KR102628587B1 - 공기와 연료의 혼합을 위한 장치 - Google Patents

공기와 연료의 혼합을 위한 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공기와 연료의 혼합을 위한 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공기와 연료가 혼합된 혼합기의 양이 달라지더라도 공기와 연료가 적절한 비율을 유지하도록 하는 공기와 연료의 혼합을 위한 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 공기와 연료의 혼합을 위한 장치는, 공기 공급구로 공급되는 공기가 공기 토출구를 통해 토출되도록 하는 공기 공급부; 상기 토출되는 공기와 혼합되는 연료가 주입되는 연료 주입구가 형성되는 하우징; 상기 토출되는 공기와 상기 주입되는 연료가 유입되어 혼합된 혼합기가 배출되도록 하는 중공이 형성되는 혼합기 배출부; 상기 공기 토출구에 회전축을 중심으로 회전 가능하게 위치하여 상기 중공으로 유입되는 공기량이 조절되도록 하는 적어도 하나의 가변 베인을 포함하는 공기량 조절부; 및 상기 적어도 하나의 가변 베인의 회전 시 상기 중공 내에서 이동되어 상기 중공으로 유입되는 연료량이 조절되도록 하는 연료량 조절부를 포함할 수 있다.

Description

공기와 연료의 혼합을 위한 장치{Apparatus for mixing air and fuel}
본 발명은 공기와 연료의 혼합을 위한 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공기와 연료가 혼합된 혼합기의 양이 달라지더라도 공기와 연료가 적절한 비율을 유지하도록 하는 공기와 연료의 혼합을 위한 장치에 관한 것이다.
일반적으로 보일러는 연료에 따라 기름 보일러와 가스 보일러로 나뉘어지며, 기름 보일러는 연료로서 등유를 사용하고, 가스 보일러는 연료로서 액화석유가스(LPG)나 액화천연가스(LNG)를 주로 사용한다.
가스 보일러는 용수의 가열을 위하여 버너에 공기와 연료를 혼합한 혼합기를 공급하여 점화시킴으로써 용수를 가열하여 온수 및 난방수를 공급하게 되며, 가스 보일러에는 공기와 연료를 혼합한 혼합기를 공급하기 위한 장치가 구비되어 있다.
이때, 가스 보일러 동작 시 연소 소음을 줄이고 일산화탄소(CO)나 질소산화물(NOx) 등과 같은 유해 물질이 줄어들도록 하기 위해서는 공기와 연료가 적절한 비율로 혼합될 필요가 있으며, 공기와 연료가 적절한 비율을 유지하면서도 보다 낮은 열부하에서도 운전이 가능하게 할 필요가 있다.
공개특허공보 제10-2020-0078770호(2020.07.02. 공개)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 본 발명의 이루고자 하는 기술적 과제는 열부하에 따라 공기와 연료가 혼합기의 양이 조절되도록 하면서도 혼합기의 양이 달라지더라도 공기와 연료가 적절한 비율을 유지할 수 있도록 하는 공기와 연료의 혼합을 위한 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 공기와 연료의 혼합을 위한 장치는, 공기 공급구로 공급되는 공기가 공기 토출구를 통해 토출되도록 하는 공기 공급부; 상기 토출되는 공기와 혼합되는 연료가 주입되는 연료 주입구가 형성되는 하우징; 상기 토출되는 공기와 상기 주입되는 연료가 유입되어 혼합된 혼합기가 배출되도록 하는 중공이 형성되는 혼합기 배출부; 상기 공기 토출구에 회전축을 중심으로 회전 가능하게 위치하여 상기 중공으로 유입되는 공기량이 조절되도록 하는 적어도 하나의 가변 베인을 포함하는 공기량 조절부; 및 상기 적어도 하나의 가변 베인의 회전 시 상기 중공 내에서 이동되어 상기 중공으로 유입되는 연료량이 조절되도록 하는 연료량 조절부를 포함할 수 있다.
상기 공기 토출구는, 상기 공기 공급구에 비하여 작은 직경을 가지도록 형성될 수 있다.
상기 하우징은, 상기 토출되는 공기의 유동 방향을 따라 상기 연료 주입구와 연통되도록 형성되는 연료 가이드 챔버를 포함하며, 상기 연료 가이드 챔버는, 상기 공기의 유동 방향을 기준으로 양단부 중 상기 공기 토출구에 가까운 일단부가 상기 공기 토출구의 외주면에 밀착되도록 위치될 수 있다.
상기 혼합기 배출부는, 상기 연료 가이드 챔버 내에 위치되고, 상기 중공은, 상기 토출되는 공기가 상기 연료 가이드 챔버를 통해 유입되도록 상기 연료 가이드 챔버와 동일한 방향으로 형성될 수 있다.
상기 혼합기 배출부는, 양단부 중 상기 공기 토출구에 가까운 일단부에 상기 공기와 상기 연료가 상기 중공으로 유입되도록 하는 혼합기 유입구가 형성되고, 타단부에 상기 중공으로 유입된 공기와 연료가 혼합된 혼합기가 배출되는 혼합기 배출구가 형성될 수 있다.
상기 혼합기 배출부는, 타단부의 외경이 상기 연료 가이드 챔버의 내경에 대응되는 직경을 가지도록 형성될 수 있다.
상기 혼합기 배출부는, 상기 연료 주입구로 주입되는 연료가 상기 혼합기 유입구와 상기 공기 토출구 사이의 이격 공간을 통해 상기 중공으로 유입되도록 상기 혼합기 유입구가 상기 공기 토출부와 소정 간격으로 이격되도록 위치될 수 있다.
상기 혼합기 배출부는, 상기 혼합기 유입구가 상기 혼합기 배출구에 비하여 작은 직경을 가지도록 형성될 수 있다.
상기 적어도 하나의 가변 베인은, 상기 공기 토출구의 중심을 기준으로 원주 방향으로 배치되는 복수의 가변 베인을 포함하며, 상기 복수의 가변 베인은, 구동 모터의 구동력에 의해 회전되는 구동축에 결합되는 구동 가변 베인; 및 상기 구동축의 회전력을 전달받아 회전되는 종동축에 결합되는 종동 가변 베인을 포함할 수 있다.
상기 구동축에 결합되는 구동 피니언 기어와 상기 종동축에 결합되는 종동 피니언 기어를 더 포함하며, 상기 구동 피니언 기어 및 상기 종동 피니언 기어는, 상기 공기 토출구의 외주면에 회전 가능하게 설치되어 상기 구동 피니언 기어의 회전력이 상기 종동 피니언 기어로 전달되도록 하는 링 기어에 서로 맞물리도록 위치될 수 있다.
상기 연료량 조절부는, 상기 적어도 하나의 가변 베인의 회전축에 형성되는 구동 기어; 상기 구동 기어의 회전 시 상기 토출되는 공기의 유동 방향을 따라 상기 중공 내에서 이동되는 이동부; 및 상기 이동부와 일체로 형성되고, 상기 구동 기어와 맞물리는 랙 기어가 형성되어 상기 이동부의 이동을 위한 구동력이 상기 구동 기어로부터 상기 이동부로 전달되도록 하는 이동 가이드부를 포함할 수 있다.
상기 이동부는, 링 부재; 상기 링 부재에 연결되는 일단으로부터 타단이 상기 링 부재의 중심을 향하여 연장되는 적어도 하나의 연장 로드; 및 상기 링 부재의 내부에 상기 적어도 하나의 연장 로드에 의해 형성되는 적어도 하나의 개구부를 포함하며, 상기 토출되는 공기와 상기 주입되는 연료는, 상기 적어도 하나의 개구부를 통해 상기 중공 내로 유입될 수 있다.
상기 링 부재의 위치에 따라 상기 링 부재의 외측면과 상기 중공의 내측면은 서로 다른 이격 거리를 가지며, 상기 링 부재의 외측면과 상기 중공의 내측면 사이의 이격 거리에 따라 상기 링 부재의 외측면과 상기 중공의 내측면 사이의 이격 공간을 통해 상기 중공 내로 유입되는 공기량과 연료량이 달라질 수 있다.
상기 이동 가이드부는, 상기 적어도 하나의 연장 로드의 타단으로부터 상기 공기 토출구를 향하여 연장될 수 있다.
상기 회전축의 일단부가 회전 가능하게 삽입되도록 상기 공기 토출구의 중심부에 위치하는 지지부를 더 포함하며, 상기 지지부는, 상기 이동 가이드부를 향하는 면에 상기 이동 가이드부의 단부가 관통하여 내부에 위치하도록 하는 관통 홀이 형성될 수 있다.
상기 관통 홀은, 내측면에 상기 구동 기어의 회전에 의해 상기 이동 가이드부의 이동 시 상기 이동 가이드부의 이동이 안내되도록 상기 이동 가이드부에 형성되는 삽입 돌기가 삽입되는 삽입 홈이 형성될 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
상기와 같은 본 발명의 공기와 연료의 혼합을 위한 장치에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
공기량과 연료량을 각각 조절하기 위한 구성을 별도로 구비하지 않고도 열부하에 따라 공기량의 조절 시 연료량이 연동되어 조절되기 때문에 공기와 연료가 혼합된 혼합기의 양을 조절하기 위한 구성이 간소화될 수 있는 효과가 있다.
또한, 열부하에 따라 혼합기의 양이 달라지더라도 혼합기의 공기와 연료의 비율이 유지되기 때문에 연소 소음과 유해 물질이 저감될 수 있는 효과도 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공기와 연료의 혼합을 위한 장치가 도시된 사시도.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 공기와 연료의 혼합을 위한 장치가 도시된 분해 사시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 공기와 연료의 혼합을 위한 장치가 도시된 단면도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 공기 공급구 측에서 바라본 공기량 조절부가 도시된 측면도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 공기 토출구 측에서 바라본 공기량 조절부가 도시된 측면도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 연료량 조절부가 도시된 단면도.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 가변 베인의 회전 시 이동부의 위치가 도시된 개략도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)은 언급된 구성요소, 단계 및/또는 동작 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계 및/또는 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 의미로 사용한다. 그리고, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 사시도, 단면도, 측면도 및/또는 개략도들을 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 또한, 본 발명에 도시된 각 도면에 있어서 각 구성 요소들은 설명의 편의를 고려하여 다소 확대 또는 축소되어 도시된 것일 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 공기와 연료의 혼합을 위한 장치를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공기와 연료의 혼합을 위한 장치가 도시된 사시도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 공기와 연료의 혼합을 위한 장치가 도시된 분해 사시도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 공기와 연료의 혼합을 위한 장치가 도시된 단면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 공기와 연료의 혼합을 위한 장치(1)는 공기 공급부(100), 하우징(200), 혼합기 배출부(300), 공기량 조절부(400) 및 연료량 조절부(500)를 포함할 수 있다.
공기 공급부(100)는 공기가 공급되는 공기 공급구(110)와 공기 공급구(110)로 공급되는 공기가 토출되는 공기 토출구(120)를 포함할 수 있으며, 공기 토출구(120)는 공기 토출구(120) 부근에서 공기의 유속이 증가하고 압력이 낮아질 수 있도록 공기 공급구(110)에 비하여 작은 직경을 가지도록 형성될 수 있다.
이때, 공기 토출구(120)가 공기 공급구(110)에 비하여 작은 직경을 가지도록 형성되는 것은 후술할 하우징(200)으로 주입된 연료가 압력 차이에 의해 공기 토출구(120) 부근으로 유입될 수 있도록 하기 위한 것으로서, 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
하우징(200)은 공기 토출구(120)로부터 토출되는 공기와 혼합되는 연료가 주입되는 연료 주입구(210)를 포함할 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 연료 주입구(210)로 가스 연료가 주입되는 경우를 예를 들어 설명하기로 하나, 이에 한정되지 않고, 공기와 연료가 혼합된 혼합기가 공급되는 장치에 따라 연료의 종류는 달라질 수 있다.
또한, 하우징(200)은 공기 토출구(120)로부터 토출되는 공기의 유동 방향을 따라 연료 가이드 챔버(220)가 형성될 수 있으며, 연료 가이드 챔버(220)가 연료 주입구(210)와 연통되도록 형성되어 연료 가이드 챔버(220) 내부로 연료가 주입될 수 있게 된다.
이때, 공기 토출구(120)로부터 토출되는 공기의 유동 방향으로 연료 가이드 챔버(220)의 양단부 중 공기 토출구(120)에 가까운 일단부는 공기 토출구(120)의 외주면에 밀착되도록 위치되어 공기 토출구(120)로부터 토출되는 공기가 연료 가이드 챔버(220) 내로 진행할 수 있게 된다.
혼합기 배출부(300)는 공기 토출구(120)를 통해 토출되는 공기와 연료 주입구(210)를 통해 주입되는 연료가 유입되어 공기와 연료가 혼합된 혼합기가 배출되도록 하는 중공(310)을 포함할 수 있고, 중공(310)은 공기와 연료가 유입되는 혼합기 유입구(311)와 혼합기가 배출되는 혼합기 배출구(312)를 포함할 수 있으며, 중공(310)의 혼합기 배출구(312)를 통해 배출되는 혼합기는 연료 가이드 챔버(220)의 타단부를 통해 배출될 수 있게 된다.
또한, 혼합기 배출부(300)는 공기 토출구(120)를 통해 토출되는 공기와 연료 주입구(210)를 통해 주입되는 공기가 중공(310)의 혼합기 유입구(311)를 통해 유입 가능하도록 하우징(200)의 연료 가이드 챔버(220) 내에 위치될 수 있고, 이 경우 연료 가이드 챔버(220)와 중공(310)은 동일한 방향으로 형성될 수 있다.
중공(310)의 혼합기 유입구(311)는 공기 토출구(120)와 소정 간격으로 이격되어 위치될 수 있으며, 이로 인해 연료 주입구(210)를 통해 주입된 연료가 공기 토출구(120)와 중공(310)의 혼합기 유입구(311) 사이의 이격 공간을 통해 중공(310)의 혼합기 유입구(311)로 유입될 수 있게 된다.
이때, 공기 토출구(120)는 공기 공급구(110)에 비하여 작은 직경을 가지도록 형성되는 것과 유사한 이유로 중공(310)의 혼합기 유입구(311)는 혼합기 배출구(312)에 비하여 작은 직경을 가지도록 형성될 수 있으며, 이로 인해 공기 토출구(120)와 중공(310)의 혼합기 유입구(311) 사이에서 공기의 유동 가능 면적이 상대적으로 줄어들도록 하여 공기의 유속이 증가되도록 함으로써, 공기 토출구(120)와 중공(310)의 혼합기 유입구(311) 사이의 이격 공간에서 압력이 상대적으로 낮아지도록 하여 연료 주입구(210)로 주입되는 연료가 압력 차이에 의해 공기 토출구(120)와 중공(310)의 혼합기 유입구(311) 사이의 이격 공간을 통해 혼합기 배출부(300)의 중공(310)으로 유입될 수 있다.
한편, 중공(310)의 혼합기 배출구(312)는 연료 가이드 챔버(220)의 타단부의 내경에 대응되는 외경을 가지도록 형성될 수 있으며, 이로 인해 연료 주입구(210)로 주입되는 연료가 연료 가이드 챔버(220)의 내측면과 혼합기 배출부(300)의 외측면 사이의 공간을 통해 외부로 누출되는 것이 방지될 수 있고, 공기 토출구(120)와 중공(310)의 혼합기 유입구(311) 사이의 이격 공간을 통해 혼합기 배출부(300)의 중공(310)으로 유입될 수 있게 된다.
공기량 조절부(400)는 공기 토출구(120)로부터 토출되는 공기량이 조절되도록 하여 연료 주입구(210)를 통해 주입되는 연료와 혼합되는 혼합기의 양의 조절을 가능하게 하는 역할을 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 공기 공급구 측에서 바라본 공기량 조절부가 도시된 측면도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 공기 토출구 측에서 바라본 공기량 조절부가 도시된 측면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 공기량 조절부(400)는 공기 토출구(120)에 회전 가능하게 설치되는 적어도 하나의 가변 베인(410, 420, 430)을 포함할 수 있으며, 본 발명의 실시예에서 적어도 하나의 가변 베인(410, 420, 430)은 공기 토출구(120)의 중심을 기준으로 원주 방향을 따라 위치하는 복수의 가변 베인(410, 420, 430)을 포함하는 경우를 예를 들어 설명하기로 한다.
복수의 가변 베인(410, 420, 430) 각각은 공기의 유동 방향을 기준으로 공기와 접촉되는 접촉면(410a, 420a, 430a)을 포함할 수 있으며, 복수의 가변 베인(410, 420, 430)의 회전 시 접촉면(410a, 420a, 430a)의 각도가 조절되어 공기 토출구(120) 내에서 공기의 유동 가능 면적이 달라질 수 있다.
이때, 공기의 유동 가능 면적이 달라진다는 것은 복수의 가변 베인(410, 420, 430)의 회전 시 복수의 가변 베인(410, 420, 430) 각각의 회전 중심이 되는 회전축에 수직한 방향으로 접촉면(410a, 420a, 430a)의 양단 사이의 길이가 달라진다는 것으로 이해될 수 있으며, 일 예로 접촉면(410a, 420a, 430a)의 양단 사이의 길이가 길어질수록 공기 토출구(120) 내에서 접촉면(410a, 420a, 430a)이 실제로 차지하는 면적이 증가하여 공기가 흐를 수 있는 면적인 유동 가능 면적이 감소하게 되는 것으로 이해될 수 있다.
복수의 가변 베인(410, 420, 430) 각각의 접촉면(410a, 420a, 430a)은 공기 토출구(120)의 중심을 기준으로 원주 방향으로 위치되는 동시에 원주 방향으로 경사지게 위치하기 때문에 공기 토출구(120)로부터 토출되는 공기의 회전 운동을 형성하여 공기 토출구(120)를 통해 토출되는 공기의 유속이 상대적으로 증가할 수 있게 되고, 이로 인해 공기 토출구(120)와 중공(310)의 혼합기 유입구(311) 사이의 압력이 상대적으로 낮아지게 되어 압력 차이에 의해 공기 토출구(120)와 중공(310)의 혼합기 유입구(311) 사이의 이격 공간을 통해 적정량의 연료가 유입될 수 있게 된다.
복수의 가변 베인(410, 420, 430)은 구동 가변 베인(410) 및 적어도 하나의 종동 가변 베인(420, 430)을 포함할 수 있다.
구동 가변 베인(410)은 구동 모터(미도시)로부터 제공되는 구동력에 의해 회전되는 회전축인 구동축(411)을 중심으로 회전될 수 있고, 구동축(411)의 일단부에는 구동축(411)을 중심으로 회전되는 구동 피니언 기어(412)가 결합될 수 있다.
이때, 구동 모터는 DC 모터나 스테핑 모터 등과 같이 회전 방향이나 회전 각도의 제어가 가능한 모터가 사용될 수 있다.
적어도 하나의 종동 가변 베인(420, 430)은 구동축(411)의 회전력을 전달받아 회전되는 회전축인 종동축(421, 431)을 중심으로 회전될 수 있고, 종동축(421, 431)의 일단부에는 종동 피니언 기어(422, 432)가 결합될 수 있다.
이때, 구동 피니언 기어(411) 및 종동 피니언 기어(421, 431)는 공기 토출구(120)의 외주면에 회전 가능하게 설치되는 링 기어(440)에 각각 맞물리도록 위치될 수 있고, 이로 인해 구동 피니언 기어(411)가 회전되는 경우 링 기어(440)가 회전되고, 링 기어(440)의 회전 시 종동축(421, 431)의 일단부에 결합되는 종동 피니언 기어(422, 432)가 회전되어 종동 베인(420, 430)이 회전될 수 있어 구동 가변 베인(410)과 더불어 종동 가변 베인(420, 430)이 동시에 회전되어 공기 토출구(120) 내에서 공기의 유동 가능 면적이 변동되도록 할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 공기량 조절부(400)가 3개의 가변 베인(410, 420, 430)을 포함하는 경우를 예를 들어 설명하고 있으나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 예에 불과한 것으로서, 이에 한정되지 않고, 공기량 조절부(400)는 공기 토출구(120)를 통해 토출되는 공기의 회전 운동이 발생되도록 적어도 2 이상의 가변 베인을 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 구동축(411)의 타단부와 종동축(421, 431)의 타단부는 공기 토출구(120)의 중심부에 위치하는 지지부(450)에 회전 가능하게 삽입되어 위치될 수 있으며, 이로 인해 구동축(411) 및 종동축(421, 431)이 정위치를 이탈하는 것이 방지될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 연료량 조절부가 도시된 단면도로서, 도 8은 설명의 편의를 위하여 일부 구성 요소가 생략된 경우의 일 예이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료량 조절부(500)는 공기량 조절부(400)에 연동하여 혼합기 배출부(300)로 유입되는 연료량이 조절되도록 하는 역할을 할 수 있다.
즉, 연료량 조절부(500)는 공기량 조절부(400)에 의해 공기 토출구(120) 내에서 공기의 유동 가능 면적이 증가하는 경우 혼합기 배출부(300)로 유입되는 연료량이 증가되도록 하고, 이와 반대로 공기량 조절부(400)에 의해 공기 토출구(120) 내에서 공기의 유동 가능 면적이 감소되는 경우 혼합기 배출부(300)로 유입되는 연료량이 감소되도록 하여 혼합기의 양이 달라지더라도 혼합기가 적절한 공연비를 유지할 수 있도록 하게 된다.
연료량 조절부(500)는 구동 기어(510), 이동부(520) 및 이동 가이드부(530)를 포함할 수 있으며, 이동부(520)는 구동 기어(510)의 회전 시 이동 가이드부(530)에 의해 공기 토출구(120)와 가까워지거나 멀어지도록 이동될 수 있다.
구동 기어(510)는 구동축(411)의 타단부에 구동축(411)의 회전 중심을 중심으로 회전되도록 일체로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 구동 기어(510)가 구동축(411)의 타단부에 일체로 형성되는 경우를 예를 들어 설명하기로 하나, 이에 한정되지 않고, 구동 기어(510)는 복수의 가변 베인(410, 420, 430) 중 어느 하나의 회전축, 즉 구동축(411) 또는 종동축(421, 431)의 타단부에 형성될 수 있다.
이동부(520)는 링 부재(521) 및 링 부재(521)에 연결되는 일단으로부터 타단이 링 부재(521)의 중심을 향하여 연장되는 적어도 하나의 연장 로드(522)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 적어도 하나의 연장 로드(522)가 링 부재(521)의 서로 다른 위치에서 각각 연장되는 복수의 연장 로드(522)를 포함하고, 복수의 연장 로드(522) 각각의 타단이 서로 연결되도록 형성되는 경우를 예를 들어 설명하기로 하며, 이로 인해 링 부재(521)의 중심을 기준으로 원주 방향으로 복수의 연장 로드(522) 중 서로 인접한 연장 로드 사이에는 중공(310)의 혼합기 유입구(311)를 통해 공기와 연료가 유입되도록 하는 적어도 하나의 개구부(523)가 형성될 수 있다.
링 부재(521)는 외경이 중공(310)의 혼합기 유입구(311)에 대응되는 외경을 가지도록 형성될 수 있으며, 이로 인해 이동부(520)가 공기 토출구(120)와 가까워지거나 멀어지도록 이동될 때 중공(310)의 내측면과 대향되는 링 부재(521)의 외측면은 중공(310) 내부에 위치하거나 적어도 일부가 중공(310)의 혼합기 유입구(311) 외부에 노출되도록 위치될 수 있게 된다.
이와 같이, 이동부(520)가 이동되는 경우 이동부(520)의 위치에 따라 중공(310)의 내측면과 링 부재(521)의 외측면 사이의 이격 거리가 달라지게 되고, 혼합기 배출부(300)의 중공(310) 내로 유입되는 공기량과 연료량이 조절될 수 있다.
다시 말해서, 혼합기 배출부(300)의 중공(310)는 혼합기 유입구(311)에서 혼합기 배출구(312)로 갈수록 점차적으로 직경이 증가하게 되는 형상을 가지기 때문에 이동부(520)가 공기 토출구(120)와 멀어지는 방향으로 이동되는 경우에는 중공(310)의 내측면과 링 부재(521)의 외측면 사이의 이격 거리가 증가하게 되고, 이와 반대로 이동부(520)가 공기 토출구(120)와 가까워지는 방향으로 이동되는 경우에는 중공(310)의 내측면과 링 부재(521)의 외측면 사이의 이격 거리가 감소하게 되며, 링 부재(521)의 외측면이 중공(310)의 혼합기 유입구(311)에 위치되는 경우에는 링 부재(521)의 외측면이 중공(310)의 혼합기 유입구(311)에 맞닿도록 위치하게 된다.
이때, 링 부재(521)의 외측면과 중공(310)의 내측면 사이가 서로 이격되는 경우에는 적어도 하나의 개구부(523)와 더불어 링 부재(521)의 외측면과 중공(310)의 내측면 사이의 이격 공간을 통해 혼합기 배출부(300)의 중공(310) 내로 공기와 연료가 유입될 수 있기 때문에 상대적으로 혼합기의 양이 증가할 수 있게 되는 것이다.
이동 가이드부(530)는 이동부(520)와 일체로 형성되어 구동 기어(510)의 회전 시 이동부(530)가 일방향으로 이동되도록 할 수 있다.
이동 가이드부(530)가 이동부(520)와 일체로 형성된다는 것은 이동부(520)와 이동 가이드부(530)가 일체로 제조되는 경우 뿐만 아니라, 별도로 제조되어 서로 간에 상대적인 움직임이 없도록 결합되는 경우도 포함될 수 있다.
본 발명의 실시예에서 이동 가이드부(530)는 적어도 하나의 연장 로드(522)의 타단으로부터 공기 토출구(120)를 향하는 방향으로 연장되도록 형성될 수 있으며, 이동 가이드부(530)에는 구동 기어(510)와 맞물리는 랙 기어(531)가 형성될 수 있고, 이로 인해 구동 기어(510)의 회전 운동이 이동 가이드부(530)의 직선 운동으로 변환되어 구동 기어(510)의 회전 방향에 따라 이동부(520)가 공기 토출구(120)와 가까워지거나 멀어지는 방향으로 이동될 수 있게 된다.
또한, 구동축(411)의 타단부는 지지부(450)에 회전 가능하게 연결되기 때문에 구동 기어(510)와 랙 기어(531)가 서로 맞물려 위치되도록 지지부(450)에서 이동 가이드부(530)를 향하는 면에는 이동 가이드부(530)의 단부가 관통하여 지지부(450) 내부에 위치될 수 있도록 관통 홀(451)이 형성될 수 있고, 이로 인해 이동 가이드부(530)에 형성되는 랙 기어(531)가 구동 기어(510)와 서로 맞물리도록 위치될 수 있게 된다.
이때, 관통 홀(451)의 내측면에는 이동 가이드부(530)에 형성되는 삽입 돌기(532)가 삽입되어 위치되는 삽입 홈(452)이 형성되어 이동 가이드부(300)의 이동을 가능하게 하면서도 회전되지 않도록 지지하는 역할을 할 수 있다.
즉, 삽입 홈(452)은 구동 기어(510)의 회전 시 이동 가이드부(530)의 변위량에 대응되는 길이로 형성되어 이동 가이드부(530)의 이동 시 이동 범위를 제한하는 동시에 이동 가이드부(530)가 회전되는 것이 방지될 수 있는 것이다.
본 발명의 실시예에서는 이동 가이드부(530)가 지지부(450)의 관통 홀(451)에 의해 지지되는 경우를 예를 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않고, 중공(310)의 내측면에 삽입 홈(452)과 유사한 적어도 하나의 홈이 형성되고, 링 부재(521)의 외측면에 삽입 돌기(532)와 유사한 적어도 하나의 돌기가 형성되어 이동부(520)와 이동 가이드부(530)가 지지되도록 할 수도 있다.
전술한 바와 같이 공기량 조절부(400)와 연동되는 연료량 조절부(500)에 의해 혼합기 배출부(300)로 유입되는 공기량과 연료량이 조절되도록 하는 동작에 대하여 상세하게 살펴보면 다음과 같다.
전술한 도 8과 같이 링 부재(521)의 외측면과 중공(310)의 내측면 사이의 이격 거리가 g1인 상태에서, 구동축(411)이 제1 방향(예를 들어, 반시계 방향)으로 회전되는 경우, 도 9와 같이 구동 가변 베인(410)도 제1 방향으로 회전되어 공기 토출구(120) 내에서 접촉면(410a)이 차지하는 면적이 감소되기 때문에 공기의 유동 가능 면적이 증가하여 토출되는 공기량이 증가하는 동시에 이동 가이드부(530)에 연결되는 이동부(520)가 공기 토출구(120)와 멀어지는 방향으로 이동되어 링 부재(521)의 외측면과 중공(310)의 내측면 사이의 이격 거리가 g1에서 g2로 증가하기 때문에 적어도 하나의 개구부(523) 뿐만 아니라 링 부재(521)의 외측면과 중공(310)의 내측면 사이의 이격 공간을 통해 혼합기 배출부(300)의 중공(310) 내로 공기와 연료가 유입될 수 있기 때문에 혼합기 배출부(300)로 유입되는 공기량과 연료량이 증가하여 혼합기의 양이 증가하게 되어 높은 열부하에 대응되는 운전이 가능하고, 공기량과 연료량이 서로 연동되어 조절되기 때문에 혼합기가 적절한 공연비를 유지할 수 있게 된다.
또한, 이동부(520)가 공기 토출구(120)와 멀어지는 방향으로 이동되는 경우 중공(310)의 혼합기 유입구(311)와 공기 토출구(120) 사이에 연료의 유입을 위한 공간이 확장될 수 있기 때문에 보다 원활한 연료의 유입이 가능하게 된다.
이와 반대로, 전술한 도 8과 같이 링 부재(521)의 외측면과 중공(310)의 내측면 사이의 이격 거리가 g1인 상태에서, 구동축(411)이 제2 방향(예를 들어, 시계 방향)으로 회전되는 경우, 도 10과 같이 구동 가변 베인(410)도 제2 방향으로 회전되어 공기 토출구(120) 내에서 접촉면(410a)이 차지하는 면적이 증가하기 때문에 공기의 유동 가능 면적이 감소하여 유입되는 공기량이 감소되는 동시에 이동부(520)가 공기 토출구(120)와 가까워지는 방향으로 이동되어 링 부재(521)의 외측면이 중공(310)의 혼합기 유입구(311)에 위치하게 되어 링 부재(521)의 외측면과 중공(310)의 내측면 사이에 이격 공간이 형성되지 않게 되고, 이로 인해 적어도 하나의 개구부(523)를 통해 공기와 연료가 유입되어 전술한 도 8에 비하여 혼합기 배출부(300)로 유입되는 공기량과 연료량이 감소하게 되어 낮은 열부하에 대응되는 운전이 가능하고, 공기량과 연료량이 서로 연동되어 조절되기 때문에 혼합기가 적절한 공연비를 유지할 수 있게 된다.
또한, 이동부(520)가 공기 토출구(120)와 가까워지는 방향으로 이동되는 경우, 특히 링 부재(521)의 일부가 중공(310)의 혼합기 유입구(311) 외부에 노출되도록 위치되는 경우, 링 부재(521)에 의한 구조적인 간섭 등으로 인하여 중공(310)의 혼합기 유입구(311)와 공기 토출구(120) 사이에 연료의 유입을 위한 공간이 전술한 도 8에 비하여 상대적으로 축소될 수 있게 된다.
전술한 도 9 및 도 10에서는 구동 가변 베인(410)이 제1 방향 및 제2 방향 중 어느 하나로 회전되는 경우를 예를 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않고, 종동 가변 베인(420, 430)도 링 기어(440)에 의해 구동 가변 베인(410)과 마찬가지로 제1 방향 및 제2 방향 중 어느 하나로 회전되어 공기의 유동 가능 면적이 조절되도록 할 수 있다.
이와 같이, 혼합기의 양을 조절하기 위하여 혼합기 배출부(300)로 유입되는 공기량과 연료량이 구동축(411)의 회전에 의해 서로 연동하여 조절되기 때문에 공기량과 연료량의 조절을 위한 구성 요소의 공용이 가능하게 되어 공기량과 연료량을 조절하기 위한 구성 요소가 개별적으로 요구되지 않아 전체적인 구성이 간소화될 수 있으면서도 혼합기가 적절한 공연비를 가지도록 하기 위하여 보다 용이한 제어가 가능하게 된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 공기와 연료의 혼합을 위한 장치(1)는 혼합기의 양을 조절하기 위하여 공기량과 연료량을 각각 개별적으로 조절하지 않고도 복수의 가변 베인(410, 420, 430)의 회전에 의해 공기 토출구(120) 내에서 공기의 유동 가능 면적이 조절되어 토출되는 공기량이 조절되는 동시에 이동부(520)의 이동으로 인하여 링 부재(521)의 외측면과 중공(310)의 내측면 사이의 이격 거리가 달라지게 되어 혼합기 배출부(300)로 유입되는 공기량과 연료량이 조절될 수 있기 때문에 열부하에 따라 혼합기의 양을 조절하면서도 공연비의 유지가 가능하게 되어 열부하 변동 시 보다 정밀한 제어가 가능하게 되고, 이로 인해 연소 소음과 유해 물질이 저감될 수 있으면서도 소비 전력이 감소되어 운전 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 공기와 연료의 혼합을 위한 장치(1)는 복수의 가변 베인(410, 420, 430)에 의해 공기 토출구(120) 부근에서 토출되는 공기의 회전 운동이 발생되어 공기의 유속이 증가되기 때문에 상대적으로 공기 토출구(120)를 통해 토출되는 공기량이 적어지더라도 중공(310)의 혼합기 유입구(311)와 공기 토출구(120) 사이로 연료가 유입될 수 있을 정도로 충분히 낮은 압력을 가지게 되어 낮은 열부하에 대응되는 운전이 가능하게 되는 것이다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 공기 공급부
110: 공기 공급구
120: 공기 토출구
200: 하우징
210: 연료 주입구
220: 연료 가이드 챔버
300: 혼합기 배출부
310: 중공
311: 혼합기 유입구
312: 혼합기 배출구
400: 공기량 조절부
410, 420, 430: 가변 베인
500: 연료량 조절부
510: 구동 기어
520: 이동부
521: 링 부재
522: 연장 로드
523: 개구부
530: 이동 가이드부
531: 랙 기어

Claims (16)

  1. 공기 공급구로 공급되는 공기가 공기 토출구를 통해 토출되도록 하는 공기 공급부;
    상기 토출되는 공기와 혼합되는 연료가 주입되는 연료 주입구가 형성되는 하우징;
    상기 토출되는 공기와 상기 주입되는 연료가 유입되어 혼합된 혼합기가 배출되도록 하는 중공이 형성되는 혼합기 배출부;
    상기 공기 토출구에 회전축을 중심으로 회전 가능하게 위치하여 상기 중공으로 유입되는 공기량이 조절되도록 하는 적어도 하나의 가변 베인을 포함하는 공기량 조절부; 및
    상기 적어도 하나의 가변 베인의 회전 시 상기 중공 내에서 이동되어 상기 중공으로 유입되는 연료량이 조절되도록 하는 연료량 조절부를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 가변 베인은,
    상기 공기 토출구의 중심을 기준으로 원주 방향으로 배치되는 복수의 가변 베인을 포함하는 공기와 연료의 혼합을 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기 토출구는,
    상기 공기 공급구에 비하여 작은 직경을 가지도록 형성되는 공기와 연료의 혼합을 위한 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징은,
    상기 토출되는 공기의 유동 방향을 따라 상기 연료 주입구와 연통되도록 형성되는 연료 가이드 챔버를 포함하며,
    상기 연료 가이드 챔버는,
    상기 공기의 유동 방향을 기준으로 양단부 중 상기 공기 토출구에 가까운 일단부가 상기 공기 토출구의 외주면에 밀착되도록 위치되는 공기와 연료의 혼합을 위한 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 혼합기 배출부는,
    상기 연료 가이드 챔버 내에 위치되고,
    상기 중공은,
    상기 토출되는 공기가 상기 연료 가이드 챔버를 통해 유입되도록 상기 연료 가이드 챔버와 동일한 방향으로 형성되는 공기와 연료의 혼합을 위한 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 혼합기 배출부는,
    양단부 중 상기 공기 토출구에 가까운 일단부에 상기 공기와 상기 연료가 상기 중공으로 유입되도록 하는 혼합기 유입구가 형성되고, 타단부에 상기 중공으로 유입된 공기와 연료가 혼합된 혼합기가 배출되는 혼합기 배출구가 형성되는 공기와 연료의 혼합을 위한 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 혼합기 배출부는,
    타단부의 외경이 상기 연료 가이드 챔버의 내경에 대응되는 직경을 가지도록 형성되는 공기와 연료의 혼합을 위한 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 혼합기 배출부는,
    상기 연료 주입구로 주입되는 연료가 상기 혼합기 유입구와 상기 공기 토출구 사이의 이격 공간을 통해 상기 중공으로 유입되도록 상기 혼합기 유입구가 상기 공기 토출구와 소정 간격으로 이격되도록 위치되는 공기와 연료의 혼합을 위한 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 혼합기 배출부는,
    상기 혼합기 유입구가 상기 혼합기 배출구에 비하여 작은 직경을 가지도록 형성되는 공기와 연료의 혼합을 위한 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 가변 베인은,
    구동 모터의 구동력에 의해 회전되는 구동축에 결합되는 구동 가변 베인; 및
    상기 구동축의 회전력을 전달받아 회전되는 종동축에 결합되는 종동 가변 베인을 포함하는 공기와 연료의 혼합을 위한 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 구동축에 결합되는 구동 피니언 기어와 상기 종동축에 결합되는 종동 피니언 기어를 더 포함하며,
    상기 구동 피니언 기어 및 상기 종동 피니언 기어는,
    상기 공기 토출구의 외주면에 회전 가능하게 설치되어 상기 구동 피니언 기어의 회전력이 상기 종동 피니언 기어로 전달되도록 하는 링 기어에 서로 맞물리도록 위치되는 공기와 연료의 혼합을 위한 장치.
  11. 공기 공급구로 공급되는 공기가 공기 토출구를 통해 토출되도록 하는 공기 공급부;
    상기 토출되는 공기와 혼합되는 연료가 주입되는 연료 주입구가 형성되는 하우징;
    상기 토출되는 공기와 상기 주입되는 연료가 유입되어 혼합된 혼합기가 배출되도록 하는 중공이 형성되는 혼합기 배출부;
    상기 공기 토출구에 회전축을 중심으로 회전 가능하게 위치하여 상기 중공으로 유입되는 공기량이 조절되도록 하는 적어도 하나의 가변 베인을 포함하는 공기량 조절부; 및
    상기 적어도 하나의 가변 베인의 회전 시 상기 중공 내에서 이동되어 상기 중공으로 유입되는 연료량이 조절되도록 하는 연료량 조절부를 포함하며,
    상기 연료량 조절부는,
    상기 적어도 하나의 가변 베인의 회전축에 형성되는 구동 기어;
    상기 구동 기어의 회전 시 상기 토출되는 공기의 유동 방향을 따라 상기 중공 내에서 이동되는 이동부; 및
    상기 이동부와 일체로 형성되고, 상기 구동 기어와 맞물리는 랙 기어가 형성되어 상기 이동부의 이동을 위한 구동력이 상기 구동 기어로부터 상기 이동부로 전달되도록 하는 이동 가이드부를 포함하는 공기와 연료의 혼합을 위한 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 이동부는,
    링 부재;
    상기 링 부재에 연결되는 일단으로부터 타단이 상기 링 부재의 중심을 향하여 연장되는 적어도 하나의 연장 로드; 및
    상기 링 부재의 내부에 상기 적어도 하나의 연장 로드에 의해 형성되는 적어도 하나의 개구부를 포함하며,
    상기 토출되는 공기와 상기 주입되는 연료는, 상기 적어도 하나의 개구부를 통해 상기 중공 내로 유입되는 공기와 연료의 혼합을 위한 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 링 부재의 위치에 따라 상기 링 부재의 외측면과 상기 중공의 내측면은 서로 다른 이격 거리를 가지며,
    상기 링 부재의 외측면과 상기 중공의 내측면 사이의 이격 거리에 따라 상기 링 부재의 외측면과 상기 중공의 내측면 사이의 이격 공간을 통해 상기 중공 내로 유입되는 공기량과 연료량이 달라지는 공기와 연료의 혼합을 위한 장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 이동 가이드부는,
    상기 적어도 하나의 연장 로드의 타단으로부터 상기 공기 토출구를 향하여 연장되는 공기와 연료의 혼합을 위한 장치.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 회전축의 일단부가 회전 가능하게 삽입되도록 상기 공기 토출구의 중심부에 위치하는 지지부를 더 포함하며,
    상기 지지부는,
    상기 이동 가이드부를 향하는 면에 상기 이동 가이드부의 단부가 관통하여 내부에 위치하도록 하는 관통 홀이 형성되는 공기와 연료의 혼합을 위한 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 관통 홀은,
    내측면에 상기 구동 기어의 회전에 의해 상기 이동 가이드부의 이동 시 상기 이동 가이드부의 이동이 안내되도록 상기 이동 가이드부에 형성되는 삽입 돌기가 삽입되는 삽입 홈이 형성되는 공기와 연료의 혼합을 위한 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20170114986A (ko) * 2016-04-06 2017-10-16 린나이코리아 주식회사 예혼합장치
KR20200078770A (ko) 2018-12-21 2020-07-02 린나이코리아 주식회사 공기공급량 조절이 가능한 보일러용 벤츄리장치

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