KR20020033213A - 분무 버너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료를 처리하는 분무 노즐(2), 점화 장치(29), 및 연소실(8)을 구비하며, 특히 자동차 보조 가열 장치에 사용하기 위한 분무 버너에 관한 것으로, 그러한 분무 버너에서는 보다 미세한 분무를 위해 분무 노즐(2)로 유입되는 연소 공기에 선회 유동을 발생시키는 공기 유도 장치(10, 20', 21)가 분무 노즐(2)의 노즐대(3)의 상류에 접속된다.

Description

분무 버너{ATOMIZING BURNER}

예컨대, 자동차용 부대 가열 장치 또는 자동차용 보조 가열 장치와 같이 연료로 작동되는 가열 장치의 부문을 비롯한 각종의 적용 분야에서는 예를 들어 버너에서 연소시키려는 액상 연료를 처리하는 동시에 그 액상 연료가 연소에 적합한 상태로 되도록 하는 것이 필요하다.

특히, 자동차용 또는 다른 가동 유닛용 보조 가열 장치에 사용되는 공지의 장치는 연료 공급 라인을 통해 액상 연료가 공급되는 예컨대 플리스(fleece)와 같은 흡수성 물체를 포함한다. 그러한 흡수성 물체에 공급된 연료는 연소 공기 흐름의 공급 하에 기화되고 나서 예컨대 글로 플러그(glow plug)에 의해 점화될 수 있게 된다.

그와 같이 간단하게 액상 연료를 기화시키는 이점에도 불구하고, 그러한 유형의 장치에는 단점도 따른다. 즉, 버너 장치에 사용되는 그러한 형식의 기화 장치에서는 가용 화염이 형성될 때까지 상당한 시간이 걸리고, 그로 인해 그러한 형식의 기화 장치를 구비한 버너의 응답 시간에 불리한 영향을 미치게 된다.

그러한 단점을 피하기 위해, 기화 장치를 분무 노즐로 대체한 분무 버너가 개발되었다. 그러나, 분무 버너에 사용되는 분무 노즐은 요구되는 연료의 분무를 그 어떤 경우에도 실현시킬 수 있는 것은 아니다.

본 발명은 연료를 처리하기 위한 분무 노즐, 점화 장치, 및 연소실을 구비하는, 특히 자동차 보조 가열 장치에 사용되는 분무 버너에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 특성 및 이점은 첨부 도면을 참조로 한 바람직한 실시예에 관한 이후의 설명으로부터 명확하게 파악될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 분무 버너의 바람직한 실시예를 개략적으로 나타낸 종단면도이고,

도 2는 도 1의 분무 버너의 공기 유도 장치를 나타낸 사시도이며,

도 3은 본 발명에 따른 분무 버너의 바람직한 제2 실시예를 개략적으로 나타낸 종단면도이고,

도 4는 도 3에 따른 실시예의 공기 유도 장치를 도 3의 A-A 선을 따라 취한 단면으로 개략적으로 나타낸 횡단면도이며,

도 5는 공기 유도 장치의 선택적 구성을 도 4에 따른 단면으로 개략적으로 나타낸 횡단면도이다.

따라서, 본 발명의 목적은 버너의 신속한 응답 시간을 위해 고품질로 연료를 분무할 수 있고, 버너의 고효율을 실현시킬 수 있으며, 간단하고 경제적으로 제조 및 작동될 수 있는 분무 버너를 제공하는 것이다.

그러한 목적은 전제된 바와 같은 분무 버너에서 본 발명에 따라 분무 노즐로 유입되는 연소 공기에 선회 유동을 발생시키는 공기 유도 장치가 분무 노즐의 노즐대의 상류에 접속되도록 함으로써 달성된다. 그러한 제트 공기의 선회 유동에 의해 분무의 품질 및 그에 따른 분무 노즐의 효율이 현격히 개선되는데, 그것은 인가된 접선 방향 운동 성분으로 인해 연소 공기 또는 제트 공기의 속도가 증대되기 때문이다.

본 발명의 바람직한 구성은 종속 청구항들에 기재되어 있다.

벤투리 확산기(venturi diffuser)가 본 발명의 장치의 하류에 접속될 경우에는 바람직하게도 선회 유동의 증대에 따라 벤투리 확산기의 발산 각도가 커지게 된다.

바람직한 구성에서는 공기 유도 장치가 분무 노즐 쪽으로 향하는 연소 공기 흐름의 경로에서 그 연소 공기 흐름에 선회 유동을 인가하는 스핀 블레이드를 구비한다.

스핀 블레이드가 노즐대에 장착된 지지체 상에 배치되고, 2개씩의 스핀 블레이드가 지지체 및 노즐대와 함께 원추형 채널을 형성하도록 하는 것이 바람직하다. 각각의 반경 방향 평면에 대한 그러한 스핀 블레이드의 각도 설정에 따라, 접선 방향 공기의 분율이 조절됨으로써 제트 공기의 선회 유동이 조절될 수 있게 된다. 그 경우, 스핀 블레이드는 대략 반경 반향으로 또는 반경 방향에 대해 상당히 경사지게 배치될 수 있다. 스핀 블레이드는 흐름 방향으로 평탄하거나 만곡되게 형성될 수 있다.

바람직한 선택적 구성에 따르면, 공기 유도 장치는 내부에 축 방향 구멍 및 접선 방향 구멍이 형성된 포트(pot)형 슬리브를 구비하고, 그 슬리브가 노즐대에 고정되도록 되어있는데, 그 때에 슬리브를 노즐대에 고정시키는 것은 형상 결합 또는 재료 특성을 이용한 결합에 의해 이루어질 수 있다. 선택적으로, 슬리브는 노즐대 상에 끼워 넣어질 수 있다.

축 방향 구멍 및 접선 방향 구멍은 정해진 바의 선회 유동이 연소 공기에 부여되게끔 서로 맞춰져 조정된다. 그에 따라, 선회 유동의 특성과 관련하여 접선 방향 구멍 및 축 방향 구멍의 크기, 배열, 및 구성을 선택함으로써 선회 유동이 결정될 수 있다.

분무 노즐은 그 진행 추이에 걸쳐 적어도 연료 공급기로부터 나오는 연료의 유출 개구부 바로 인근에서는 연료 공급기 내에 유포된 압력에 비해 강하된 값을 보이는 압력 프로파일을 수반하는 내부 횡단면을 구비한다. 압력 강하의 정도는 연료가 연료 공급기로부터 흡인되는 동시에 분무되게끔 선택된다. 분무 노즐의 내부 횡단면은 벤투리 노즐로서 형성되는 것이 바람직하다.

특히, 자동차 보조 가열 장치에 사용하고자 하는 분무 버너는 노즐대(3)를 구비한 분무 노즐(2), 액상 연료를 분무 노즐(2)의 분무 구역(6)에 공급하는 연료 공급 장치(4), 및 둘레 방향의 경계로서의 열 차폐부(9)에 의해 둘러싸이는 연소실(8)을 포함한다(도 1 참조). 분무 노즐(2)의 노즐대(3)에 선행하여, 분무 노즐(2)로 유입되는 제트 공기에 선회 유동을 인가하는 공기 유도 장치(10)가 접속된다. 도 1에 도시된 실시예에서는 분무 노즐(2)이 벤투리 노즐로서 형성되는데,그러한 벤츄리 노즐은 공기 유입 채널(5) 및 흐름 방향으로 확장된 분무 구역(6)을 구비하며, 공기 유도 장치(10)를 경유하여 분무 노즐(2)로 유입되는 분무 공기 흐름이 그 벤투리 노즐을 통해 흐르게 된다. 분무 노즐(2)의 공기 유입 채널(5) 내로는 정해진 대로 배치된 유출 개구부(13)를 구비하는 유체 공급기 또는 연료 공급기(11), 예컨대 연료 니들(fuel needle)이 돌출된다(도 2 참조). 그 경우, 연료 공급기(11)는 분무 노즐(2) 내지 공기 유입 채널(5)과 벤투리 노즐의 분무 구역(6)의 중심 축(7) 상에 위치되는 것이 바람직하다.

연소 공기 흐름이 분무 노즐(2)을 통해 흐르게 되면, 분무 노즐(2)의 내부에서는 우선 공기 유입 채널(5)에 높은 정압이 유포되고 그 정압이 분무 구역(6) 쪽으로 향하는 흐름 방향으로 강하되어 분무 대상 연료의 연료 공급기(11)의 유출 개구부(13)에서 그 최소치에 도달되는 압력 프로파일이 형성된다. 그에 의거하여, 연료 공급기(11)에 의해 유출 개구부(13)로 이송된 연료는 연료 공급기(11)의 유출 개구부(13)로부터 유출될 때에 그 지점에서의 높은 공기 속도에 의해 흩어져 분무되는 형식으로 흡인된다. 연료 공급기(11)는 분무하려는 연료를 거의 압력의 수반이 없이 벤투리 노즐로 이송하기 위한 파이프라인, 연료 니들, 또는 유체 노즐일 수 있다.

도 1에 도시된 분무 버너의 실시예에 따른 분무 노즐(2)은 높은 열 부하에 노출되기 때문에, 세라믹으로 제조되는 것이 바람직하다. 세라믹 재료는 강에 비해 그를 대체하여 사용될 수 있는 재료로서 중요한 열 기계적 이점, 예컨대 낮은 열 전도성 및 낮은 열 팽창 계수를 수반한다.

공기 유도 장치(10)는 도 1에 도시된 분무 버너의 실시예에서는 노즐대(3)의 단부 면(15)에 대해 간격을 둔 채로 배치되고 예컨대 원판으로서 형성되는 지지체(12)를 포함하는데, 그 지지체(12)는 노즐대(3)의 단부 면(15)과 함께 환형 갭(14)을 형성한다. 지지체(12)에는 노즐대(3)의 단부 면(15) 쪽을 향하고 조립 상태에서 그 단부 면(15)에 접하는 스핀 블레이드(17)가 배치된다. 스핀 블레이드(17)는 연료 공급기(11)에 의해 형성되는 중심 점을 지나는 반경 방향에 대해 각각 떨어진 채로 지지체(12)에 배치되어 접선 방향의 흐름 성분을 생성하게 된다. 2개씩의 스핀 블레이드(17)는 지지체(12) 및 노즐대(3)와 함께 원추형 채널(19)을 형성한다(도 2 참조). 환형 갭(14)을 통해 유입된 연소 공기 흐름은 분무 노즐(2)로 유입될 때에 스핀 블레이드(17) 및 원추형 채널(19)에 의해 선회 유동을 하게 된다.

열 차폐부(9) 또는 연소실(8)은 도 1에 도시된 실시예에서는 그 바닥에 2차 공기 구멍(16)을 구비하는데, 이 2차 공기 구멍(16)은 열 차폐부(9)의 바닥의 환형 가장자리 구역 전체에 걸쳐 분포될 수 있다. 도 1에는 그러한 2차 공기 구멍(16) 중의 단지 2개만이 예시적으로 도시되어 있다. 또한, 열 차폐부(9)의 측벽 또는 둘레 벽에도 2차 공기 구멍이 마련될 수 있다. 연소실(8)의 열 차폐부(9)는 별개의 부품으로서 패킹(18) 및 플랜지(20)에 의하여 예컨대 나사(23)로써 노즐대(3)에 고정적으로 장착된다. 플랜지(20)는 2차 공기 구멍(16)을 통해 연소실(8)로 유입되는 2차 공기를 선회 유동시키는 추가의 공기 유도 장치(21)를 포함한다. 그러한 공기 유도 장치(21)도, 역시 대략 반경 방향으로 배치되어 전술한 바와 같이 선회유동을 일으키기 위한 접선 방향 흐름 성분을 발생시키는 스핀 블레이드(25)를 환형 갭(22)에 포함하고 있다.

아울러, 분무 버너는 연소실(8)의 내부에서 화염 구역으로 연료가 분무되는 쪽에 바람직하게는 배플 판(24)인 축열체를 포함하는데, 그 배플 판(24)은 원추형으로 또는 볼록하거나 오목하게 형성될 수 있는 것이 바람직하다. 배플 판(24)은 본 실시예에서는 칼라(26; collar)를 구비한 원판으로서 분무 방향의 반대쪽으로 포트(pot)형으로 형성되는데, 배플 판(24)의 직경은 연소실(8)의 직경보다 작되, 연소실(8)의 직경에 대한 배플 판(24)의 직경의 비가 0.6 내지 0.9인 것이 바람직하다. 배플 판(24)은 고정 브래킷(28)에 의해 열 차폐부(9)에 고정된다. 연소실(8)의 직경에 대한, 연료 공급기(11)의 유출 개구부(13)에 있는 연료의 분무 지점으로부터 배플 판(24)까지의 축 방향 거리의 비는 0.3 내지 0.6인 것이 바람직하다. 분무된 연료를 점화시키기 위한 점화 장치(29; 개략적으로 파선으로 도시)가 벤투리 노즐에 연접해서 연소실(8) 내에 배치된다.

분무 버너의 제2 실시예(제1 실시예와 동일한 요소에는 동일한 도면 부호가 부여되어 있는 도 3 및 도 4 참조)는 포트형 슬리브(30)를 구비한 공기 유도 장치(10')를 포함하는데, 그 포트형 슬리브(30)의 바닥에는 축 방향 공기 개구부(32), 예컨대 축 방향 공기 구멍이 형성되어 있고, 그 둘레 벽(33)에는 그 방위에 기인하여 접선 방향 구멍으로도 지칭되는 둘레 방향 공기 개구부(34)가 형성되어 있다. 그러한 슬리브(30)는 예컨대 노즐대(3) 상에 끼워 넣어지거나 기타 유형의 형상 결합, 마찰 결합, 또는 재료 특성을 이용한 결합에 의해 분무 노즐(2)의 노즐대(3)에 고정된다. 축 방향 구멍(32) 및 접선 방향 구멍(34)은 공기 유입 채널(5)로, 그리고 연이어 분무 구역(6)으로 유입되는 연소 공기에 정해진 바의 선회 유동이 부여되게끔 서로 맞춰져 조정된다.

도 4는 축 방향 공기 개구부 또는 축 방향 구멍(32) 및 둘레 방향 공기 개구부 또는 접선 방향 구멍(34)이 슬리브(30)에 배치되는 것을 예시적으로 나타낸 것이다. 개구부 또는 구멍(32, 34)의 개수 및 그 크기와 배열을 변경함으로써, 연소 공기 흐름의 선회 유동을 요구에 따라 조절할 수 있게 된다.

도 5에 도시된 포트형 슬리브(30)는 그 둘레 벽(33)에 슬리브(30)의 중심을 향해 각각의 공기 유도 블레이드(36)에 의해 정해지는 공기 개구부(35)를 구비한다. 그러한 공기 유도 블레이드(36)에 의해, 유입되는 연소 공기에 접선 방향 흐름 성분이 적용된다.

전술한 2개의 실시예의 개별 특징을 조합하여 원하는 공기 유도 작용을 조절할 수 있음은 자명한 사실이다.

<도면 부호의 설명>

2 : 분무 노즐

3 : 노즐대

4 : 연료 공급 장치

5 : 공기 유입 채널

6 : 분무 구역

7 : 중심 축

8 : 연소실

9 : 열 차폐부

10, 10', 21 : 공기 유도 장치

11 : 연료 공급기

12 : 지지체

13 : 유출 개구부

14, 22 : 환형 갭

15 : 단부 면

16 : 2차 공기 구멍

17, 25 : 선회 유동 블레이드

18 : 패킹

19 : 채널

20 : 플랜지

24 : 배플 판

26 : 칼라

28 : 고정 브래킷

29 : 점화 장치

30 : 슬리브

32 : 축 방향 구멍

33 : 둘레 벽

34, 35 : 공기 개구부

36 : 공기 유도 블레이드

Claims (12)

1. 연료를 처리하는 분무 노즐(2), 점화 장치, 및 연소실(8)을 구비하며 자동차 보조 가열 장치에 사용되는 것과 같은 분무 버너에 있어서,

   분무 노즐(2)로 유입되는 연소 공기에 선회 유동을 발생시키는 공기 유도 장치(10, 10')가 분무 노즐(2)의 노즐대(3)의 상류에 접속되는 것을 특징으로 하는 분무 버너.
2. 제1항에 있어서, 공기 유도 장치(10)는 스핀 블레이드(17)를 구비하는 것을 특징으로 하는 분무 버너.
3. 제2항에 있어서, 스핀 블레이드(17)는 노즐대(3)에 장착된 지지체(12) 상에 배치되고, 2개씩의 스핀 블레이드(17)는 지지체(12) 및 노즐대(3)와 함께 원추형 채널(19)을 형성하는 것을 특징으로 하는 분무 버너.
4. 제1항에 있어서, 공기 유도 장치(10')는 노즐대(3)에 고정된 포트(pot)형 슬리브(30)를 구비하고, 포트형 슬리브(30)에는 축 방향 공기 개구부(32)와, 둘레 벽(33)에 있는 둘레 방향 공기 개구부(34; 35)가 형성되는 것을 특징으로 하는 분무 버너.
5. 제4항에 있어서, 둘레 방향 공기 개구부(34)는 둘레 벽(33)에 대해 대략 접선 방향으로 마련되는 구멍인 것을 특징으로 하는 분무 버너.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 둘레 방향 개구부(35)에는 공기 유도 블레이드(36)가 배치되는 것을 특징으로 하는 분무 버너.
7. 제4항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 축 방향 공기 개구부(32) 및 둘레 방향 공기 개구부(34; 35)는 정해진 바의 선회 유동이 연소 공기에 부여되게끔 서로 맞춰져 조정되는 것을 특징으로 하는 분무 버너.
8. 제4항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 슬리브(30)는 형상 결합에 의해 노즐대(3)에 장착되는 것을 특징으로 하는 분무 버너.
9. 제4항 내지 제7항 중의 어는 한 항에 있어서, 슬리브(30)는 재료 특성을 이용한 결합에 의해 노즐대(3)에 장착되는 것을 특징으로 하는 분무 버너.
10. 제4항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 슬리브(30)는 노즐대(3) 상에 끼워 넣어지는 것을 특징으로 하는 분무 버너.
11. 제1항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서, 분무 노즐(2)은 그 진행 추이에 걸쳐 적어도 연료 공급기(11)로부터 나오는 연료의 유출 개구부(13) 바로 인근에서 최소치를 보이는 정압 프로파일을 수반하는 내부 횡단면을 구비하여, 연료 공급기(11)로부터 나오는 연료를 흩어지게 하여 분무시킬 수 있는 높은 흐름 속도가 얻어지는 것을 특징으로 하는 분무 버너.
12. 제1항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 있어서, 분무 노즐(2)은 벤투리 노즐인 것을 특징으로 하는 분무 버너.