KR20020085770A - 가스연소장치 - Google Patents

Abstract

(과제) 가스 버너(36,37)로부터의 연소배기가 흐르는 배기통로에, 일산화탄소농도를 검지하기 위한 CO센서(60)가 형성된 가스연소장치에 있어서, CO센서(60)에 의한 일산화탄소농도 검지동작의 안정성향상을 도모함과 아울러, 가스 버너(36,37)의 연소초기에 생성되는 산성의 액체입자가 CO센서(60)에 부착되는 것을 방지한다.

(해결수단) 상기 CO센서(60)는 배기저장상자(62) 내에 수납되어 있으며, 상기 배기저장상자(62)의 구성벽에 형성된 접속구멍에 일단의 개방부가 접속되고 또한 둘레측벽에는 상기 연소배기의 흐름 속에 노출되는 통기구멍(67,67)이 관통되어 있는 통기 파이프(63)가 형성되어 있는 것.

Description

가스연소장치{gas combustion system}

본 발명은 가스연소장치, 특히, 가스 버너의 불완전연소 검지동작의 안정성을 향상시킨 가스연소장치에 관한 것으로서, 가스 급탕기나 가스 스토브등의 각종 가스연소장치에 적용할 수 있다.

가스 버너가 불완전 연소상태에 빠졌을 때에 운전동작을 강제로 정지시키는 기능을 구비한 급탕기로서 일본국 특허공개공보 평9-217929호에 개시된 구조의 것이 있다.

이러한 것에서는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 급탕능력을 전환하기 위해서 선택적으로 연소시키는 제 1·제 2 가스 버너(11,12)가 수납된 케이싱(10)의 하단에는 급기팬(13)이 접속되어 있음과 아울러, 상기 제 1·제 2 가스 버너(11,12)의 상측에는 다수의 흡열핀(14,14)과 이것을 관통하는 통수관(15)으로 이루어지는 열교환부(16)가 위치하고 있다.

한편, 도 6, 도 7에 나타내는 바와 같이, 케이싱(10)의 상부 전면(前面)에는, 이 케이싱(10)의 가로폭과 거의 같은 개구폭(開口幅)을 가지는 배기구(18)가 형성되어 있음과 아울러, 이 배기구(18)와 케이싱(10) 내의 열교환부(16)는 통로 좁힘부(17)를 통해서 연이어 통하고 있다. 그리고, 상기 통로 좁힘부(17)에서 배기구(18)로 연결되는 통로 확대부(20)의 구성벽에는 연소배기의 일산화탄소농도를 검지하기 위한 CO센서(19)가 설치되어 있다.

이어서, 상기 급탕기의 동작을 설명한다.

급기팬(13)으로부터의 급기에 의해서 제 2 가스 버너(12)만이 연소하면(소(小)능력상태가 되면), 제 1 가스 버너(11)의 외측둘레영역을 상승하는 급기팬(13)으로부터의 공기와 제 2 가스 버너(12)의 연소배기가, 경사지게 배치된 흡열핀(14,14)군에 의해서 그 하류측에서 충돌하도록 합류됨과 아울러, 이로써 상기 공기에 의해 희석된 연소배기가 통로 좁힘부(17)로부터 CO센서(19)의 배치부를 통과하여 배기구(18)로부터 외부로 토출된다.

그리고, CO센서(19)에서 검지되는 상기 연소배기의 일산화탄소농도가 미리 정해진 기준치를 넘으면, 이 상태를 제어장치(21)가 판단하여 제 1 ·제 2 가스 버너(11,12)의 가스 회로(22)에 형성된 가스 메인밸브(23)를 닫아서 강제적으로 연소정지시키며 이로써 안전상태를 확보한다.

이러한 것에서는, 상기와 같이 일측의 제 2 가스 버너(12)만을 연소시킨 경우라도, 상기 제 2 가스 버너(12)로부터의 연소배기와 소화상태에 있는 제 1 가스 버너(11)의 외측둘레영역을 상승하는 공기가 八자형상으로 배치된 흡열핀(14,14)군이나 통로 좁힘부(17)의 부분에서 혼합된다. 따라서, CO센서(19)가 배치된 통로 확대부(20) 내에 있어서는 장소에 따른 연소배기농도의 분산이 적어지며, 이것에 의해 제 1·제 2 가스 버너(11,12) 전체에서 발생하는 연소배기의 일산화탄소농도를 높은 정도(精度)로 검지하는 것이 가능해진다.

그러나, 상기 종래의 것에서는, CO센서(19)에 의한 일산화탄소농도의 검지동작의 안정성을 확보할 수 없음과 아울러, 제 1·제 2 가스 버너(11,12)의 연소 초기에 많이 발생하는 산성도가 높은 안개상태의 액체입자가 CO센서(19)에 부착하여 이것을 부식시키기 쉬워진다는 문제가 있었다.

이것은, CO센서(19)가 연소배기의 흐름 속에 드러나 있기 때문이다. 즉, 상기 종래의 것에서는, 연소배기통로의 배기구(18) 근방의 통로 확대부(20) 내에 CO센서(19)가 노출되는 형태로 배치되어 있으며, 이것에 의해서 상기 CO센서(19)가 연소배기의 흐름 속에 드러나는 상태가 되어 있다. 따라서, 제 1·제 2 가스 버너(11,12)의 연소량변화에 따른 급기팬(13)의 회전수변화에 의해서 CO센서(19)의 배치부를 흐르는 연소배기의 유속이 급변하면, 이 급변하는 연소배기류에 의해 CO센서(19)가 냉각되는 정도가 크게 변화하고, 이것에 의해 상기 CO센서(19)가 온도변화하여 그 전기특성이 변화한다. 이로써, CO센서(19)에 의한 일산화탄소농도의 검지동작이 불안정해지는 것이다.

또, 각 가스 버너의 연소초기에 있어서는, 열교환부(16)등의 온도가 충분히 상승되어 있지 않아서 이것에 접촉하는 연소배기가 이슬점 이하로 냉각되기 때문에 산성도가 높은 연소생성수가 안개상태의 액체입자로 되어 다량으로 발생한다. 그리고, 상기 다량의 액체입자를 포함한 연소배기가 연소배기류 안에 드러난 CO센서(19)에 접촉하면, 이 CO센서에 상기 연소배기중의 액체입자가 부착되어, 이것에 포함되는 산성성분에 의해서 CO센서(19)가 부식하기 쉬워진다.

본 발명은, 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로서,

『가스 버너로부터의 연소배기가 흐르는 배기통로에, 일산화탄소농도를 검지하기 위한 CO센서가 형성된 가스연소장치』에 있어서, CO센서에 의한 일산화탄소농도 검지동작의 안정성향상을 도모함과 아울러, 가스 버너의 연소초기에 생성되는 산성의 액체입자가 CO센서에 부착되는 것을 방지하는 것을 과제로 한다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 급탕기의 종단면도

도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선부분을 절단한 급탕기의 측면도

도 3은 배기 안내판(55)과 센서 박스(61)의 배치관계를 나타내는 사시도

도 4는 센서 박스(61)의 종단면도

도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선부분을 절단한 단면도

도 6는 종래예의 설명도

도 7은 종래예의 설명도

*도면 중 주요부분에 대한 설명*

36 - 제 1 가스 버너37 - 제 2 가스 버너

60 - CO센서62 - 배기저장상자

63 - 통기 파이프71 - 리크구멍

[1항]

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 기술적 수단은,

『상기 CO센서는 배기저장상자 내에 수납되어 있으며,

상기 배기저장상자의 구성벽으로부터 돌출하며 또한 둘레측벽에는 상기 연소배기의 흐름 속에 노출되는 통기구멍이 관통되어 있는 통기 파이프가 형성되어 있으며,

상기 통기 파이프 내와 상기 배기저장상자 내는 서로 연이어 통하도록 되어 있다』는 것이다.

상기 기술적 수단에 의하면, 통기구멍으로부터 통기 파이프 내에 침입한 연소배기는, 상기 통기 파이프 내 및 이것의 일단의 개방부에 연이어 형성된 배기저장상자 내로 점차 확산해 간다. 이것에 의해, 배기저장상자 내에는 연소배기가 거의 흐르지 않는 상태로 체류하고, 이 체류상태에 있는 연소배기중에 CO센서가 드러난 상태가 된다. 따라서, 상기 CO센서는 상기 거의 흐르지 않는 상태에 있는 연소배기의 일산화탄소농도를 검지한다.

[2항]

상기 1항에 있어서,

『상기 배기저장상자의 구성벽에는, 이 배기저장상자 내에 저장된 연소배기를 상기 배기통로로 누출하기 위한 리크구멍이 형성되어 있다』는 것에서는, 배기저장상자 내의 연소배기가 리크구멍으로부터 누출되어 상기 배기저장상자 내의 환기가 적당한 범위로 확보된다.

[3항]

상기 1항 또는 2항에 있어서,

『상기 통기구멍은, 상기 통기 파이프의 축선방향으로 간격을 두고 복수로 형성되어 있다』는 것에서는, 복수의 통기구멍이 통기 파이프의 축선방향으로 간격을 두고 분산되도록 형성되어 있다. 따라서, 연소배기가 층류(層流)상태로 흐르는 경우에도, 이 층의 두께방향의 서로 다른 부위를 흐르는 연소배기가 상기 복수의 통기구멍에서 샘플링되고 이것이 통기 파이프 내 및 배기저장상태 내로 확산한다. 이로써 CO센서에 의한 일산화탄소농도의 검지정도가 향상된다.

[4항]

상기 1항 내지 3항에 있어서,

『상기 통기 파이프와 상기 배기저장상자의 집합체는, 상기 배기통로의 통로단면을 좁혀서 형성한 통로 좁힘부의 하류측에 위치하고 있다』는 것에서는, 배치된 복수의 가스 버너 중의 서로 다른 가스 버너로부터 발생한 일산화탄소농도가 서로 다른 연소배기가, 통로 좁힘부를 통과할 때의 유속변화에 의해서 난류화(亂流化)되고, 이것에 의해서, 상기 일산화탄소농도가 서로 다른 연소배기가 혼합되어 농도가 균일화된다.

(발명의 실시형태)

이어서, 상기한 본 발명의 실시형태를 설명한다.

도 1은, 본 발명의 가스연소장치의 일례를 나타내는 급탕기의 종단면도이며, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선부분을 절단한 급탕기의 측면도이다.

이 급탕기는 가스 버너를 수납한 버너 케이스(31)부와, 그 상단에 연이어 설치된 열교환기(41)와, 그 상측에 연이어 설치된 배기 집합통(51)을 구비하고 있으며, 이들 각 부는 이하와 같은 구체적 구조를 가지고 있다.

[버너 케이스(31)에 대해서]

상측이 개방된 직사각형의 상자형상으로 형성된 버너 케이스(31)의 바닥벽에는 급기구(32)가 형성되어 있음과 아울러, 이 급기구(32)에는 급기팬(33)의 토출부가 접속되어 있다. 또, 상기 급기구(32)의 상측공간은 다수의 투공(透孔)(34,34)이 형성된 급기 분포판(35)에 의해서 상하로 구획되어 있다. 그리고, 이 급기 분포판(35)의 상측에는 소버너(36)와 대버너(37)가 나란히 설치되어 있으며, 급탕기가 소능력상태로 동작하는 경우에는 소버너(36)만이 연소하고, 중능력상태로 동작하는 경우는 대버너(37)만이 연소하며, 대능력상태로 동작하는 경우는 소버너(36)와 대버너(37)가 함께 연소하도록 되어 있다.

[열교환기(41)에 대해서]

상기 버너 케이스(31)의 상단에 연이어 설치되는 열교환기(41)는, 관체(42)와 통수관(43)을 구비하고 있으며, 관체(42)의 상단근방을 사행(私行)상태로 관통하는 통수관(43)에는 다수의 흡열핀(44,44)군이 연이어 설치되어 있다.

[배기 집합통(51)에 대해서]

상기 열교환기(41)의 상단에 연이어 설치되는 배기 집합통(51)은, 하단이 개방된 직사각형의 상자형상으로 형성된 덕트부(52)와, 그 내부를 상하로 구획하는 형태로 배치된 배기 안내판(55)과, 덕트부(52)의 천정구멍(53)에 접속된 통형상체(54)와, 상기 천정구멍(53)의 하측에 배치된 센서 박스(61)를 구비하고 있으며, 이 센서 박스(61) 내에는 연소배기의 일산화탄소농도를 검지하기 위한 후술할 CO센서(60)가 수납되어 있다.

* 배기 안내판(55)

상기 배기 안내판(55)은, 덕트부(52)를 상하로 구획하는 직사각형 형상의 상판(56)의 외측둘레에 굴곡 수하부(垂下部)(57)가 형성된 것으로서, 이 굴곡 수하부(57)가 덕트부(52)의 둘레측판(50)에 나사(58,58)로 고정되어 있다. 또, 도 3에 나타내는 바와 같이, 배기 안내판(55)의 직사각형 형상의 상판(56)에는 그 길이방향의 일단(一端) 근방에 통로 좁힘부로서의 배기 유도구(59)가 형성되어 있으며, 이것에 의해서, 상기 배기 유도구(59)와 센서 박스(61)의 배치부간에 긴 거리가 확보되어 있다.

*센서 박스(61)

도 3 내지 도 5에 나타내는 바와 같이, 상기 센서 박스(61)는, CO센서(60)를 수납한 배기저장상자(62)와 그 일단으로부터 돌출하는 통기 파이프(63)로 구성되어 있으며, 상기 배기저장상자(62) 내에는 CO센서(60)의 배치부보다 통기 파이프(63)측에 위치하는 덮개판(64)이 배치되어 있다. 그리고, 도 5에 나타내는 바와 같이,덮개판(64)의 가로폭은 배기저장상자(62)의 가로폭보다 짧게 설정되어 있으며, 이것에 의해, 덮개판(64)의 양측가장자리와 배기저장상자(62)의 양측벽(73,73)과의 틈새부(65,65)를 통해서, CO센서(60)의 배치부와 통기 파이프(63)측이 연이어 통하고 있다. 또, 덮개판(64)은, 통기 파이프(63)측에서부터 CO센서(60)의 선단에 근접함에 따라서 상하간격이 넓어지도록 단면 ＜형상으로 구부러져 형성되어 있다. 따라서, 덮개판(64)의 중앙 선단에서부터 비스듬하게 상측으로 연장되는 윗경사판(640)의 내면에 드레인(66)이 생성·부착되더라도, 이것이 윗경사판(640)을 타고 이동하여 비스듬하게 하측으로 유동하기 때문에, 이 드레인(66)이 CO센서(60) 위에 적하되는 것을 방지할 수 있다.

또, 배기저장상자(62)에 있어서의 통기 파이프(63)측에 위치하는 앞벽부(70)에는 리크구멍(71)이 형성되어 있다.

한편, 통기 파이프(63)에는, 상기 배기 안내판(55)에 형성된 배기 유도구(59)로부터 토출되는 후술할 연소배기의 흐름에 면하는 측의 측벽에 통기구멍(67,67)이 형성되어 있는 한편, 상기 통기 파이프(63)의 바닥벽에도 통기구멍(67,67)이 형성되어 있다. 그리고, 이들 통기구멍(67,67)은, 통기 파이프(63)의 축방향으로 간격을 두고 소정 피치로 배열되어 있다. 따라서, 연소배기가 층류상태로 흐르더라도, 층의 두께방향의 서로 다른 부위를 흐르는 연소배기가 복수의 통기구멍(67,67)으로부터 통기 파이프(63) 내로 들어간다.

도 4에 나타내는 바와 같이, CO센서(60)는, 보호캡(68) 내에 수납된 가스검지소자나 전기저항소자등으로 이루어지는 전자소자군(69)으로 구성되어 있으며, 보호캡(68)에 형성된 창(49,49)을 통해서 상기 전자소자군(69)의 배치부와 배기저장상자(62) 내가 연이어 통하고 있다.

[동작의 실제]

이어서 상기 급탕기동작에 대해서 설명한다.

소능력상태로 급탕동작이 개시되면, 도시하지 않는 점화장치가 작동하여 소버너(36)만이 연소하기 시작한다.

한편, 급기팬(33)으로부터의 토출공기는 투공(34,34)을 통해서 급기 분포판(35)의 전면(全面)에서 균일하게 분출하도록 확산되며, 이 확산된 공기가 소버너(36)에 연소용 공기로서 공급된다. 또, 급기 분포판(35)으로부터의 분출공기는 소화상태에 있는 대버너(37) 주위를 통과하여 하류측에 공급된다. 따라서, 소버너(36)부분에서 생성되는 연소배기와 대버너(37)부분을 통과한 공기가 서로 혼합되지 않고 층류상태로 열교환기(41)부분을 흘러서 배기 안내판(55)의 배기 유도구(59)부분에서 합류한다. 그러면, 상기 공기와 연소배기의 유속은, 개구(開口)면적이 작은 배기 유도구(59)를 통과할 때에 급격하게 증가하고, 그 하류측의 덕트부(52)에서 다시 감속된다. 그래서, 이 속도변화에 의해서 연소배기와 상기 공기가 혼합되어 농도가 저하된 연소배기가 생성되며, 이 연소배기가 센서 박스(61)의 배치부에 도달한다.

상기 센서 박스(61) 부분에 도달한 연소배기는 그 상측에 위치하는 배기용 통형상체(54)로부터 외부로 배출되는 한편, 이 연소배기가 통기 파이프(63)에 형성된 통기구멍(67,67)으로부터 상기 상기 파이프(63) 내로 확산됨과 아울러, 이 연소배기의 확산은 배기저장상자(62) 내로 더욱 확대된다. 이것에 의해서, 배기저장상자(62) 내에는 연소배기가 거의 흐르지 않는 상태로 체류하고, 이러한 분위기에서의 일산화탄소농도를 CO센서(60)가 검지하게 된다. 이로써, CO센서(60)에 연소배기의 흐름이 세차게 몰아치지 않으므로, 상기 CO센서(60)가 냉각되어 검지동작이 불안정하게 되는 일이 없어진다.

따라서, 소버너(36)나 대버너(37)의 연소량변화에 따라서 급기팬(33)의 회전수가 변화하고, 이것에 의해서, 배기통로 내를 흐르는 연소배기의 유속이 변화해도, 배기저장상자(62) 내에 형성된 CO센서(60)가 상기 연소배기의 흐름에 의해서 냉각되는 일이 없다. 이로써, CO센서(60)를 구성하는 전자소자군(69)의 저항치가 변화해서 검지동작이 불안정화되는 문제를 회피할 수 있게 된다. 또한, 센서 박스(61) 내의 흐르지 않는 연소배기중에 CO센서(60)가 위치하기 때문에, 상술한 종래의 것과 상위하게 연소배기류 안에 상기 CO센서(60)가 드러나지 않는다. 따라서, 연소초기의 대·소버너(37, 36)에서 생성되는 다량의 액체입자를 포함한 연소배기가 CO센서(60)에 세차게 몰아쳐 이것에 상기 액체입자가 부착되는 일이 없고, 이 연소배기에 포함되는 산성성분에 의해서 CO센서(60)가 부식되는 것을 억제할 수 있다.

그리고, CO센서(60)에서 검지되는 상기 연소배기의 일산화탄소농도가 미리 정해진 기준치를 넘으면, 이 상태를 도시하지 않은 억제장치가 판단하여 소버너(36) 및 대버너(37)로의 가스공급을 차단함과 아울러 급기팬(33)을 정지시키고, 이것에 의해서 안전상태를 확보한다.

본 발명은, 상기 구성에 의해서 다음의 특유한 효과를 가진다.

거의 흐르지 않는 상태에 있는 배기저장상자 내의 연소배기의 일산화탄소농도를 CO센서가 검지하기 때문에, 상술한 종래의 것과 같이 CO센서에 연소배기의 흐름이 세차게 몰아쳐서 이것이 냉각됨에 따른 성능변화가 발생하는 일이 없다. 따라서, 연소배기의 유속이 급격하게 변화해도 상기 CO센서의 검지동작이 불안정해지는 문제가 없다. 또, CO센서가 연소배기류 안에 드러나지 않기 때문에, 가스 버너의 연소초기에 발생하는 다량의 액체입자를 포함한 연소배기가 CO센서에 세차게 몰아쳐서 CO센서에 상기 액체입자가 부착되는 일이 없으므로, 상기 연소배기에 포함되는 산성성분에 의해서 CO센서가 부식될 염려가 없다.

2항의 것에서는, 생성시로부터 그다지 시간이 경과되지 않은 연소배기가 배기저장상자 내에 저장되기 쉬워진다. 따라서, 상기 리크구멍의 크기를 적절하게 설정함으로써, 일산화탄소농도 검지동작의 안정성을 확보하면서 검지동작의 응답성을 적정하게 설정할 수 있다.

3항의 것에서는, 통기 파이프의 축선방향으로 분산된 복수의 통기구멍이 형성되어 있기 때문에, 기술한 바와 같이 층류상태로 흐르는 연소배기의 일산화탄소농도의 검지정도가 향상된다.

4항의 것에서는, 배기통로의 통로단면을 좁혀서 형성한 통로 좁힘부에 의해서 연소배기의 혼합이 촉진되기 때문에, CO센서에 의한 일산화탄소농도의 검지정도가 한층 향상된다.

Claims (4)

1. 가스 버너로부터의 연소배기가 흐르는 배기통로에, 일산화탄소농도를 검지하기 위한 CO센서가 형성된 가스연소장치에 있어서,

   상기 CO센서는 배기저장상자 내에 수납되어 있으며,

   상기 배기저장상자의 구성벽으로부터 돌출하고 또한 둘레측벽에는 상기 연소배기의 흐름 속에 노출되는 통기구멍이 관통하고 있는 통기 파이프가 형성되어 있으며,

   상기 통기 파이프 내와 상기 배기저장상자 내는 서로 연이어 통하고 있는 가스연소장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 배기저장상자의 구성벽에는, 이 배기저장상자 내에 저장된 연소배기를 상기 배기통로로 누출하기 위한 리크구멍이 형성되어 있는 가스연소장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 통기구멍은, 상기 통기 파이프의 축선방향으로 간격을 두고 복수로 형성되어 있는 가스연소장치.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 통기 파이프와 상기 배기저장상자의 집합체는, 상기 배기통로의 통로단면을 좁혀서 형성한 통로 좁힘부의 하류측에 위치하고 있는 연소장치.