같이 혼합실(400)과 화구(500)를 연결하는 통로부(610)가 특정각도로 꺾어지면서 형성되되, 상기 통로부(610)는 일정간격을 두고 원호를 그리며 다수 형성되는 형태로 되어 있다. 다수의 통로부(610)를 통해서 유체(연료+공기)는 화구(500)의 공간부(510) 내에서 회전하면서 혼합 및 균일분배가 이루어지는 것이다.

상기 통로부(610)의 각도는 45도 또는 60도로 이루어지며, 통로부(610)의 형성구간은 180°즉, 반원형태로 형성되는 것이 바람직하다. 상기와 같이 통로부(610)의 형성구간을 전체적으로 하지 않고 일정구간만큼 형성한 이유는 만일, 통로부(610)가 전체적으로 형성될 경우 압력손실의 문제가 발생하여 공급이 원활히 이루어질 수 없기 때문이다.

아울러 상기 통로부(610)는 관로부(200)의 공급방향과 반대의 방향에 형성되는 것이 좋은데, 그 이유는 관로부(200)의 공급방향에 가까운 쪽이 더 높은 유체압력을 갖기 때문에 관로부(200)의 공급방향에서 먼 방향에 해당하는 곳에 통로부(610)를 형성하여 유체가 화구(500)의 공간부(510) 내에서 균일하게 분포될 수 있도록 하기 위함이다.

이상에서 본 발명은 상기 실시예를 참고하여 설명하였지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.

100 : 유입부 110 : 통공부
120 : 조절판 200 : 관로부
300 : 연료공급부 310 : 노즐
400 : 혼합실 500 : 화구
510 : 공간부 520 : 토출구멍
600 : 균일분배수단 610 : 통로부

Claims (5)

1. 
   원판형의 선단부에 통공부(110)가 형성되고, 상기 선단부로부터 후단부로 갈수록 내부 직경이 점점 좁아지는 유입부(100);
   상기 유입부(100)의 후단에 형성되어 공급된 연료와 공기가 함께 이동하는 관로부(200);
   상기 유입부(100)의 원판형 선단부 중앙에 설치되어 유입부(100) 내부로 삽입된 노즐(310)을 통해 가스형태의 연료가 유입부(100) 및 관로부(200)의 내부로 공급하는 연료공급부(300);
   상기 관로부(200)의 후단에 형성되어 공급된 연료와 공기가 일정공간 내에서 혼합되는 혼합실(400);
   상기 혼합실(400)의 상부에는 혼합된 연료와 공기가 토출되면서 연소가 이루어지는 화구(500);를 포함하고,
   상기 연료공급부(300)는 유입부(100) 내부에 위치한 노즐(310)의 분사압력에 의해 통공부(110)의 공기가 유입부(100) 내부로 흡입되되, 상기 연료공급부(300)는 몸체 외주면에 일정구간 나사산이 형성되고 선단은 볼트머리 형상을 가지며 후단은 노즐(310)이 형성되어 있으며, 상기 연료공급부(300)의 노즐(310) 구멍의 직경(do)과 관로부(200)의 내경(Dm)에 관한 Dm/do 식은 24 내지 26의 범위 내에서 이루어져, 상기 연료공급부(300)가 유입부(100)의 원판형 선단부에 나사결합되어 노즐(310)의 위치를 조절함으로써 공기의 흡입량을 제어할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 고효율 가스버너장치
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 연료공급부(300)의 노즐(310) 구멍의 직경과(do)과 노즐(310)의 위치에서 관로부(200)의 시작지점까지의 거리(S)에 관한 S/do식은 60 내지 65의 범위 내에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 고효율 가스버너장치
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 혼합실(400)과 화구(500) 사이에는 균일분배수단(600)이 더 마련되어 연료와 공기가 혼합된 가스가 화구(500) 내에서 더 혼합된 다음 균일하게 토출될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 고효율 가스버너장치
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 균일분배수단(600)은 혼합실(400)과 화구(500)를 연결하는 통로부(610)가 특정각도로 꺾어지면서 형성되되, 상기 통로부(610)는 일정간격을 두고 원호를 그리며 다수 형성되는 것을 특징으로 하는 고효율 가스버너장치
   

Images