KR20020081699A - 벤투리 관에 의해 연료가 분무되는 이중 연료 버너와,액상 연료 분무용 벤투리 노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연소 공기의 존재 하에 액상 연료를 연소시키도록 액상 연료 분무용 노즐이 선행 접속되는 연소실을 구비한 버너, 특히 차량 보조 가열 장치 또는 차량 스탠드 가열 장치용 버너에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 노즐은 직경이 더 큰 확산부(12)의 단부에 의해 연소실(10)에 연통되는 벤투리 관(11)을 포함하고, 확산부(12)의 흐름 하류측 단부의 압력 레벨에 대한 부압 영역에 액상 연료가 첨가되며, 벤투리 관(11)의 유입부(13)를 통해 연소 공기가 급송된다.

Description

벤투리 관에 의해 연료가 분무되는 이중 연료 버너와, 액상 연료 분무용 벤투리 노즐{BINARY BURNER WITH VENTURI TUBE FUEL ATOMISATION AND VENTURI JETS FOR THE ATOMISATION OF LIQUID FUEL}

그러한 유형의 버너는 DE 41 18 538 C2로부터 공지되어 있다. 그 버너는 상대적으로 복잡한 구조로 된 연료 분무용 이중 연료 노즐을 그 기반으로 하고 있다. 특히, 그러한 노즐은 대략 원통형의 혼합실, 그 혼합실의 종방향 축과 동축상인 액상 연료용 공급 관, 및 연소 공기 공급부로 이루어진다. 노즐의 혼합실은 분무된 연료/연소 공기 혼합기를 반출하기 위한 노즐 삽입체에 의해 폐쇄되고, 중심 노즐 구멍 및 흐름 방향으로 수렴되는 원추형 내부 경사면을 구비한다. 연소 공기 공급부는 혼합실 벽을 접선 방향으로 관통하여 그 혼합실 내에 잠겨지고 노즐 삽입체를 경유하여 액상 연료용 공급 관보다 더 높은 높이에 연통되는 공급 관으로 이루어진다. 그와 같이 복잡한 이중 연료 노즐의 구조로 인해, 그 노즐이 정해진 바대로작동하기 위해 액상 연료를 분무하는 데는 상당한 공기 과압이 필요하고, 그러한 공기 과압은 그에 상응할 만큼 강력한 팬(fan)에 의해 제공되어야만 한다.

가스 버너와 관련하여, 벤투리 관은 혼합 장치로서 사용되는 것으로 알려져 있다.

본 발명은 연소 공기의 존재 하에 액상 연료를 연소시키도록 액상 연료 분무용 노즐이 선행 접속되는 연소실 및 액상 연료 분무용 벤투리 노즐을 구비한 이중 연료 버너, 특히 차량 보조 가열 장치 또는 차량 스탠드 가열 장치용 이중 연료 버너에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 첨부 도면에 의거하여 예시적으로 더욱 상세히 설명하기로 한다. 첨부 도면 중에서,

도 1은 이중 연료 버너의 일 실시예에 따른 연소실 및 벤투리 관의 개략적인 반단면도이고,

도 2는 도 1에 따른 벤투리 관에서의 축방향 압력 추이를 나타낸 도표이며,

도 3은 연료 분무용 노즐 대신에 소형 벤투리 관을 구비하는 도 1의 변형례를 나타낸 도면이고,

도 4는 확산기의 구역에 축방향으로 분할된 지점을 구비하는 벤투리 노즐을 나타낸 도면이다.

본 발명의 목적은 액상 연료를 분무하는데 높은 공기 과압을 필요로 하지 않고도 확실하게 작동되는 버너 또는 액상 연료 분무용 벤투리 노즐을 제공하는 것이다.

그러한 목적은 청구항 1의 특징을 갖춘 버너 및 청구항 10의 특징을 갖춘 벤투리 노즐에 의해 달성된다.

그러한 특징에 의하면, 종래에 이중 연료 버너에 사용되던 복잡한 구조의 이중 연료 노즐은 본 발명에 따라 벤투리 관 또는 벤투리 노즐을 구비한 장치로 대체되는데, 그 벤투리 관 또는 벤투리 노즐은 그것의 높은 축방향 공기 압력 강하에 의해 연소 공기를 흡인하여 확산부에서 연료와 혼합시킨다. 벤투리 관 또는 벤투리 노즐은 압력을 회복하기 때문에, 공기를 높은 과압으로 급송할 필요가 없어 종래까지 그러한 급송에 필요로 하였던 강력한 팬 또는 부가의 팬이 생략될 수 있게 된다. 연소 공기와 연료가 벤투리 관 또는 벤투리 노즐의 확산부에서 혼합됨으로써, 후속 접속된 연소실에서 최적의 연소가 보장되게 된다. 또한, 본 발명에 따라 사용되는 벤투리 관(또는 벤투리 노즐)은 저렴한 제작이 가능하다는 장점이 있다.

본 발명의 바람직한 구성들은 종속 청구항들에 기재되어 있다.

벤투리 관 또는 벤투리 노즐의 확산부의 적어도 전방 섹션이 연소실과 일체로 형성된다면, 바람직하게도 조립 비용 및 제조 비용이 절감되게 된다.

벤투리 관 또는 벤투리 노즐의 확산부는 가장 간단한 경우에 균일한 개방 각도로 형성된다. 그러나, 바람직한 부가의 구성에 따르면, 그러한 벤투리 관 또는 벤투리 노즐의 확산부는 개방 각도가 상이한 섹션을 구비하는데, 그 경우에 개방 각도가 가장 큰 섹션이 연소실과 접하게 된다.

연료는 그 흐름 하류측 단부가 벤투리 관 내로 돌출된 연료 공급 관을 경유하여 벤투리 관 또는 벤투리 노즐에 공급되는 것이 바람직하다. 그러한 연료 공급 관의 흐름 하류측 단부는 필요에 따라 소형의 제2 벤투리 관의 흐름 하류측 이중 연료 노즐 또는 부압 영역에 연통될 수 있는데, 그 제2 벤투리 관도 역시 벤투리 관 또는 벤투리 노즐의 압력 강하에 의해 작동되고 그 부압 영역에서 종료되어 미리 예비 분무가 이루어지도록 한다. 또한, 연료 공급 관은 벤투리 관 또는 벤투리 노즐의 종방향 중심과 동축으로 연장되어 그 벤투리 관 또는 벤투리 노즐의 내부에 배치되는 것이 바람직하다. 연료 공급 관의 흐름 하류측 단부는 벤투리 관 또는 벤투리 노즐의 상이한 지점, 예컨대 벤투리 관 또는 벤투리 노즐의 유입부 또는 확산부에 배치되거나 유입부와 확산부 사이에 있는 가장 좁은 지점에 배치될 수 있다.

아울러, 연소실은 하나 이상의 2차 연소 공기용 유입구를 추가로 구비하는 것이 바람직하다. 그러한 2차 연소 공기 유입구는 벤투리 관 또는 벤투리 노즐이 연통되는 연소실의 평면에 놓이는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 이중 연료 버너는 원통형 또는 정방형인 것이 바람직한 연소실(10)을 포함한다. 연소실(10)의 연료/연소 공기 유입측에는 벤투리 관(11)이 접속된다. 벤투리 노즐을 형성하는 벤투리 관(11)은 적어도 접속 구역에서 연소실(10)과 일체로 형성되는 것이 바람직하다.

벤투리 관(11)은 공지의 형식대로 확산부(12) 및 유입부(13)로 이루어진다. 확산부(12)는 유입부(13)보다 더 길게 축방향 연장으로 되고 원추형으로 형성되는 것이 바람직한데, 직경이 최대인 원추형 확산부(12)의 단부가 연소실(10)의 연료/연소 공기 유입부에 연접된다. 역시 원추형으로 형성되거나 선택적으로 원통형 부분이 연접된 하나 이상의 유입 반경부로 이루어지지만, 최대 직경의 섹션이연소실(10)의 반대쪽을 향하고 있는 유입부(13)는 직경이 최소인 확산부(12)의 단부에 접한다.

벤투리 관(11) 및 연소실(10)은 공통의 종방향 중심 축(14) 상에 놓이는 것이 바람직하다. 연료 공급 관(15)은 그 종방향 중심 축(14)과 일렬로 정렬되고, 연료 공급 관(15)의 흐름 하류측 단부에는 이중 연료 노즐(16)이 연접된다. 이중 연료 노즐(16)의 유출 개구부는 벤투리 관(11)의 확산부(12)와 유입부(13) 사이에 있는 가장 좁은 지점, 즉 도 2에 도시된 바와 같이 연소실(10)에 대한 부압 영역에 놓인다.

도 3에 도시된 변형례에 따르면, 이중 연료 노즐(16) 대신에 소형 벤투리 관(19)이 동일 지점에 마련될 수도 있는데, 그 소형 벤투리 관(19)은 벤투리 관(11)의 압력 강하에 의해 작동되고 그 부압 영역에서 종료되어 미리 예비 분무가 이루어지도록 한다. 그 경우, 연료 공급 관(15)은 소형 벤투리 관(19)에 연통되고, 그 소형 벤투리 관(19)을 통해 공기도 역시 급송된다.

연소 공기는 단지 낮은 과압으로 연소 공기를 제공하는 도시를 생략한 팬에 의해 벤투리 관(11)의 유입부(13)에 공급된다. 연소 공기는 화살표(17)를 따라 벤투리 관(11)에 급송된다.

벤투리 관(11)에서의 축방향 압력 추이는 도 2에 도표로 도시되어 있는 바, 그 도표의 X 축 좌표는 벤투리 관(11)의 길이(ℓ)이고 Y 축 좌표는 벤투리 관(11)에서의 차압(Δp)이다. 그 도표에 따르면, 연소 공기는 벤투리 관(11)의 유입부(13)로의 유입 지점에서 연소 공기를 급송하는 팬에 의해 얻어지는 낮은 과압을 나타낸다. 유입부(13)를 통해 흐를 때에는 횡단면이 좁아짐으로 인해 속도가 상승되는 동시에 연소 공기의 압력이 강하되어 연이은 확산부(12)로 이행될 때에 최소치가 얻어진다. 그러한 최소의 절대 압력은 연소실 압력 레벨에 대한 최대 부압에 해당된다. 그러한 부압은 흐름 하류측의 확산부(12)로 계속 진행되면서 감소되고, 그에 따라 연소실(10)로 유입되는 연소 공기가 대략 연소실 압력으로 있게 된다.

노즐(16)은 노즐(16)의 축방향 연소 공기 급송 구멍에 연통된 하나 이상의 반경 방향 구멍(18)을 구비한다. 공기는 그 반경 방향 구멍(18)을 경유하여 액상 연료의 급송 경로로 반입됨으로써 노즐(16)에서는 연소 공기와 연료의 와류가 발생되게 된다. 그러한 혼합기는 노즐(16)의 유출 개구부에서 유출 분무되고, 팬에 의해 저압으로 유입부(13)에 공급되어 화살표(17)를 따라 흡인된 공기와 확산부(12)에서 혼합된다.

또한, 연소실(10)에는 2차 연소 공기가 반입되는 것이 바람직하다. 그를 위해, 벤투리 관의 확산부(12)가 연소실(10)로 이행되는 지점에는 둘레에 걸쳐 분포된 2차 연소 공기 개구부(20)가 형성되어 그 개구부(20)를 통해 2차 연소 공기가 연소실(10)로 반입된다. 2차 연소 공기 개구부는 선택적으로 또는 부가적으로 연소실(10)의 케이스에도 마련될 수 있다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 벤투리 노즐을 구비한 차량 보조 가열 장치용 버너의 연소실의 후방 구역을 단면도로 개략적으로 나타낸 것이다.

전체적으로 도면 부호 "110"으로 지시된 원통형 연소실에 선행하여 연소 공기 공급실(111)이 접속되고, 그 연소 공기 공급실(111)에는 도시를 생략한 수단, 전형적으로 팬에 의해 연소 공기가 공급된다. 연소실(110)은 일점 쇄선으로 표시된 그 종방향 중심 축(L)과 동축으로 연장되어 벤투리 관(112)의 흐름 하류측 단부에 접속되는 접속 개구부(122)를 구비하는데, 벤투리 관(112)은 완전히 연소 공기 공급실(111)의 내부에 놓인다. 그러한 접속 개구부(122)의 둘레에는 2차 연소 공기를 연소실(110)로 통과시키는 환형으로 배치된 작은 개구부(123)가 배치된다.

벤투리 노즐(112)은 연소실(110)에 연통된 원추형 확산기(113)를 흐름 하류측 구역에 포함하고, 그 확산기(113)는 흐름 상류측 방향으로 뾰족하게 연장된다. 벤투리 노즐(112)은 확산기(113)와 반대의 직경 추이를 보이는, 즉 확산기(113) 쪽으로 원추형으로 뾰족하게 연장되는 원추형 유입부(114)를 흐름 상류측 구역에 포함한다. 유입부(114)의 외측 단부에는 연소 공기 공급실(111)에 연통된 원통형 부분(115)이 연접된다. 확산기(113) 및 유입부(114)는 직경이 작은 원통형 부분(116)에 의해 접속되는데, 그 원통형 부분(116)에는 벤투리 관(112)의 종방향 중심 축과 동축으로 연장되고 노즐의 외부에서 꺾여져 연소 공기 공급실(111)의 밖으로 안내되는 연료 공급 관(117)이 연통된다.

연소 공기 공급실(111)과 벤투리 노즐(112)이 그와 같이 배치되면, 액상 연료는 가장 좁은 지점의 구역[원통형 부분(116)의 구역]에 유포된 부압에 의해 연소 공기로 흡인되어 분무된다. 연소 공기 공급실(111)로부터 유입부(114)로 공급된 연소 공기는 벤투리 노즐(112)로부터 분무되는 연료와 함께 연소실(110)에 반입된다. 연료와 연소 공기로 이루어진 분무는 연소실(110)에서 점화되고, 개구부(123)로부터 나오는 추가의 2차 연소 공기와 혼합되면서 연소된다. 그를 위해, 도 4에 개략적으로 도면 부호 "124"로 지시되고 그 단부가 벤투리 관(112)의 원추형 확산기(113)의 출구 구역에 도달되는 점화 장치가 연소실(110) 내로 돌출된다.

본 발명에 따르면, 벤투리 노즐(112)은 축방향으로 2개의 부분, 즉 연소실(110)과 접한 반출부(118) 및 그 반출부(118)의 흐름 상류측에 배치된 공급부(119)로 분할된다. 그와 같이 벤투리 노즐(112)을 분할하는 조치는 그 확산기(113)의 구역에서 취해지므로, 공급부(119)는 반출부(118)의 대략 2배의 길이로 된다.

도 4에 도시된 바람직한 실시예에서는 반출부(118)와 공급부(119)가 그 폭이 전형적으로 0.1 내지 0.8 ㎜인 환형 틈새(120)에 의해 서로 분할된다. 환형 틈새의 폭은 약 0.3 ㎜로 선택되는 것이 바람직하다. 환형 틈새(120)는 축방향으로는 서로 대면된 반출부(118)와 공급부(119)의 단부 면과, 그리고 반경 방향으로는 링 패킹(121)과 각각 경계를 이루는데, 링 패킹(121)은 외측으로 환형 틈새(120)를 밀봉하고, 그에 따라 원추형 확산기(113)를 밀봉한다. 링 패킹(121)의 재료는 예컨대 세라믹과 같은 단열 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 벤투리 노즐의 양 부분(118, 119)의 재료도 동일한 것으로 될 수 있다. 그러나, 반출부(118)의 재료는 열 전도성이 공급부(119)의 재료보다 더 낮은 것으로 되게 하여 열이 벤투리 노즐의 양 부분(118, 119) 사이의 환형 틈새(120)에 가능한 한 적게 전달되게끔 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 바와 같이 벤투리 노즐(112)이 단열적으로 분할됨으로써, 벤투리 노즐(112)이 저온부 및 고온부를 구비하게 된다. 흐름에 접하는 저온 공급부(119)에는 벤투리 노즐의 2분할에 의거하여 작동 시에 전형적으로 180 ℃ 미만의 온도가 걸리고, 그에 따라 그 노즐 부분(119)에서 연료의 크래킹(cracking)이 일어날 수 없게 된다. 다른 한편으로, 벤투리 노즐(112)의 화염측 고온 반출부(118)에는 전형적으로 500 ℃를 상회하는 온도가 걸리므로, 연료 공급 관(117)으로부터 반출부(118)의 내벽에 충돌되는 연료가 크래킹 잔류물을 남김이 없이 기화되게 된다. 즉, 벤투리 노즐(112)에 잔류물이 부가되어 그 출력 성능이 부분적으로 저하됨을 방지하는 것이 보장되게 된다.

링 패킹(121)은 전체의 환형 틈새(120)를 채울 수 있다. 그 대안으로, 링 패킹(121)이 완전히 생략되도록 하는 것도 고려할 수 있다. 실제로, 환형 틈새가 매우 좁을 경우에는 연료/공기 혼합기의 외부로의 누출이 일어나지 않는다. 그 경우, 미세한 누출 량마저 2차 공기에 의해 연소실로 공급되어 그 곳에서 연소되게 된다.

본 발명에 따른 벤투리 노즐을 구비한 버너에서 구현될 수 있는 낮은 유해물 방출에 의거하여, 버너 및 그에 따른 가열 장치의 내구 수명이 보다 더 길어지고 환경 오염이 적어지는 것이 보장되게 된다. 끝으로, 본 발명에 따른 벤투리 노즐의 사용에 의해 시동 거동이 최적화되게 된다.

<도면 부호의 설명>

10, 110 : 연소실

11 : 벤투리 관

12 : 확산부

13, 114 : 유입부

14 : 종방향 중심 축

15, 117 : 연료 공급 관

16 : 이중 연료 노즐

17 : 화살표

18 : 구멍

19 : 벤투리 관(연료용)

20 : 2차 공기 개구부

111 : 연소 공기 공급실

112 : 벤투리 노즐

113 : 확산기

115, 116 : 원통형 부분

118 : 반출부

119 : 공급부

120 : 환형 틈새

121 : 링 패킹

122 : 접속 개구부

123 : 개구부(연소 공기용)

124 : 점화 장치

Claims (21)

1. 연소 공기의 존재 하에 액상 연료를 연소시키는 연소실(10, 110) 및 액상 연료 분무용 노즐을 포함하는 혼합 장치를 구비한 버너, 특히 차량 보조 가열 장치 또는 차량 스탠드 가열 장치용 버너에 있어서,

   노즐은 연소 공기의 흐름 방향으로 점감되는 유입부(13, 114) 및 연소 공기의 흐름 방향으로 확장되는 확산부(12, 113)를 구비한 벤투리 관(11) 또는 벤투리 노즐(112)을 포함하고, 직경이 더 큰 확산부(12, 113)의 단부는 연소실(10, 110)에 연통되며, 유입부(13, 114)로부터 확산부(12, 113)로 이행되는 구역에 있는 부압 영역에 액상 연료가 첨가되는 것을 특징으로 하는 버너.
2. 제1항에 있어서, 확산부(12, 113)의 적어도 전방 섹션은 연소실(10, 110)과 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 버너.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 연소실(10, 110) 쪽으로 원추형으로 벌어지는 확산부(12, 113)는 개방 각도가 상이한 부분을 구비하는 것을 특징으로 하는 버너.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 연료는 벤투리 관(11) 또는 벤투리 노즐(112)의 종방향 중심 축(14, L)과 동축으로 배치된 연료 공급 관(15, 117)을 경유하여 그 벤투리 관(11) 또는 벤투리 노즐(112)에 공급되는 것을 특징으로하는 버너.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 연소실(10, 110)은 하나 이상의 2차 연소 공기용 유입구(20, 123)를 구비하는 것을 특징으로 하는 버너.
6. 제5항에 있어서, 2차 연소 공기용 유입구(20, 123)는 축방향으로 보았을 때에 벤투리 관(11) 또는 벤투리 노즐(112)이 연통되는 연소실(10, 110)의 구역에 마련되는 것을 특징으로 하는 버너.
7. 제1항에 있어서, 연료는 임의의 구조 형식의 이중 연료 노즐 또는 소형의 제2 벤투리 노즐(19)에 의해 분무되고, 그 이중 연료 노즐 또는 제2 벤투리 노즐(19)의 유입 및 유출 개구부는 벤투리 관(11)에 의해 생성된 압력 강하에 의해 작동되도록 벤투리 관(11) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 버너.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 연료는 선회되면서 유입부(13, 114)에 공급되는 것을 특징으로 하는 버너.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 벤투리 관(11) 또는 벤투리 노즐(112)은 적어도 부분적으로 세라믹 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 버너.
10. 버너, 특히 차량 보조 가열 장치 또는 차량 스탠드 가열 장치용 버너의 연소실(110)에서 연소 공기의 존재 하에 연료를 연소시키기 위한 액상 연료 분무용 벤투리 노즐(112)에 있어서, 벤투리 노즐(112)은 축방향으로 연료/연소 공기 반출부(118) 및 연료/연소 공기 공급부(119)로 분할되고, 벤투리 노즐의 양 부분(118, 119)은 서로 단열되는 것을 특징으로 하는 벤투리 노즐.
11. 제10항에 있어서, 벤투리 노즐(112)의 공급부(119)는 반출부(118)보다 더 길게 축방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 벤투리 노즐.
12. 제11항에 있어서, 벤투리 노즐(112)의 공급부(119)는 반출부(118)의 약 2배의 길이로 되는 것을 특징으로 하는 벤투리 노즐.
13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 벤투리 노즐(112)의 반출부(118)는 열 전도성이 공급부(119)보다 더 열악한 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 벤투리 노즐.
14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 반출부(118)와 공급부(119)는 벤투리 노즐의 양 부분(118, 119)의 서로 대면된 단부 면과 축방향으로 거의 전면에 걸쳐 접하는 링 패킹(121)에 의해 서로 분할되는 것을 특징으로 하는 벤투리 노즐.
15. 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 반출부(118)와 공급부(119)는 벤투리 노즐의 양 부분(118, 119)의 서로 대면된 단부 면과 축방향으로 경계를 이루는 환형 틈새(120)에 의해 서로 분할되는 것을 특징으로 하는 벤투리 노즐.
16. 제15항에 있어서, 환형 틈새(120)는 반경 방향으로 링 패킹(121)과 경계를 이루는 것을 특징으로 하는 벤투리 노즐.
17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 환형 틈새(120)의 틈새 폭은 0.1 내지 0.8 ㎜이고, 바람직하게는 약 0.3 ㎜인 것을 특징으로 하는 벤투리 노즐.
18. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 링 패킹(121)은 단열 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 벤투리 노즐.
19. 제14항 내지 제18항 중의 어느 한 항에 있어서, 링 패킹(121)은 세라믹 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 벤투리 노즐.
20. 제1항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서, 벤투리 노즐(112)의 분할 지점은 그 확산부(113)에 놓이는 것을 특징으로 하는 벤투리 노즐.
21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 반출부(118)는 세라믹 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 벤투리 노즐.