KR200154254Y1 - 냉온풍기의 버너 - Google Patents

Abstract

본 고안은 냉온풍기의 버너에 관한 것으로서, 특히 건 타입(gun type)의 냉온풍기의 버너에 관한 것이다.

이러한 본 고안은 드래프트 튜브의 다른 일측면이 상기 튜브 안쪽으로 절곡되어 연장되어진 스월판을 갖는 스월판 일체형 드래프트튜브, 스월판 중앙에 연료가 분사되는 연료분사공, 및 상기 연료분사공의 원주를 따라 일정간격으로 일측 방향의 개구를 가지며, 상기 연료주류방향과 예각을 이루며 형성된 스월러를 포함하는 것이다.

Description

냉온풍기의 버너

본 고안은 냉온풍기의 버너에 관한 것으로서, 특히 건 타입(gun type)의 냉온풍기의 버너에 관한 것이다.

제1도는 종래의 실시예에 따른 냉온풍기용 버너의 구성도이다.

제1도를 참조하면, 냉온풍기는, 연소용 공기를 버너부로 공급하는 연소용 송풍장치(1)와, 상기 연소용 송풍장치에 고정되어 연료와 공기를 분사, 점화하도록 하는 버너부(2)와, 상기 버너부(2)가 장착되고, 상기 버너부(2)에 의해 형성된 화염으로 혼합가스가 연소되는 연소실(3)과, 상기 연소실(3)의 일측에 집속되어, 연소된 뜨거운 연소가스가 유입되도록 하는 유입로(4)와, 상기 유입로(4)를 통하여 실내의 공기와 연소가스가 열교환되도록 하는 열교환기(5)를 포함하고, 도면에 도시하지는 않았지만, 상기 열교환기(5)에서 열교환된 연소가스를 배기하는 배기관과, 상기 버너부(2)에 연료를 공급하도록 하는 연료탱크부, 실내공기를 흡입, 토출시키는 송풍장치등이 상기 구성의 냉온풍기에 결합된다.

상기와 같은 구성의 냉온풍기에서, 버너는 난방을 위한 따뜻한 공기를 실내로 분출시키기 위한 것으로서, 제2a, b도의 정면도 및 측면도에 도시된 것처럼, 그것의 일측에는 연소용 송풍팬에 고정되도록 고정나사 취부공(2a)이 형성되고, 타측은 끝단이 일정각도로 좁아지는 형상으로 이루어진 원통형의 드래프트 튜브(Draft tube : 2b)가 형성되고, 상기 드래프트 튜브(2b) 내부의 직경이 좁아지는 경계부에는 원형의 스월판(2c)이 형성된다.

상기 스월판(2c)은 고정편(2d)에 의하여 드래프트 튜브(2b) 내부에 고정되고, 상기 스월판(2c)과 고정편(2d)은 용접에 의해 고정된다.

상기 스월판(2c)에는 중앙에 연료 노즐에 의해 분사되는 연료가 분출되도록 연료분출구(2e)가 형성되어 있고, 상기 연료분출구(2e)의 원주를 따라 일정 간격을 가지며, 원주방향의 한쪽 개구방향을 가지는 스월러(2f)가 복수개 형성되어 있다.

연료분사노즐에 의해 분사되는 연료는 상기 스월판(2c)의 연료분출구(2e)를 통해 분출되고, 연소용 송풍장치에 의해 공급되는 공기는 스월판(2c)의 스월러(2f)에 의해 스월러 개구방향으로 회전하면서 분출되어 연료와 혼합 되어지고, 스월판(2c)과 드래프트 튜브(2b)사이로 분출되는 공기는 끝단이 좁아지는 상기 드래프트 튜브를 따라 분출되면서 점화플러그 작동에 의해 점화되어 형성된 화염을 연소실 중앙으로 모아주면서 화염의 바깥부분에 공기를 공급하여 연소를 도와준다.

그러나, 종래의 냉온풍기의 버너는 다음과 같은 문제점들을 가지게 된다.

첫째, 제4a도의 유동분포 그래프에 도시된 것과 같이, 스월판(2c)의 스월러(2f)가 수직으로 형성되어 있고, 노즐에 의해 분사되는 연료는 상기 스월러(2f)와 직각 방향으로 유동이 형성되어진다.

상기 스월러(2f)에 의해 회전력을 받아 분출되는 공기는 상기 연료의 주류로부터 드래프트 튜브(2b)의 직각방향으로 유동이 형성되어 공기의 유동이 연료의 유동으로 부터 멀어지고 있기 때문에 공기의 회전력이 연료유동에 영향을 미치지 못하게 되어 공기와 연료가 혼합이 잘 되지 않는 문제가 발생한다.

이는, 제3a도의 유속분포에서 보듯이 분사되는 연료의 속도(도면에서 중앙부)와 공기의 속도(도면에서 가장자리)를 비교하여 보면, 연료의 속도분포가 빠르기 때문에 공기의 유동이 연료와 혼합되기 어려워지게 된다.

둘째, 온풍기의 동작동안, 화염이 버너와 대향되어 있는 연소실 내벽까지 길게 형성되어 연소실의 일부가 열화되어 손상되는 문제점도 존재한다.

제3a도에서 보듯이 연료의 주류가 아주 빠른 속도로 흐름이 형성되어 버너로 부터 멀리까지 분무되게 되고, 화염은 연료의 주류에 의해 형성이 되므로, 결국 화염장이 길게 형성되어 연소실 내벽에 장시간 접촉하게 되므로써 그 부분에 열화가 발생되어 손상이 되게 되고, 제품의 수명이 단축되는 문제점이 존재한다.

상기와 같은 문제의 징후는 제5a도 내지 제7a로부터 분명하게 증명되어 진다.

제5a도를 참조하면, 즉, 버너의 끝단(축길이 : 0㎜)에서는 공기의 혼합이 적어 미연소가 되어 CO가스가 다양 검출되어 지고 있으며, 버너로부터 멀리 떨어질수록, 분명하게 말하자면, 약 120㎜부분에서부터 CO2가스가 검출되기 시작하여, 360㎜부분에서 CO2가스가 최대로 검출되고 있다. 이는 연소반응이 CO가스가 급격히 줄어드는 80㎜지점부터 360㎜지점까지에서 이루어지고 있다는 것이고, 이는 곧 화염장이 길게 형성되어 있다는 것인데, 버너 끝단부에서는 공기와 연료의 혼합이 잘 이루어지지 않고 어느 정도 떨어진 지점에서부터 공기와 연료의 혼합이 이루어지기 때문이다.

제6a도를 참조하여, O2농도의 분포와 연소실 내부의 온도분포를 살펴보면, 버너끝단으로부터 60㎜ 지점이 O2농도가 최대이고, 380㎜부분까지 분포되어 있으며, 제7a도를 참조하면, 온도분포는 80㎜지점에서 최대이고, 380㎜지점까지 균일하게 나타나 있는데, 이는 공기와 연료의 혼합이 버너끝단부에서 부터 이루어지지 않고, 연료의 유속이 빠르기 때문에 버너로부터 떨어진 부분에서 연소 반응이 중점적으로 일어나게 되기 때문이다.

셋째, 화염이 버너 끝단에서부터 강하게 형성되지 아니하고, 약 60㎜지점에서 부터 형성되므로, 전원공급의 불안정, 연료공급의 불안정한 상태가 발생하였을 때 화염의 날림현상(lifting)이 발생하여 소화되어 안정상의 문제가 발생할 수 있다.

넷째, 제2a도를 참조하면, 버너의 구성요소인 드래프트 튜브(2b)에 스월판(2c)을 고정시킬 때, 고정편(2g)을 스폿 용접(spot welding)에 의해 고정하게 되는데, 이는 제조가 용이하지 못하여 생산성이 저하되는 문제를 야기시킨다.

다섯째, 드래프트 튜브(2b)에 스월판(2c)을 고정시킬 때 고정되는 위치에 따라 화염의 상태가 심하게 변하게 되어 제품의 신뢰성이 저하된다.

스월판(2c)이 드래프트 튜브(2b)의 윗쪽으로 치우치게 되면 화염은 연소실 상단쪽으로 형성이 되고, 아래쪽으로 치우치게 고정이 되면, 화염이 아랫쪽으로 치우치게 되는데, 이는, 드래프트 튜브(2b)와 스월판(2c)의 사이의 공간의 크기에 따라 통과하는 공기량이 달라져서, 이것이 화염주변을 감싸 흐를 때 힘의 불균형의 원인이 되기 때문이다.

상기에서 언급된 다섯가지 문제점들은 1993년 9월 3일자로 공고된 실용공고번호 96-7612, 보일러용 버어너 연소튜브의 경우에도 동일하게 나타난다.

따라서, 본 고안은 상기한 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 연료와 공기의 믹싱 효율을 향상시켜 연소효율을 증대시킬 수 있는 냉온풍기의 버너를 제공하는데 그 한 가지 목적이 있다.

본 고안은 버너 끝단에 형성되는 화염의 길이를 작게 하여, 버너와 대향되는 연소실 내부면의 열화에 의한 손상을 방지하므로써 제품의 수명을 연장하고, 신뢰성을 향상시킬 수 있는 냉온풍기의 버너를 제공하는데 다른 목적이 있다.

본 고안은 버너를 구성하는 부품들을 일체화시켜, 제조가 용이하고, 부품수를 줄여 부품단가를 저감시킬 수 있는 냉온풍기의 버너를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

제1도는 종래의 실시예에 따른 냉온풍기의 구성도.

제2도는 제1도의 냉온풍기를 구성하는 버너의 구성도.

제3a, b도는 종래 및 본 고안에 따른 유동량의 유속분포 그래프.

제4a, b도는 종래 및 본 고안에 따른 유동분포 그래프.

제5a, b도는 종래 및 본 고안에서 버너의 축길이에 따른 가스농도 그래프.

제6a, b도는 종래 및 본 고안에 따른 농도분포 그래프.

제7a, b도는 종래 및 본 고안에 따른 온도분포 그래프.

제8도는 본 고안의 실시예에 따른 냉온풍기의 구성도.

제9도는 제8도의 냉온풍기를 구성하는 버너의 구성도.

제10도는 본 고안의 실시예에 따른 버너의 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 연소팬 12 : 버너

12a : 스월판 12b : 드래프트 튜브

12c : 연료 분사공 12d : 스월러

12e : 2차 공기 분사공 12f : 3차 공기 분사공

12g : 절곡 경계부 13 : 연소실

상기한 목적들에 따르면, 본 고안의 냉온풍기의 버너는 일측이 개구되어 연소용 송풍장치의 토출구와 연통되는 원통형 드래프트 튜브를 가지는 건타입 버너로서, 드래프트 튜브의 다른 일측면이 튜브 안쪽으로 절곡되어 연장되어진 스월판을 갖는 스월판 일체형 드래프트 튜브, 스월판 중앙에 연료가 분사되는 연료분사공, 및 상기 연료분사공의 원주를 따라 일정간격으로 일측 방향의 개구를 가지며, 상기 연료주류방향과 예각을 이루며 형성된 스월러를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 설명한다.

제8도는 본 고안의 실시예에 따른 냉온풍기의 구성도이다.

제8도를 참조하면, 본 고안의 냉온풍기는, 연소용 공기를 버너부(12)로 공급하는 연소팬(11)과, 상기 연소팬(11)에 고정되어 연료와 공기를 분사, 점화하도록 하는 버너부(12)와, 상기 버너부(12)가 장착되고, 상기 버너부(12)에 의해 형성된 화염으로 혼합가스가 연소되는 연소실(3)과, 상기 연소실(13)의 일측에 집속되어, 연소된 뜨거운 연소가스가 유입되도록 하는 유입로(14)와, 상기 유입로(14)를 통하여 실내의 공기와 연소가스가 열교환되도록 하는 열교환기(15)를 포함한다.

상기와 같은 구성의 냉온풍기를 구성하는 본 고안에 따른 버너의 구성을 제9도에 도시하였다.

제9도는 참조하면, 본 고안의 버너는, 일측이 개구되어 연소팬(11)의 토출구와 연개되고, 다른 일측은 스월판(12a)이 일체로 형성된 원통형 드래프트 튜브부(12b)와, 상기 드래프트 튜브(12b) 내측에 연료를 분사시키는 노즐부(미도시)와, 점화를 위한 점화부(미도시)가 내삽되어 이루어진다.

상기 드래프트 튜브(12b)에 일체로 형성된 스월판(12a)은 중심선을 중심으로 드래프트 튜브(12b) 안쪽으로 절곡되어져 있고, 상기 절곡된 스월판(12a)의 중앙에는 연료분사공(12c)가 형성되어 있고, 상기 연료분사공(12c)의 원주에는 일정간격으로 동일방향으로 개구된 스월러(12d)가 연료분사방향과 예각이 되도록 경사지게 절곡된 스월판(12a)을 따라 형성되어 있다.

상기 스월판(12a)에 형성된 복수개의 스월러(12d)사이에는 제2차 공기분사공(12e)이 형성되고, 상기 스월판(12a)이 절곡된 경계부에는 제3차 공기분사공(12f)이 형성되어 있다.

제4b도를 참조하면, 연소팬(11)에 의해 공기가 버너(12)의 드래프트 튜브(12b)내로 공급되어지고, 연료가 노즐에 의해 분사되어지면서 점화부에 의해 점화가 이루어진다.

이때, 분사되는 연료는 상기 절곡된 스월판(12a)의 연료분사공(12c)을 통하여 연소실(13)로 분사되어지고, 공기는 상기 연료분사방향과 예각으로 형성된 스월러(12d)를 통하여 일측방향으로 회전하면서 분출되어지면서, 상기 분사되는 연료의 주류를 흐트러지게 한다.

아울러, 연료와 혼합이 버너(12)의 드래프트 튜브(12b) 안쪽에서부터 일어나게 한다.

한편, 제2차 공기분사공(12e)을 통하여 분출되는 공기는 이미 흐트러져 있는 연료 주류에 재차 공급되어 혼합되어지고, 제3차 공기분사공(12f)을 통하여 분출되는 공기는 화염을 안쪽으로 붙잡아 주면서 화염의 주변에서 연료와 혼합되어진다.

본 고안의 절곡된 스월판(12a)의 스월러(12d)는 연료분사방향과 예각으로 형성되어 있기 때문에 스월러(12d)에 의해 회전되며 분출되는 공기가 연료의 방향과 직각방향으로 스월러 길이만큼 교차되어 흐르면서 연료의 주류에 강한 전단응력이 일어나게 한다.

이는 연료 주류가 상기 전단응력에 의해 직선으로 형성되지 않고, 스월이 일어나게 되면서 흐트러지게 된다.

이것은 스월러(12d)를 통해 분출되는 공기의 운동에너지가 연료 주류의 유동을 교란시키게 된 것으로 이런 교란에 의해 공기와 연료가 쉽게 혼합이 되게 된다.

본 고안의 제2차 공기분사공(12e)은 상기 연료 흐름과 예각으로 형성된 스월러(12d)에 의해 흐트러진 연료 주류에 재차 공기를 공급하여 혼합시키므로써, 공기와 연료의 혼합효율을 향상시키게 된다.

본 고안의 제3차 공기분사공(12f)은 형성된 화염을 모아주면서 화염주변에서의 혼합효율을 도와준다.

제3b도에서 보듯이 본 고안이 버너에 있어서, 연료이 주류는 느린 속도로 흐름이 형성되어 버너로부터 가까이에 분무되고, 화염은 연료의 주류에 의해 형성이 되므로, 결국 화염장이 짧게 형성되어 연소실 내벽손상을 방지하여 준다.

상기와 같은 효과는 제5b도 내지 제7b도로부터 분명하게 증명되어진다.

제5b도를 참조하면, 즉, 버너의 끝단(축길이 : 0㎜)에서 공기의 혼합이 많아 충분한 연소가 이루어지므로 CO가스가 소량 검출되어지고 있다.

이는 곧 화염장이 짧게 형성되어 있다는 것인데, 이는 종래와는 달리 버너 끝단부에서는 공기와 연료의 혼합이 잘 이루어지기 때문이다.

제6b도를 참조하여, O2농도의 분포와 연소실 내부의 온도분포를 살펴보면, 버너끝단으로부터 20㎜ 지점이 O2농도가 최대이며, 제7b도를 참조하면, 온도분포는 140㎜지점에서 최대이고, 380㎜지점까지 균일하게 나타나 있는데, 이는 공기와 연료의 혼합이 버너끝단부에서 부터 이루어져서, 연료의 유속이 느리기 때문에 버너로부터 근접한 부분에서 연소반응이 중점적으로 일어나게 되기 때문이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안의 따른 냉온풍기용 버너는 분사노즐에 의해 분사되는 연료의 분사가 버너의 드래프트 튜브 안쪽 부분에서 이루어지게 하고, 상기 연료 분사 시작점에서 버너의 끝단까지의 범위에서 본 고안의 스월러(Swirler)에 의한 공기분사가 방향이 서로 교차되도록 하여 연료 주류에 전단응력이 크게 작용되게 하므로써, 공기와 연료의 혼합이 원활하게 이루어져 연소효율이 향상된다.

또한, 본 고안의 버너의 드래프트 튜브에 형성된 2차 공기 분사공에 의해 분사되는 공기가 스월러에 의한 1차 공기분사에 의해 흐트러진 연료 주류에 재차혼합되어 연소 효율이 극대화된다.

아울러, 스월러에 의한 1차 공기분사가 전단응력이 크게 발생되도록 하는 방향으로 분무되면서 연료 주류의 분사력이 크게 약화되고, 본 고안의 제3차 공기 분사공에 의해 분사되는 공기가 화염을 모아주므로써, 화염의 길이가 짧아지게 되어 대향되는 연소실 내부면과 접촉이 되지 않아 열화현상을 억제하므로써 제품의 신뢰성과 수명을 증대시킨다.

게다가, 버너를 이루고 있는 드래프트 튜브에 스월러, 2차 공기분사공, 3차 공기분사공을 일체화하여 종래의 버너를 이루고 있는 구성요소의 기능을 통합하므로써, 용접과 같은 가공이 없어져서 제공공정이 간단해지고, 부품수를 줄일 수 있게 되므로 가격절감의 효과가 있다.

여기에서는 본 고안의 특정 실시예에 대해서 설명하고 도시하였지만, 당업자에 의하여 이에 대한 수정과 변형을 할 수 있다.

따라서, 이하, 특허청구의 범위는 본 고안의 진정한 사상과 범위에 속하는 한 모든 수정과 변형을 포함하는 것으로 이해할 수 있다.

Claims (5)

1. 일측이 개구되어 연소용 송풍장치의 토출구와 연통되는 원통형 드래프트 튜브를 가지는 냉온풍기의 버너에 있어서, 상기 드래프트 튜브의 다른 일측면이 상기 튜브 안쪽으로 절곡되어 연장되어진 스월판을 갖는 스월판 일체형 드래프트튜브, 스월판 중앙에 연료가 분사되는 연료분사공, 및 상기 연료분사공의 원주를 따라 일정간격으로 일측 방향의 개구를 가지며, 상기 연료주류방향과 예각을 이루며 형성된 스월러를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉온풍기의 버너.
2. 제1항에 있어서, 상기 일체형 드래프트튜브의 스월판은 제2, 3차 공기분출공을 가지는 것을 특징으로 하는 냉온풍기의 버너.
3. 제2항에 있어서, 상기 2차 공기분출공은 상기 스월러 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 냉온풍기의 버너.
4. 제2항에 있어서, 상기 3차 공기분출공은 드래프트 튜브의 절곡된 경계부에 형성되는 것을 특징으로 하는 냉온풍기의 버너.
5. 제2항에 있어서, 상기 2차 공기분출공은 3차 공기분출공보다 많은 것을 특징으로 하는 냉온풍기의 버너.