KR102351918B1 - 전 혼합식 가스 버너 연소 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스 버너 연소 구조에 관한 것으로서, 특히 가스챔버 내의 공간과 예혼합된 가스가 토출되는 버너의 연소면적을 조절하여 입력되는 가스량 대비 과도한 가스챔버 크기, 버너의 연소면적에 의해 발생하는 연소의 불안정성을 해소하는 전 혼합식 가스 버너 연소 구조에 관한 것이다.
이를 위하여, 본 발명은 필요한 열량을 발생할 전체 연료가스와 공기의 예혼합이 이루어진 후, 연소용 가스를 가스챔버로 보내어 버너를 통해 연소시키는 전 혼합식 가스 버너 연소 구조에 있어서, 상기 가스챔버의 연소용 가스 인입구에서 회전하면서 가스챔버 내의 공간의 크기를 변화시키는 회전판; 및 상기 연소용 가스의 양에 맞추어 회전판의 회전각을 제어하는 제어부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전 혼합식 가스 버너 연소 구조를 제공한다.

Description

전 혼합식 가스 버너 연소 구조{Combustion system in pre-mixed gas burner}

본 발명은 가스 버너 연소 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가스챔버 내의 공간과 예혼합된 가스가 토출되는 버너의 연소면적을 조절하여 입력되는 가스량 대비 과도한 가스챔버 크기, 버너의 연소면적에 의해 발생하는 연소의 불안정성을 해소하는 전 혼합식 가스 버너 연소 구조에 관한 것이다.

종래 기술로서, 버너의 턴다운비(TDR)를 향상시키는 구조를 구비하면서도 낮은 출력 영역에서 배기가스 중의 산소 농도가 급격히 높아지는 것을 방지하여 가스 보일러의 효율을 높일 수 있는 가스보일러의 연소장치가 개발된 바 있다(KR 특허 0805630 참조).

상기 특허발명은 연소에 필요한 공기를 공급하는 송풍기, 가스의 공급유량을 조절하는 비례제어밸브, 보조밸브의 개폐에 의해 가스의 공급이 이루어지고, 복수개의 노즐이 병열로 연결된 노즐부, 송풍기로부터 공급된 공기와 노즐부를 통과한 가스를 혼합시켜 버너 표면으로 공급하는 믹싱챔버가 구성된다.

종래의 가스연소기는 10:1(최대 100%, 최소 10%)의 턴다운 비율(Turn-down ratio: 비례 가변시 - 최대 가스 입력량 대 최소 가스 입력량)를 가지며, 이는 최소 가스입력량 10%로도 같은 가스챔버 공간의 크기와 버너의 크기로 연소를 해야하는 문제점이 있다.

즉 종래의 기술은 연소의 최적화를 이루어 내기 위해 여러 가지 연소조건 중에 가스입력량과 공기의 입력량만을 비례적으로 조절하였으나, 이로 인해 턴다운 비율 등이 제한적이며 가스연소기의 설치 위치에 따라 불완전연소에 의한 과다한 CO와 Nox의 발생을 초래하는 문제점이 있다.

KR 특허 0805630 (2008.02.13)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 가스 입력량에 맞게 공기 입력량 가스챔버 공간의 크기 그리고 버너 연소면적의 크기가 각각 조절되어야 최적의 연소(optimized combustion: 착화, 연소시 소음과 배기가스의 성분이 안정적이고 친환경적인 연소)가 이루어지는데, 종래의 기술같이 공기 입력량만 비례적으로 가스 입력량에 맞추어지면 착화시 백파이어(Back Fire)에 의한 폭발점화의 가능성, 환경변화에 따른 기준치 이상의 연소 폐가스의 발생 그리고 착화음(Ignition Noise: 버너에서 흘러나오는 가스 착화시 발생하는 소음), 연소음 등을 발생하게 되므로, 이를 가스챔버 내에 회전판을 두어 가스챔버와 버너의 연소면적을 최적화함으로써 입력 가스량, 입력 공기량, 가스챔버 공간의 크기 그리고 버너 연소면적 등 4가지 연소 팩터를 최적화하여 보다 진보된 연소기술을 구현하는 전 혼합식 가스 버너 연소 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전 혼합식 가스 버너 연소 구조는 필요한 열량을 발생할 전체 연료가스와 공기의 예혼합이 이루어진 후, 연소용 가스를 가스챔버로 보내어 버너를 통해 연소시키는 전 혼합식 가스 버너 연소 구조에 있어서, 상기 가스챔버의 연소용 가스 인입구에서 회전하면서 가스챔버 내의 공간의 크기를 변화시키는 회전판; 및 상기 연소용 가스의 양에 맞추어 회전판의 회전각을 제어하는 제어부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 회전판은 회전하면서 버너의 연소면적을 변화시키는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 회전판은 회전하면서 가스챔버 내의 공간의 크기와 버너의 연소면적을 동시에 조절하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가스챔버는 회전판이 입구에서 회전식 도어처럼 움직이면서 내부 공간을 조절할 수 있도록 회전판의 끝단과 마주보는 일측 벽이 호 형태를 이루는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 버너는 회전판이 회전하면서 버너의 연소면적을 조절할 수 있도록 회전판의 끝단과 마주보는 일측 벽을 따라 호 형태를 이루도록 설치되는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 전 혼합식 가스 버너 연소 구조는 다음과 같은 유용한 효과를 발휘한다.

1) 가스챔버 외부에 모터, 가스챔버 내부에 회전축 그리고 회전판을 추가하여 모터의 회전운동으로 내부의 회전판이 회전함으로써 가스챔버 내의 공간과 예혼합된 가스가 토출되는 버너의 연소면적을 동시에 조절하여 입력되는 가스량 대비 과도한 가스챔버 크기, 버너의 연소면적에 의해 발생하는 연소의 불안정성을 해소한다.

2) 최대나 최소의 턴다운 비율(Turn-down ratio)에도 변함없는 안정적 연소를 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 보다 큰 턴다운 비율(Turn-down ratio)을 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전 혼합식 가스 버너 연소 구조를 나타내는 구성도이다.

이하, 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭이 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 전 혼합식 가스 버너 연소 구조를 나타내는 구성도이다.

본 발명의 전 혼합식 가스 버너 연소 구조는 50000kcal/hr(199000btu/hr) 이하의 가정용, 상업용, 산업용 가스보일러 그리고 가스온수기의 가스 버너 연소 구조로, 연소용 가스를 버너 전 위치(pre location)에서 100% 가스와 공기를 예혼합하는 구조와,송풍기를 통하여 가스챔버와 버너로 가스를 보내는 구조와 이 가스를 버너에서 연소하여 열을 얻는 가스연소기에 관한 것이다.

본 발명은 특히 입력되는 가스의 총열량이 변하는 경우에 맞추어 가스챔버의 크기와 버너의 연소면적을 상대적으로 가변시켜 최적연소(optimized combustion)를 이루어내는 구조에 관한 것이다.

본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이, 기본적으로 필요한 열량을 발생할 전체(100%-mix) 연료가스와 공기의 예혼합(Pre-mix)이 이루어진 후, 연소용 가스를 가스챔버(100)로 보내어 버너(200)를 통해 연소시키는 전 혼합식(100%-Pre-mix) 가스 버너 연소 구조에 관한 것이다.

본 발명에서 전 혼합(Pre-mix)란 가스와 공기를 버너의 전단에서 예혼합하는 것을 의미하고, 전 가스 혼합(100%-mix)란 연소될 가스 전부를 혼합하는 것을 의미한다.

구체적으로, 본 발명은 회전판(Rotating Plate)(300) 및 제어부(도면에 미도시)를 포함하여 구성된다.

회전판(300)은 가스통로 외부의 스테핑 모터(310)에 연결되어 회전하는 판으로, 상기 가스챔버(100)의 연소용 가스 인입구(100)에서 호를 그리며 회전하면서 가스챔버(100) 내의 공간(S)의 크기를 변화시킨다.

상기 가스챔버(Gas chamber)(100)는 예혼합된 연소용 가스를 담고 있는 버너 전단의 공간으로, 회전판(300)이 입구에서 마치 회전식 도어처럼 움직이면서 내부 공간(S)을 넓히고 줄여서 조절할 수 있도록 회전판(300)의 끝단과 마주보는 일측 벽이 호 형태를 이룬다.

제어부는 상기 연료가스와 공기가 예혼합된 연소용 가스(combustion gas)의 양에 맞추어 회전판(300)의 회전각(θ)을 제어한다. 즉 상기 스테핑 모터(310)를 돌려서 회전판(300)의 회전각(θ)을 제어한다.

여기서, 상기 회전판(300)은 회전하면서 버너(200)의 연소면적(combustion area)을 변화시킨다. 이때 연소면적이라 함은 예혼합된 가스의 연소가 실제 이루어지는 버너(200)의 면적을 의미한다.

상기 버너(200)는 회전판(300)이 호를 그리며 회전하면서 버너(200)의 연소면적을 넓히고 줄여서 변화시킬 수 있도록 회전판(300)의 끝단과 마주보면서 호 형태를 이루도록 설치된다.

상기 회전판(300)은 회전하면서 가스챔버(100) 내의 공간(S)의 크기와 버너의 연소면적(combustion area)을 동시에 조절하는 것이 바람직하다.

이를 위해, 상기 버너(200)는 회전판(300)이 가스챔버(100)의 입구에서 마치 회전식 도어처럼 움직이면서 내부 공간(S)을 조절할 수 있도록 회전판(300)의 끝단과 마주보는 일측 벽이 호 형태를 이룰 뿐 아니라, 상기 호 형태의 일측 벽을 따라 버너(200)가 설치되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 전 혼합식 가스 버너 연소 구조는 프리 믹스(Pre-mix) 가스연소기의 입력된 가스총량별 최적화하는 기술에 관한 것으로서, 필요한 열량을 발생할 전체의 연료가스(100%)가 비려제어 가스밸브(Proportional gas valve: V - 정압, 유량비례제어, 개폐기능 있는 가스밸브)에서 개폐 그리고 정량이 통제된 만큼의 가스양이 가스 밸브를 통과하여, 연결된 송풍기(F)에서 발생하는 음압(negative pressure)에 의해 송풍기의 블로워(Blower: B) 이동하여, 공기와 예혼합하는 전 혼합과정(Pre-mixed)이 이루어진 후, 송풍기의 블러워의 양압(positive pressure)에 의해 혼합된 가스가 가스챔버를 통하여 버너로 이동해서 버너의 염공위에서 연소하는 일련의 과정에서,

연소시스템이 요구하는 가스의 총입력량이 환경, 즉 입수의 온도, 사용하는 가스의 발열량, 연소시스템이 원하는 출수온도 그리고 설치된 고도의 변화에 따른 공기 중 산소농도의 변화 등에 의해, 비례적, 가변적인 설치상황에서 착화폭발방지, 착화음의 최소화, 연소음의 최소화, 배기 폐가스(exhausted gas)의 친환경화 등의 연소 최적화를 이루기 위한 것이다.

이를 위하여, 송풍기 후단과 가스챔버 입구 사이에 가스챔버 공간의 크기와 연소가 이루어지는 버너 연소면적을 동시에 조절하는 회전판의 축이 위치하며, 이 회전판은 가스통로 외부에 위치하고 있는 모터에 의해 회전하고, 결국 이 회전운동은 가스챔버의 크기와 버너 연소면적을 변화시키는 것이다.

이와 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술분야에 있어 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.

그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수 있다.

100...가스챔버 200...버너
300...회전판 310..모터

Claims (5)

1. 필요한 열량을 발생할 전체 연료가스와 공기의 예혼합이 이루어진 후, 연소용 가스를 가스챔버로 보내어 버너를 통해 연소시키는 전 혼합식 가스 버너 연소 구조에 있어서,
   상기 가스챔버의 연소용 가스 인입구에서 회전하면서 가스챔버 내의 공간의 크기를 변화시키는 회전판; 및
   상기 연소용 가스의 양에 맞추어 회전판의 회전각을 제어하는 제어부;
   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전 혼합식 가스 버너 연소 구조.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 회전판은 회전하면서 버너의 연소면적을 변화시키는 것을 특징으로 하는 전 혼합식 가스 버너 연소 구조.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 회전판은 회전하면서 가스챔버 내의 공간의 크기와 버너의 연소면적을 동시에 조절하는 것을 특징으로 하는 전 혼합식 가스 버너 연소 구조.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 가스챔버는 회전판이 입구에서 회전식 도어처럼 움직이면서 내부 공간을 조절할 수 있도록 회전판의 끝단과 마주보는 일측 벽이 호 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 전 혼합식 가스 버너 연소 구조.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 버너는 회전판이 회전하면서 버너의 연소면적을 조절할 수 있도록 회전판의 끝단과 마주보는 일측 벽을 따라 호 형태를 이루도록 설치되는 것을 특징으로 하는 전 혼합식 가스 버너 연소 구조.

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