KR102019409B1 - 표면 연소 가스 버너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일련의 슬릿(2)이 천공되어 있는 금속 시트(1)로 이루어진 연소 그리드를 포함하는 표면 연소 가스 버너에 관한 것이다. 이 버너의 주목할 만한 특징으로서, 상기 금속 시트는, 이 시트와 일체적으로 형성되어 시트의 외부면(12)으로부터 돌출되어 있는 일련의 방향 전환기(3)를 포함하고, 각각의 방향 전환기(3)는 슬릿(2)의 전체 표면 위쪽에서 길이 방향 및 횡방향으로 연장되어 있고, 각각의 방향 전환기(3)는 가스 흐름 안내부 및 금속 시트(1)에 연결하는 부분을 포함하고, 상기 안내부는 금속 시트(1)로부터 이격되어 있어, 그 시트와 함께 적어도 하나의 측방 가스 방출 개구를 형성하며, 상기 방향 전환기는 쌍으로 배치되어 있으며, 방향 전환기의 측방 가스 방출 개구는 서로 대향한다.

Description

표면 연소 가스 버너{SURFACE-COMBUSTION GAS BURNER}

본 발명은 표면 연소 가스 버너에 관한 것이다.

"가스 버너" 라는 용어는, 사실 예혼합된 가스-공기 혼합물이 공급되는 버너를 말하는 것이다. 다음의 설명 및 청구 범위에서, 단순화를 위해 사용되는 "가스"라는 용어는 사실 예혼합된 가스-공기 혼합물을 말하는 것이다.

소위 "표면 연소" 버너는, 토치 화염 버너와는 대조적으로, 연소가 연소 표면 또는 연소 그리드 상에서 일어나는 버너를 말하는 것으로, 가스-공기 혼합물이 그 연소 표면 또는 연소 그리드를 통해 압력하에서 보내지게 된다.

이러한 종류의 버너는 특히 하지만 비배타적으로 가스 물 가열기에 적용될 수 있다. 상기 버너는 가열될 유체가 통과하는 열교환기를 가열하는 연소 가스를 발생시킨다.

이러한 종류의 가스 버너에서, 연소 표면 상에서의 화염 유지 성능이, 사용되는 연료(이 경우에는 가스)의 연소질 및 버너의 파워 변동 범위를 결정하게 된다.

더욱이, 이 연소의 질, 즉 대기 중으로의 오염 가스의 더 많은 또는 더 적은 배출은, 버너의 화염 유지 성능, 버너의 형상 및 연소가 일어나는 밀폐부(또는 연소기)의 부피에 달려 있다.

"화염 유지"는 화염의 기부가 연소 표면 근처에 유지되는 능력을 말한다.

매우 널리 보급되어 있는 종류의 표면 연소 버너가 종래 기술에 이미 알려져 있다.

제 1 종류의 버너는, 가변적인 크기의 작은 구멍과 가변적인 치수의 슬릿이 천공되어 있는 스테인레스강 시트(sheet)로 이루어진 연소 표면(또는 연소 그리드)을 포함한다. 이러한 버너는 예컨대 원통형으로 되어 있다. 작은 구멍 영역과 슬릿 영역의 특별한 관련(그래서 그의 단면은 더 크게 된다)으로 인해, 화염은 매우 좁은 파워 변동 범위(즉, 1 ∼ 3 정도)에 대해서만 적절히 유지될 수 있다.

이러한 종류의 버너는 뒤에서 언급하는 단점을 갖는다.

이 버너가 낮은 파워에서, 즉 낮은 유량의 가스-공기 예비 혼합물로 사용될 때, 그 버너의 표면은 화염과 시트의 접촉과 관련한 매우 강한 (수백 도의) 온도 증가를 받게 되는데, 그래서 버너 안으로 플래시백(flashback)이 일어나게 되며, 이로 인해 심지어 버너가 파괴될 수 있다.

반대로, 이 버너가 높은 파워에서 사용되면, 화염이 버너의 표면에서 분리되는 위험이 있게 되는데, 이는 가스의 출구 속도가 화염 전파 속도 보다 상당히 높을 때 일어나는 것으로, 화염 분리로 인해 오염물 가스, 특히 질소산화물(NOx) 및일산화탄소(CO)의 상당한 배출이 일어나게 된다.

위에서 언급한 단점을 고려하여, 주어진 버너에 대한 사용가능한 파워 설정 의 범위는 그래서 다소 제한된다.

알려져 있는 제 2 종류의 버너는 천공된 강 시트로 이루어져 있는 것으로, 그 천공된 시트는 그의 외부 표면 상에 배치되는 스테인레스강 섬유층으로 덮여 있다. 이 섬유층은 1 mm ∼ 2 mm의 정도의 두께를 가지며, 다소 고성능 화염 유지기로서 역할하고 또한 천공된 시트의 온도 상승을 줄이고 또한 그래서 플래시백의 위험을 줄여주는 열 절연체의 역할도 하게 된다.

이러한 종류의 버너는 제 1 종류의 버너 보다 넓은 파워 변동 범위를 허용하는데, 즉 그 범위는 사용되는 강 섬유의 조직에 따라 1 ∼ 5 정도 또는 심지어 1 ∼ 10이 된다. 그러나, 이 강 섬유는 비싸고 그래서 버너의 전체적인 가격이 높아지게 된다.

그러므로, 본 발명의 목적은, 위에서 언급한 단점들을 해소하고 또한 특히 다음과 같은 여러 목표들을 동시에 달성할 수 있는 표면 연소 가스 버너를 제공하는 것이다.

- 매우 높은 화염 유지 성능을 가지되, 버너의 연소 표면의 온도를 줄이기 위해 화염은 버너로부터 약간 떨어져 있을 것,

- 넓은 파워 변동 범위에서 버너를 사용할 수 있을 것,

- 버너의 작동 온도의 상당한 감소로 인해 버너의 수명이 늘어날 것 - 이는 사용되는 모든 파워 설정에서 그래야 함,

- 매우 다양한 형상과 작은 치수와 매우 큰 치수 모두를 갖는 버너에 적용될수 있는 연소 계획을 가질 것,

- 오염물 가스, 특히 CO 및 NOx의 배출을 상당히 줄일 것, 그리고

- 저렴하고, 강 섬유 코팅을 갖는 버너의 가격 보다 상당히 낮을 것.

이를 위해, 본 발명은, 금속 또는 내화재로 만들어지고 일련의 슬릿이 천공되어 있는 시트로 이루어진 연소 그리드를 포함하는 표면 연소 가스 버너에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 상기 시트는, 이 시트와 일체적으로 형성되어 시트의 외부면으로부터 돌출되어 있는 일련의 방향 전환기(deflector)를 포함하고, 각각의 방향 전환기는 슬릿의 전체 표면 위쪽에서 길이 방향 및 횡방향으로 연장되어 있고, 각각의 방향 전환기는 가스 흐름 안내부 및 이를 시트에 연결하는 부분을 포함하고, 상기 안내부는 시트로부터 이격되어 있어, 그 시트와 함께 적어도 하나의 측방 가스 방출 개구를 형성하며, 상기 방향 전환기는 쌍으로 배치되어 있으며, 따라서 방향 전환기의 측방 가스 방출 개구은 서로 대향한다.

본 발명의 이러한 특징 덕분에, 버너는 화염의 분리 없이 매우 높은 파워에서 사용될 수 있고 또한 반대로 플래시백 없이 매우 낮은 파워에서도 사용될 수 있으며, 그리하여 버너의 견고성 및 긴 수명이 보장된다.

단독으로 또는 조합하여 본 발명의 다른 유리하고 비제한적인 특징에 따르면,

- 각각의 방향 전환기는, 이 방향 전환기가 위쪽에서 연장되어 있는 슬릿의 면과 상기 가스 흐름 안내부의 내부면의 모선이 서로 평행하도록 성형되어 있다.

- 상기 방향 전환기는 판금 스트립으로 이루어진 브리지이고, 이 브리지는 중앙부 및 그 브리지가 위쪽에서 연장되어 있는 슬릿의 두 단부에 부착되어 있는 두 단부를 가지며, 상기 중앙부는 상기 가스 흐름 안내부를 구성하고, 상기 두 단부는 시트에 연결되는 부분을 구성하며, 상기 두 측방 가스 방출 개구는 상기 브리지의 양측에 형성되어 있다.

- 각 브리지의 폭은 그 브리지가 위쪽에 위치되어 있는 슬릿의 폭과 같다.

- 상기 측방 가스 방출 개구의 높이(H2)에 대한 브리지의 폭(L1)의 비는 적어도 0.5 이다.

- 상기 방향 전환기는 후드(hood)의 형태로 되어 있고 또한 바람직하게는 평평한 길이 방향 부분을 포함하고, 이 길이 방향 부분은 그의 한 길이방향 측으로 시트에 연결되어 있고 가스 흐름을 안내한다.

- 상기 방향 전환기는 아가미 형태로 되어 있다.

- 상기 시트에는 배출 마이크로 관 안으로 연장되어 있는 일련의 포트가 더 천공되어 있고, 상기 마이크로 관은 시트의 외부면으로부터 돌출되어 있고 그 마이크로 관의 중심 축선은 시트에 수직이다.

- 상기 배출 마이크로 관에 있어서 상기 시트의 외부면으로부터 돌출되어 있는 부분의 높이(H3)와 그 마이크로 관의 내경(D)의 비는 0.2 ∼ 2, 바람직하게는 1 이다.

- 상기 슬릿과 포트는 그룹을 지어 패턴을 형성하고, 각각의 패턴은 방향 전환기가 씌워져 있는 두 슬릿 사이에 위치되는 마이크로 관 안으로 연장되어 있는 적어도 하나의 포트를 포함한다.

- 각각의 패턴은 방향 전환기가 씌워져 있는 두 슬릿 사이에 위치되는 마이크로 관 안으로 각기 연장되어 있는 2개의 포트를 포함하며, 이들 두 슬릿은 상기 두 포트의 정렬 축선에 평행하다.

- 상기 연소 그리드는 원통형으로 되어 있다.

- 상기 연소 그리드는 평평한 원형, 돔형 원형 또는 이면체형(dihedral shape)으로 되어 있다.

본 발명의 다른 특징 및 이점은, 본 발명의 여러 가능한 실시 형태를 예시적으로 제한 없이 나타내는 첨부 도면을 참조하여, 이제 주어질 상세한 설명으로부터 명확히 알 수 있을 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 버너의 연소 그리드의 일 부분의 상면도이다.
도 2, 도 3 및 도 4 는 도 1 의 단면 Ⅱ - Ⅱ, Ⅲ - Ⅲ 및 Ⅳ - Ⅳ 에서 취한 동일한 연소 그리드의 단면도로, 도 3 과 도 4 는 더 크게 나타나 있다.
도 5 는 버너 그리드의 표면 상에서 화염을 유지하는 원리를 보여주는 개략도이다.
도 6 및 도 7 은 본 발명에 따른 연소 그리드에 제공되어 있는 개구의 제 2 실시 형태를 사시도 및 도 6 의 단면 Ⅶ - Ⅶ 을 따른 단면도로 각각 나타낸 것으로, 도 7 은 더 크게 나타나 있다.
도 8 은 본 발명에 따른 연소 그리드에 제공되어 있는 개구의 제 3 실시 형태의 사시도이다.
도 9 ∼ 도 11 은 각각 원통형, 평평한 원형 및 둥근 정점을 갖는 이면체형으로 되어 있는 연소 그리드의 다른 변형 실시 형태를 나타낸다.
도 12 는 종래 기술의 버너와 본 발명에 따른 버너에 대해 일산화탄소(CO) 배출을 버너의 가스 파워(P)의 함수로 나타낸 그래프이다.

이제, 본 발명에 따른 가스 버너의 제 1 실시 형태를 도 1 ∼ 도 4 를 참조하여 설명한다.

이 버너는 연소 그리드를 포함한다. 상기 버너는, 가스-공기 혼합물(예컨대, 천연 가스와 공기의 혼합물)을 압력하에서 버너의 내부에 전달하도록 되어 있는 수단(미도시)(예컨대, 팬(fan))에 연결된다. 기체 혼합물은 상기 그리드의 개구 및 포트를 통과하고, 당업자에게 알려져 있는 점화 시스템에 의해 그리드의 외부면에서 연소가 개시된다.

이 연소 그리드는 금속(예컨대, 스테인레스 강) 또는 내화재로 만들어지는 시트(sheet)(또는 플레이트)(1)로 이루어진다. 이들 내부면 및 외부면은 참조 번호 "11" 및 "12"로 각각 표시되어 있다.

이 시트(1)에는 일반적으로 직사각형인 일련의 슬릿(2)이 천공되어 있으며, 각 슬릿(2)은 2개의 길이 방향 가장자리(23, 24)를 갖는다.

각 슬릿(2)은 브리지(3) 또는 "작은 브리지"로 씌워져 있는데, 이 브리지는 상기 시트(1)와 단일체로 되어 있고(일체적으로 형성되어 있고) 시트의 외부면(12)으로부터 돌출되어 있다.

뒤에서 더 자세히 설명하겠지만, 상기 브리지(3)는 시트(1)를 통과하는 가스를 위한 방향 전환기(deflector)의 역할을 한다.

각 브리지(3)는 슬릿(2) 쪽으로 오목하도록 만곡된 또는 형성된 판금 스트립으로 이루어져 있다. 브리지는 중앙부(중앙 부분)(30) 및 두 단부(31, 32)를 가지며, 이들 단부는 그 브리지가 위쪽에서 길이 방향 및 횡방향으로 연장되어 있는 슬릿(2)의 두 단부(21, 22)에 각각 부착되어 있다. 중앙부(30)는 가스 유동 안내부를 구성하고, 단부(31, 32)는 시트(1)에 대한 연결부를 구성한다.

바람직하게는, 슬릿(2)은 적절한 펀칭 다이를 사용하여 만들어지는데, 이 펀칭 다이는 단순화를 위해 도면에는 나타나 있지 않다.

바람직하게는, 브리지(3)의 폭(L1)은 그 브리지가 위쪽에 위치해 있는 슬릿(2)의 폭(L2)과 같다(도 3 참조).

펀칭 다이의 이동량은 브리지(3)(보다 정확히 말하면 그의 중앙부 또는 중앙 부분(30))와 슬릿(2) 사이에 제공되어 있는 공간(4)의 높이(H2)를 규정하게 된다.

브리지(3)와 이 브리지에 근접해 위치하는 시트(1)의 외부면(12) 사이의 간격에 의해, 공간(4)의 양측에서 2개의 개구(또는 구멍)(40, 40')("측방 가스 방출 개구"라고함)가 규정된다 (도 3 참조).

이들 측방 가스 방출 개구(40, 40')는, 서로 평행하고 또한 슬릿(2)의 면(P3)에 수직인 면(P1, P2) 내에 각각 있다. 나머지 설명과 청구 범위에서, 슬릿(2)의 이 면(P3)은 시트(1)의 외부면(12)에서 취해진다.

유리하게도 그리고 도 1 에서 더 잘 볼 수 있는 바와 같이, 브리지(3)들은 모두 동일한 길이를 가지며 서로 평행하게 배치되고 또한 그들에 수직인 중간 축선(Y - Y')과 정렬된다.

그러므로 다른 브리지(3)는 라인(81) 또는 행(도 1 에서 수평임)의 형태로 배치된다.

브리지(3)는 쌍으로 배치되고, 그의 측방 개구(40, 40')는 서로 대향한다.

또한 바람직하게는, 다른 라인(81)에 있는 브리지(3)는 Y - Y' 에 수직인 길이 방향 축선(X1 - X'1 또는 X2 - X'2)과 정렬되며, 그래서 브리지의 열(column; 82)(도 1 에서 수직임)이 규정된다.

유리하게는, 하지만 필수적인 것은 아니지만, 브리지(3)는 일정한 간격(E1, E2)(E1 = E2)으로 배치된다.

본 발명의 단순화된 변형예에 따르면, 시트 또는 플레이트(1)에는 슬릿(2)과 브리지(3)만 제공된다. 하지만, 유리하게는, 특별한 기하학적 구조를 갖는 다른 종류의 천공부도 전체 시트(1)에 형성된다.

이들은 시트(1)의 외부면(12)으로부터 돌출되어 있는 배출 마이크로 관(6) 안으로 연장되어 있는 포트(5)이다.

바람직하게는, 포트(5)는 원형이고 마이크로 관(6)은 원통형이며, 그래서 그들 포트와 마이크로 관은 시트(1)에 수직인 중심 축선 또는 회전 축선(Z - Z')을 갖는다(특히 도 3 및 도 4 참조).

따라서 배출 마이크로 관(6)은 가스 마이크로 분사기를 구성하게 된다. 이들 마이크로 관(6)은, 이 관이 형성되어 있는 위치에서 시트(1)의 두께를 상당히 증가시키는 효과를 갖는다.

포트(5)와 마이크로 관(6)은 예컨대 인발로 얻어지는데, 이 인발은 시트의 재료를 연신시키는 효과를 갖는다.

이 때문에, 시트(1)의 외부면(12)과의 접속부에서 이들 마이크로 관(6)의 기부의 외경(D1)은 선단부에서의 외경(D2) 보다 크게 되어 있다. 이렇게 해서 마이크로 관의 벽의 두께는 절두 원추형으로 된다.

슬릿/브리지 및 포트/마이크로 관은 시트(1) 상에서 그룹을 지어 배치되어 다른 패턴(7)들을 형성하게 된다.

도 1 에 나타나 있는 본 발명의 바람직한 변형 실시 형태에 따르면, 마이크로 관(6)은 쌍으로 그룹을 지어, 2개씩 축선(X - X')을 따라 정렬되어 있으며, 슬릿(2)과 브리지(3)는 이 포트(5)/마이크로 관(6)의 쌍의 양쪽에 배치되며, 그래서 그들의 길이 방향 축선(X1 - X'1 또는 X2 - X'2)은 축선(X - X')과 평행하다.

또한, 두 브리지(3) 사이에 단지 하나 또는 둘 이상의 마이크로 관(6)이 있는 것도 가능하다.

더욱이, 이들 패턴(7)은, 제 1 패턴(7)의 좌측 브리지(3a)와 우측 브리지(3b)의 길이 방향 축선(X1 - X'1)과 길이 방향 축선(X2 - X'2) 사이의 간격(E1)이 상기 패턴(7)의 우측 브리지(3b)의 길이 방향 축선(X2 - X'2)과 제 1 패턴(7)의 우측에 위치하여 인접하는 제 2 패턴(7')의 좌측 브리지(3a)의 길이 방향 축선(X1 - X'1) 사이의 간격(E2)과 같도록, 플레이트(1) 위에 반복적으로 배치될 수 있다. 다시 말해, 마이크로 관(6)의 두 정렬 축선(X - X') 사이의 간격(E3)은 한 동일한 쌍에 있는 두 좌측 브리지(3a)와 우측 브리지(3b) 사이의 간격(E1)의 값의 2배이다.

도 1 에 나타나 있는 실시예에서, 제 1 패턴(7)의 우측 브리지(3b)와 인접 패턴(7')의 좌측 브리지(3a) 사이에는 포트(5)와 마이크로 관(6)이 없음을 알 수 있다. 다시 말해, X2 - X'2에 평행한 축선(X3 - X'3)을 따라서는 가스 배출 포트가 없다. 따라서 그러한 배치에 의해, 버너에 있어서 패턴(7, 7')이 있는 부분에서 가스 흐름이 증가될 수 있고 또한 반대로 가스 방출이 거의 없는 축선(X3 - X'3)을 갖는 영역이 제공될 수 있다.

그러나, 버너가 원통 형상을 갖는 일 예시적인 실시 형태를 나타내는 도 9 에서 알 수 있는 바와 같이, 모든 브리지(3) 사이에 개구(5)/마이크로 관(6)의 쌍을 제공하는 것도 가능하다. 이렇게 해서, 선(X3 - X'3)에는 포트(5)와 마이크로 관(6)이 없는 낮은 투명 계수를 갖는 행(81)과는 반대로, 매우 높은 투명 계수를 갖는 영역 또는 행(81')이 얻어진다. 투명 계수에 있어 차이가 나는 이들 행은 다른 방식으로 번갈아 있을 수 있다. 상기 투명 계수는 포트의 전체 면적과 플레이트(1)의 전체 면적 사이의 비를 말한다.

다른 변형 실시 형태도 생각할 수 있다. 예컨대, 도 11 은 평평한 원형 표면을 갖는 버너의 경우를 나타낸다. 이 경우, 패턴(7)의 다른 행(81 또는 81')은 서로 평행하게 정렬되어 있다. 그러나, 모든 다른 축선(X - X', X1 -X'1, X2 - X'2, X3 - X'3)이 반경 방향으로 있고 원형 버너의 중심에서 교차하는 반경 방향 배치도 가능하다.

상기 슬릿, 브리지, 포트 개구 및 마이크로 분사기의 치수 비율은 연소 성능 개선이라는 원하는 결과를 얻는데 있어 일 역할을 한다.

따라서, 바람직하게는 L1/H2 비는 적어도 0.5 이다. 또한 바람직하게는, H3/D 비는 0.2 ∼ 2, 더 바람직하게는 1 이다.

이제, 브리지(3)와는 다른 방향 전환기의 실시 형태를 도 6 ∼ 도 8 과 관련하여 설명한다.

도 6 에 나타나 있는 제 1 실시 형태에 따르면, 방향 전환기(3')는 전체적으로 "후드" 또는 "차양"의 형태로 되어 있으며, 바람직하게는 평평한 길이 빙향 부분(30')을 포함하며, 이 부분은 슬릿(2)의 전체 길이 위에서 길이 방향으로 연장되어 있고 가스 흐름을 안내할 수 있다. 상기 방향 전환기는 그의 한 길이 방향 측을 따라 아치형 부분(33')에 의해 시트(1)(방향 전환기는 이 시트와 일체적으로 형성됨)와 연결되어 있다.

상기 부분(30')과 슬릿(2) 사이에는 공간(4')이 제공되어 있으며, 상기 부분(30')과 시트(1) 사이에는 하나의 측방 가스 방출 개구(41)가 있다.

이들 두 방향 전환기(3')는 서로 대향하여 위치되며, 그래서 각각의 개구(41)도 서로 대향한다. 마이크로 관(6)이 존재하면, 두 방향 전환기(3')는 또한 그 마이크로 관의 정렬 축선(X - X')에 유리하게 평행하다.

도 9 에 나타나 있는 제 2 변형 실시 형태에 따르면, 방향 전환기는 플레이트(1)에 연결되는 원호형 부분(33")으로 인해 상기 차양 또는 후드(3')와 다르게 되어 있는 "아가미"(3")의 형태를 갖는다.

마지막으로, 방향 전환기(들)(3, 3', 3")를 만들기 위한 기술 및/또는 수단이 무엇이든 간에, 이들 방향 전환기는 슬릿(2)의 전체 표면 영역을 덮게 됨을 유의해야 할 것이다.

도 1 은 위에서 본 그래서 평평하게 나타나 있는 시트(1)의 일 부분만 보여준다. 그러나, 이 시트로 만들어진 버너는 다른 기하학적 형태를 가질 수 있다.

도 9 에 나타나 있는 일 바람직한 변형 실시 형태에 따르면, 버너의 연소 그리드는 원통형을 갖는데, 그의 상부면은 디스크로 막혀 있고 그의 측벽은 앞에서 설명한 천공 패턴(7, 7')을 갖는다. 이들 패턴을 상기 원통의 원호형 부분에만 제공하는 것도 가능함을 유의해야 할 것이다.

유리하게는, 브리지(및 그래서 슬릿(2))의 축선(X1 - X'1, X2 - X'2)은 원통형 버너의 회전 축선에 평행하다.

도 10 은 연소 그리드가 원형이고 평평하게 되어 있는 버너를 나타낸다. 이것이 나타나 있지는 않지만, 이 그리드는 약간 돔형으로 될 수 있는데, 그래서 그외 외부 표면은 볼록하고 그리드는 가스 공급부 쪽으로(도 10의 바닥 쪽으로) 오목하게 되어 있다.

마지막으로, 도 11 에 나타나 있는 바와 같이, 플레이트(1)는 이면체형(dihedral shape)으로 길이 방향으로 약간 아치형으로 될 수 있으며, 그래서 실질적으로 삼각형인 곧은 부분과 둥근 상부점을 갖는다.

본 발명에 따른 버너의 작용은 다음과 같다.

도 3 및 도 5 에서 알 수 있는 바와 같이, 마이크로 관(6)으로부터 포트(5)를 통과하는 가스의 배출은, 시트의 면에 수직인 그래서 그 시트의 외부면(12)에 수직인 방향(화살표 F3)으로 일어난다.

더욱이, 시트(1)의 면에 수직하게 슬릿(2)을 떠나는 가스는 방향 전환기, 보다 정확하게는 그 방향 전환기의 중앙 가스 흐름 안내부(30)(상기 슬릿의 전체 표면 영역 위에서 연장되어 있음)에 충돌하게 되며, 그래서 상기 가스는 시트(1)에 수직하게 배출되지 못한다.

이러한 이유로, 가스의 배출은 측방 가스 방출 개구(40, 40')를 통해 브리지(3)의 옆쪽으로 일어나게 된다.

앞에 마이크로 관(6)이 없는 개구(40)를 통해 이 가스 배출은 시트(1)의 외부면(12)에 평행하게(화살표 F1), 또는 시트(1)가 만곡되어 있으면(원통형 버너의 경우) 접하여 일어나게 된다. 이렇게 해서 측방 가스 방출 개구(40)를 통한 가스 배출은 인접한 마이크로 관(6)을 떠나는 가스 분류(jet)(화살표 F3)의 축선에 수직하게, 또는 가스 배출이 접해서 일어나는 경우에는 이 방향(F3)에 대해 준(quasi) 수직하게 일어난다.

더욱이, 마이크로 관(6)의 앞에 위치하는 개구(40')를 떠나는 가스는 또한 면(12)에 평행하게 또는 그 면에 접하여 보내지며, 그래서 가스는 마이크로 관(6)에 충돌하면 바깥쪽으로(화살표 F2) 방향 전환되어, 마이크로 관(6)을 떠나는 분류(화살표 F3)에 평행하게 된다. 추가로, 또한 도 1 에서 알 수 있는 바와 같이, 두 관(6) 사이에 있는 개구(40')를 떠나는 가스는 화살표 F1의 방향으로 향하게 된다.

바람직하게는, 그리고 도 7 에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 방향 전환기의 안내부(30')의 내부면(110)의 모선(G)은 슬릿(2)의 면(P3)에 평행하다. 이는 방향 전환기의 다른 실시 형태에서도 마찬가지다.

따라서, 가스(이 가스가 덮는 방향 전환기의 표면에 평행한 방향으로 방향 전환되는 경향이 있음)는 시트(1)에 평행하게(또는 시트가 만곡되어 있으면 그 시트에 접하여) 안내된다(화살표 F1).

가스 흐름의 대부분이 위에서 언급한 바와 같이 안내된다면, 상기 모선(G)은 면(P3)에 준 평행할 수 있다(약간의 각도 편차가 가능함).

축선(X - X')을 따르는 선에 있는 연소 영역은, 마이크로 관(6)의 쌍의 가스 흐름 뿐만 아니라, 양쪽에 위치하는 브리지(3)를 떠나는 가스의 흐름도 수용한다. 도 5 에서 화염(91)으로 나타나 있는 이 연소 영역을 "주 흐름형"이라고 한다.

이리하여, 마이크로 관(6)을 통과하는 강한 흐름을 발생시킬 수 있고 또한 브리지(3)에서 나오는 추가 흐름에 의해, 매우 큰 가스 흐름 범위에 대해서도 화염이 놀라운 성능으로 마이크로 관(6)의 선단부에 강하게 부착될 수 있다.

유리하게는, 이들 주 흐름형 연소 영역(91)은 축선(X3 - X'3)을 따라 연장되어 있는 연소 영역(92)("부차 흐름형"이라고 함)과 번갈아 있으며, 그 부차 흐름형 연소 영역은 브리지(3)의 가스 흐름(도 1, 도 3 및 도 5 에서 화살표 F1)만 수용한다.

시트(1)의 벽에 평행하거나 그에 접하며 측방 개구(40)에서 나오는 이들 두 가스 흐름(화살표 F1 참조)이 서로 대면해서 만나게 됨으로써, 천공부가 없는 영역에서 시트(1)의 외부면(12) 근처에서 연소가 일어나게 된다. 이 화염(92)의 기부(920)는 외부면(12)으로부터 약간 떨어져 있는데, 이는 그 외부면에는 마이크로 관(6)의 무거운 흐름이 없기 때문이다. 더욱이, 연소 그리드(1)의 내부면(11)측에서 순환하는 가스는 이 벽의 냉각에 기여하며, 그 벽은 약간만 빨갛게 열은 낸다.

연소 그리드의 시트(1)의 표면에서 가스가 이렇게 양방향으로 분포함으로써(화살표 F1 및 F3), 화염의 유지를 완벽하게 제어할 수 있고 또한 그래서 플래시백 또는 분리 화염 없이 매우 큰 흐름(또한 그래서 파워) 변동 범위(40 보다 큼) 내에서 연소가 가능하게 된다.

주어진 버너 면적에 대해, 상기 투명 계수는, 다른 원하는 파워 범위에 대한 가스 흐름에 따라, 얻어지는 연소의 거동에 중요한 역할을 하게 된다.

종래 기술의 버너에서는, 투명 계수가 클 수록, 최대 파워가 더 높게 된다. 그러나, 플래시백을 피하고자 한다면, 최소 파워 또한 높게 될 것이다. 이러한 이유로, 주어진 버너에 대해 파워 변동의 범위가 줄어든다.

이와는 대조적으로, 본 발명에서는, 매우 큰 파워 변동 폭에 걸쳐 버너를 사용할 수 있게 된다.

브리지(3)와 관련하여 설명한 작용은 후드(3') 또는 아가미(3")에 대해서도 동일한다. 따라서, 후드 또는 아가미 사이에 마이크로 관(6)이 없는 경우에 단지 부차 흐름형 연소 영역만 생기게 되고, 상기 마이크로 관이 존재하는 경우에는 주 흐름형 연소 영역이 생기게 된다.

이러한 우수한 화염 유지 성능에 추가하여, 일산화탄소(CO)의 배출량이 매우 낮아 오염률이 매우 낮게 된다.

이러한 점과 관련해서 도 12 의 곡선을 참조한다. 이 곡선은 CO 배출량(ppm)을 버너 파워(kW)의 함수로 나타낸 것이다(표준화 시험을 위한 실험실에 사용되는 표준 분리 가스 G321을 사용하여 비교 시험을 하였음).

곡선(C1)은 종래 기술의 버너로 얻은 것인데, 이 버너의 연소 그리드는 일련의 슬릿과 포트만 갖고 있고 브리지와 마이크로 관은 없는 천공 시트이다. 알 수 있는 바와 같이, 파워가 5 kW 를 넘어 증가되면 이 CO 배출 곡선은 점진적으로 상승하는데, 이는 5 에서 30 kW 까지만 그렇고, 그래서 화염의 분리에 의한 연소 청결의 저하가 확인된다(5 kW 아래의 CO 값은 플래시백의 발생 때문에 추정할 수 없음).

반대로, 곡선(C2)은 이중 마이크로 관과 이중 브리지의 교번적인 패턴을 갖는 본 발명에 따른 버너로 얻은 결과를 보여주는데, 바람직한 치수가 더 빨리 주어져 있다. 알 수 있는 바와 같이, CO 배출은 1 ∼ 30 kW 의 파워 변동 범위에 대해 O ppm 에서 6 ppm 까지만 변하게 된다. NOx 에 대해 수행된 다른 시험에 따르면, 이들은 본 발명에 따른 버너로 절반으로 줄어든 것으로 나타났다.

이들 결과는 화염의 우수한 화염 유지 성능 및 그로 인한 연소의 우수한 청결을 분명히 보여주고 있는 것이다.

이러한 종류의 버너의 일 특정한 적용예는 열 열교환기, 특히 가정용 및 산업용 물 가열기의 열교환기에 관련되어 있다. 예컨대 절연이 잘 된 집의 중앙 가열에 필요한 온수를 생성하기 위해 본 발명에 따른 버너를 낮은 파워에서 작동시킬 수 있고, 또한 "플래시"형 생성으로 가정용 온수가 요구되는 경우에는 상기 버너를 순간적으로 매우 높은 파워로 작동시킬 수 있다.

이 버너의 다른 다양하고 변화된 적용예도 생각할 수 있다. 순수하게 예시적으로 본 발명의 버너는 예컨대 유리 제조 라인에서 또한 그 유리를 열처리하기 위해 사용될 수 있으며, 또는 심지어 농식품 공장에서 사용되는 표면 연소로 요리하는데도 사용될 수 있다.

Claims (13)

1. 금속 또는 내화재로 만들어지고 일련의 슬릿(2)이 천공되어 있는 시트(1)로 이루어진 연소 그리드를 포함하는 표면 연소 가스 버너로서,
   상기 시트는, 이 시트와 일체적으로 형성되어 시트의 외부면(12)으로부터 돌출되어 있는 일련의 방향 전환기(3, 3a, 3b, 3', 3")를 포함하고, 각각의 방향 전환기(3, 3a, 3b, 3', 3")는 슬릿(2)의 전체 표면 위쪽에서 길이 방향 및 횡방향으로 연장되어 있고, 각각의 방향 전환기(3, 3a, 3b, 3', 3")는 가스 흐름 안내부(30, 30') 및 이를 시트(1)에 연결하는 부분(31, 32, 33', 33")을 포함하고, 상기 안내부(30, 30')는 시트(1)로부터 이격되어 있어, 그 시트와 함께 적어도 하나의 측방 가스 방출 개구(40, 40', 41)를 형성하며, 상기 방향 전환기(3, 3a, 3b, 3', 3")는 쌍으로 배치되되, 방향 전환기의 측방 가스 방출 개구(40, 40', 41)가 서로 대향하도록 배치되며,
   상기 시트(1)에는 배출 마이크로 관(6) 안으로 연장되어 있는 일련의 포트(5)가 더 천공되어 있고, 상기 마이크로 관은 시트의 외부면(12)으로부터 돌출되어 있고 그 마이크로 관의 중심 축선(Z - Z')은 시트에 수직인, 표면 연소 가스 버너.
2. 제 1 항에 있어서,
   각각의 방향 전환기(3, 3a, 3b, 3', 3")는, 이 방향 전환기가 위쪽에서 연장되어 있는 슬릿(2)의 면(P3)과 상기 가스 흐름 안내부(30, 30')의 내부면(110)의 모선(G)이 서로 평행하도록 성형되어 있는 표면 연소 가스 버너.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 방향 전환기는 판금 스트립으로 이루어진 브리지(3, 3a, 3b)이고, 이 브리지는 중앙부(30) 및 그 브리지가 위쪽에서 연장되어 있는 슬릿(2)의 두 단부(21, 22)에 부착되어 있는 두 단부(31, 32)를 가지며, 상기 중앙부(30)는 상기 가스 흐름 안내부를 구성하고, 상기 두 단부(31, 32)는 시트(1)에 연결되는 부분을 구성하며, 상기 두 측방 가스 방출 개구(40, 40')는 상기 브리지(3, 3a, 3b)의 양측에 형성되어 있는 표면 연소 가스 버너.
4. 제 3 항에 있어서,
   각 브리지(3, 3a, 3b)의 폭(L1)은 그 브리지가 위쪽에 위치되어 있는 슬릿(2)의 폭(L2)과 같은 표면 연소 가스 버너.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 측방 가스 방출 개구(40, 40')의 높이(H2)에 대한 브리지(3, 3a, 3b)의 폭(L1)의 비(L1/H2)는 적어도 0.5 인 표면 연소 가스 버너.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 방향 전환기(3')는 후드(hood)의 형태로 되어 있고, 길이 방향 부분(30')을 포함하며, 이 길이 방향 부분은 그의 한 길이방향 측으로 시트(1)에 연결되어 있고 가스 흐름을 안내하는 표면 연소 가스 버너.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 방향 전환기(3")는 아가미의 형태로 되어 있는 표면 연소 가스 버너.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 배출 마이크로 관(6)에 있어서 상기 시트(1)의 외부면으로부터 돌출되어 있는 부분의 높이(H3)와 그 마이크로 관의 내경(D)의 비가 0.2 ∼ 2인 표면 연소 가스 버너.
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 배출 마이크로 관(6)에 있어서 상기 시트(1)의 외부면으로부터 돌출되어 있는 부분의 높이(H3)와 그 마이크로 관의 내경(D)의 비가 1인 표면 연소 가스 버너.
10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 표면 연소 가스 버너는 상기 슬릿(2)과 포트(5)를 그룹짓는 패턴(7, 7')을 포함하고, 각각의 패턴(7, 7')은, 방향 전환기(3, 3a, 3b, 3', 3")가 씌워져 있는 두 슬릿(2) 사이에 위치되는 마이크로 관(6) 안으로 연장되어 있는 적어도 하나의 포트(5)를 포함하는 표면 연소 가스 버너.
11. 제 10 항에 있어서,
    각각의 패턴(7, 7')은, 방향 전환기(3, 3a, 3b, 3', 3")가 씌워져 있는 두 슬릿(2) 사이에 위치되는 마이크로 관(6) 안으로 각기 연장되어 있는 2개의 포트(5)를 포함하며, 이들 두 슬릿은 상기 두 포트(5)의 정렬 축선(X - X')에 평행한 표면 연소 가스 버너.
12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 시트(1)는 원통형으로 되어 있는 표면 연소 가스 버너.
13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 시트(1)는 평평한 원형, 돔형 원형 또는 이면체형(dihedral shape)으로 되어 있는 표면 연소 가스 버너.

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