KR20050122273A - 금속 버너 멤브레인 - Google Patents

Abstract

본 발명은 베이스 구역(201), 폐쇄 구역(203) 및 그 사이의 전이 구역(202)을 자지는 금속 버너 멤브레인을 포함하는 가스 버너에 관한 것이다. 상기 멤브레인의 형상은 전이 구역의 최소 곡률 반경이 베이스 구역의 최소 곡률 반경 보다 더 작다. 더욱이 상기 버너 멤브레인은 베이스 구역에서 전이 영역을 통해 폐쇄 구역으로 단속 없이 유동한다. 다른 것들 중 그러한 가스 버너의 장점은 큰 동력 범위, 개선된 프레임 프론트 및 낮은 생산 비용이다.

Description

금속 버너 멤브레인{A METAL BURNER MEMBRANE}

본 발명은 금속 버너 멤브레인을 포함하는 가스 버너에 관한 것이다.

상이한 형상 및 상이한 버너 멤브레인을 갖는 종래의 가스 버너가 예를 들면 WO 02/44618 A1호 및 WO 01/79756 A1호에 설명되어 있다.

이들 버너의 제1 결점은 소정의 치수에서, 이들이 출력 전력에서의 큰 범위를 허용하지 않는다는 것인데, 즉 낮은 전력에서 가스 유량이 낮으면 화염 소화(extinguishment)의 위험이 있고, 높은 전력에서는 즉 가스 유량이 높으면 화염이 연소될 위험이 있다는 것이다. 이는 특정 전력 등급에 적용된 치수(예를 들면, 이들의 높이)에서만 약간 상이한 버너의 범위의 필요성을 초래하는데, 이는 제2 결점이다.

이들 버너의 제3 결점은 상이한 부분들이 펀칭되고 형성되어 함께 용접되어야 하며 이는 고가의 버너를 초래한다는 것이다. 용접 시임 자체는, 이들이 가스 버너의 사용 중에 발생하는 가열 및 냉각 사이클에서 파괴에 가장 민감하기 때문에 버너 내의 취약한 지점이다. 따라서, 용접부는 제품의 수명을 감소시키고, 이는 제4 결점을 구성한다.

도 1은 본 발명의 기본 기하학적 원리를 도시하는 사시도.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하는 사시도.

도 3a는 기하학적 요소와 함께 도 2의 라인 A,A'를 따른 바람직한 실시예의 절단부를 도시하는 도면.

도 3b는 물리적 특징과 함께 도 2의 A,A'를 따른 바람직한 실시예의 절단부를 도시하는 도면.

도 4a는 베이스 구역의 직사각형 단면에 기초한 제2 바람직한 실시예를 도시하는 도면.

도 4b 및 도 4c는 각각 도 4a의 평면 AA' 및 BB'를 통한 단면을 도시하는 도면.

도 4d는 베이스 구역의 중간부를 통한 도 4a의 버너의 상면 단면도.

도 5a는 제3 바람직한 실시예를 도시하는 측면도.

도 5b는 제3 바람직한 실시예를 도시하는 평면도.

도 5c는 제3 바람직한 실시예의 대안예를 도시하는 측면도.

도 6a는 제4 바람직한 실시예를 도시하는 측면도.

도 6b는 제4 바람직한 실시예를 도시하는 평면도.

도 6c는 제4 바람직한 실시예의 대안예를 도시하는 측면도.

본 발명의 일반적인 목적은 종래의 버너의 결점을 제거하는 것이다. 본 발명의 제1 목적은 출력 전력의 증가된 범위를 갖는 버너를 제공하는 것이다. 본 발명의 제2 목적은 증가된 수명을 갖는 버너를 제공하는 것이다. 본 발명의 제3 목적은 감소된 제조 비용을 갖는 버너를 제공하는 것이다. 본 발명의 제4 목적은 증가된 화염 분포를 갖는 버너를 제공하는 것이다. 본 발명에 따른 가스 버너는 금속 버너 멤브레인을 포함한다. 기하학적으로, 이 버너 멤브레인은 베이스 구역 및 폐쇄 구역을 포함한다. 베이스 구역은 최소 곡률 반경(R_base)을 갖는다. "최소 곡률 반경"의 의미는 더 설명될 것이다. 베이스 구역은 전이 구역을 통해 폐쇄 구역으로 단속 없이 연결되고, 전이 구역 버너 멤브레인은 베이스 및 폐쇄 구역과 동일한 요소를 포함한다. 전이 구역은 0보다 크고 R_base보다 작거나 같은 최소 곡률 반경(r_transition)을 갖는다: 0<r_trasition≤R_base. 따라서, 베이스 구역이 평면인, 따라서 R_base가 무한하게 큰 경우가 배제되지 않는다. 더 바람직하게는, 0.02×R_base≤r_trasition≤0.7×R_base이다. 더욱 더 바람직하게는, 0.02×R_base≤r_trasition≤0.35×R_base이다. 폐쇄 구역의 최소 곡률 반경에 대한 제한은 없다.

"구역의 최소 곡률 반경"의 개념이 이제 설명될 것이다.

기하학적으로, 버너 멤브레인의 각각의 지점에서, 다수의 곡률 반경이 정의될 수 있고, 이들 각각은 고려 하의 지점에서 수직선을 포함하는 평면을 따른 특정 절단과 관련된다. 버너 멤브레인과의 이 평면의 교점이 궤도를 초래한다. 곡률 반경은 고려 하의 지점에서 궤도에 2차로 최대 접촉하는 교차면에서의 원의 반경이다. 관련 궤도 및 곡률 반경을 갖는 고려 하의 지점을 통한 수직선을 포함하는 모든 3개의 가능한 평면의 외부에서, 최소 반경이 선택된다. 구역의 각각의 지점은 최소 반경을 갖기 때문에, 구역의 모든 최소 반경 중 최소가 이 구역의 최소 곡률 반경으로 정의될 수 있다. 곡률 반경은 항상 양의 수이기 때문에, 발견될 수 있는 최소 곡률 반경은 0이다. 동일한 정의가 버너 멤브레인의 3개의 부분, 즉 베이스 구역, 전이 구역 및 폐쇄 구역 각각에 준용하여 적용된다. 따라서, 이들 각각에 대해 최소 곡률 반경이 발견될 수 있다. 예를 들면, 라운딩된 다각형 단면을 갖는 관형 형상을 갖는 베이스 구역에서 이 최소 곡률 반경은 에지에서의 라운딩의 반경이다. 마찬가지로, 실린더에서 최소 곡률 반경은 그의 직경의 1/2이다.

이 기하학적 구조는 실시를 위해 감소되어야 하기 때문에, 본 발명은 물론 가공 공차를 받게 되는 이 기하학적 구조의 실시에 관한 것이 명백하다. 따라서, 본 발명은 이와 같은 이론적인 기하학적 형상에 한정되는 것이 아니라 실제 버너 멤브레인의 형상에 관한 것이라는 것이 명백하다. 이 형상은 일반적으로 기하학적 특징 및 특히 곡률 반경의 중간 결정을 허용하는 적절한 컴퓨터화 3-D 측정 벤치에 의해 용이하게 측정될 수 있다.

버너 멤브레인의 형상은 이하의 방식으로 버너의 기능에 영향을 주는데: 더 작은 곡률 반경을 갖는 버너 멤브레인의 이들 구역이 더 높은 곡률 반경을 갖는 구역에 비교할 때 멤브레인의 외부에 더 낮은 가스 속도를 초래한다. 더 낮은 가스 속도는 더 낮은 화염면을 유도한다. 따라서, 멤브레인의 외부 및 따라서 화염면의 가스의 속도는 곡률 반경을 변경함으로써 표면에 걸쳐 유리하게 조절될 수 있다.

이는 무엇보다도 이하의 장점을 초래하는데:

- 감소된 가스 속도의 영역에 기인하여, 화염이 분출되는 경향이 적어진다.

- 버너 멤브레인에 걸친 상이한 가스 속도에 기인하여, 가스 유량의 더 큰 편차가 동일한 버너에서 성취될 수 있고, 따라서 재고에 상이한 유형의 버너를 가질 필요가 없다.

- 더 작은 곡률 반경을 갖는 영역은, 더 낮은 가스 유량에 기인하여 그 자체로 유리하게 가스의 점화를 제공한다.

본 발명에 따르면, 베이스 구역으로부터 폐쇄 구역으로의 전이가 단속 없이 실현된다. 비단속이라는 것은 상이한 구역(베이스, 전이 및 폐쇄)을 형성하는 멤브레인이 그 결과로서 버너 표면에서의 차단된 가스 유동을 갖는 멤브레인의 시임을 유도할 수 있는 임의의 수단에 의해 연결되지 않는다는 것이다, 즉 3개의 구역, 베이스, 전이 및 폐쇄는 가스 투과성이어야 한다는 것을 의미한다. 버너 멤브레인이 단속이 없다는 사실은 전체 버너 멤브레인을 걸친 폐쇄된 화염면을 보장한다. 3개의 구역(베이스, 전이 및 폐쇄)은 이하의 방식들 중 하나로 비단속적으로 실현될 수 있는데:

- 편직된(braided) 또는 편조된(knitted) 또는 직조된(woven) 스테인레스강 파이버의 섬유를 사용함. 이러한 섬유는 본 발명의 기하학적 요건을 충적시키는 방식으로 직조되거나 편직되거나 편조될 수 있다;

- 본 발명의 기하학적 요건을 충족하는 형상으로 플레이트를 딥 드로잉하거나 스탬핑함. 소형 구멍이 소정의 가스 유량을 성취하기 위해 3개의 섹션(베이스, 전이 및 폐쇄)에서 플레이트 내로 천공되어야 한다;

- 이미 소형 구멍이 있는 플레이트를 딥 드로잉 또는 스탬핑하여 이후의 플레이트 내로의 구멍의 천공 필요성을 배제함;

- 와이어가 적합한 두께 및 성형성을 갖는 와이어 메시를 딥 드로잉하거나 스탬핑함.

상기 방법들의 조합이 가능한데, 예를 들면,

- 구멍이 천공되어 있는 딥 드로잉 또는 스탬핑된 플레이트 상에 연신되는 편직된 또는 편조된 또는 직조된 스테인레스강 파이버의 섬유;

- 딥 드로잉 또는 스탬핑된 소형 구멍이 있는 플레이트 상에 연신되는 편직된 또는 편조된 또는 직조된 스테인레스강 파이버의 섬유;

- 딥 드로잉 또는 스탬핑된 와이어 메시에 의해 지지되는 편직된 또는 편조된 또는 직조된 스테인레스강 파이버의 섬유. 와이어 메시는 또한 스테인레스강 파이버 섬유에 일체화될 수 있다, 즉 스테인레스강 파이버와 상호 편직 또는 상호 편조 또는 상호 직조될 수 있다.

상기 예시는 비한정적이고 본 발명의 청구범위에 따른 상이한 가능성이 가능하다는 것이 명백하다.

이 방식으로 버너 멤브레인을 실현함으로써, 무엇보다도 이하의 장점 중 하나 이상이 성취될 수 있는데:

- 딥 드로잉 또는 스탬핑된 플레이트 또는 소형 구멍이 있는 플레이트의 사용에 의해, 제조 비용의 감소가 종래의 버너의 상이한 부분의 조립 및 용접 시임의 배제에 의해 얻어진다.

- 가스 버너의 향상된 수명이 용접 시임의 배제에 기인하여 얻어진다.

- 소형 구멍이 있는 플레이트의 상부에서의 스테인레스강 파이버의 사용은 플레이트로부터 화염을 분리하고 소형 구멍이 있는 플레이트 상에 더 낮은 열 응력 및 따라서 향상된 수명을 초래한다.

- 스테인레스강 파이버의 사용은 향상된 화염 분포를 유도하는 구멍을 통한 이송의 출구 상의 가스 유량의 부가의 랜덤 산란을 초래한다.

- 비단속된 버너 멤브레인은 버너의 모든 구역 및 특히 전이 구역에서 화염면을 보장한다. 이는 화염의 안정성을 매우 향상시킨다.

이제, 본 발명은 첨부 도면을 참조하여 더 상세히 설명될 것이다.

본 발명의 기본 기하학적 특징은 버너 멤브레인의 형상(100)이 베이스 구역(102), 전이 구역(104) 및 상부 구역(106)으로 구성되어 도시되어 있는 도 1에 도시되어 있다. 'a'를 고려 하의 지점으로서 취하면, 'a'는 표면에 대한 그의 법선(N)을 갖는다. 법선(N)을 모두 포함하는 평면(P1, P2, P3)이 상이한 궤도(T1, T2, T3) 각각을 따라 버너의 표면을 절단한다. 최대 접촉원(C)이 'a'에서 T1에 접촉한다. N을 포함하는 모든 평면에서, 평면(P1)은 'a'에서 최소 곡률 반경[R(a)]을 갖는 궤도(T1)를 결정한다는 것이 명백할 것이다. 이제 전이 구역의 모든 지점 'x'(도 1에 지시되지 않음)에서 이 R(x)가 결정되면, 모든 R(x)의 최소값이 선택될 수 있다. 절차가 베이스 구역(102)에 적용될 때, 최소 곡률 반경 'R_base'가 얻어진다. 유사하게, 최소 곡률 반경 'r_transition'이 전이 구역에서 발견될 수 있다. 본 발명에서 전이 구역의 최소 곡률 반경이 베이스 구역의 최소 곡률 반경보다 작거나 같은 것이 필수적이다.

도 2는 제1 바람직한 실시예(200)의 사시도를 도시한다. 베이스 구역(201)은 절두 원추형이고 원(204) 상에서 그의 최소 곡률 반경에 도달한다. 전이 구역(202)은 원환형의 표면 구역이고 폐쇄 구역(203)은 편평한 디스크이다.

도 3a는 라인 AA'를 따른 도 2의 제1 바람직한 실시예의 기하학적 요소를 도시한다. 표면 멤브레인의 외부면만이 기하학적 요소를 제시하기 위해 도시되어 있다. 절두 원추형 베이스 구역(201)은 더 작은 직경측에서 최소 곡률 반경을 갖는다. 원추(326)의 절반 상부각은 약 30°이지만, 0°(원통형 베이스 구역)도 마찬가지로 적절하게 작용하는 것으로 판명되었다. 더 높은 상부각-최대값 90°, 편평한 평면-이 또한 배제되는 것은 아니다. 원(204) 상의 모든 지점은 동일한 최소 곡률 반경(R_base)(328)을 공유한다. 반경(R_base)을 갖는 구(320)가 본 발명에 따라 전이 구역이 가질 수 있는 최대의 '최소 곡률 반경'을 규정한다. 전이 구역은 대칭축(340) 둘레로 회전되는 원(324)에 의해 형성된 원환의 표면의 부분이다. 따라서, 원(324)의 반경은 전이 구역의 반경(r_transition)을 결정한다. 원(204)의 평면과 원에 평행한 평면 사이의 원환면의 부분은 전이 구역으로 취해진다. 원환은 대칭축(340)의 둘레로 타원형 또는 계란형 또는 임의의 다른 둥근 형체를 회전시킴으로써 또한 구성될 수 있다는 것이 명백하다. 원환이 퇴화하는, 즉 중간에 구멍이 없는 경우도 또한 배제되는 것은 아니다. 이는 예를 들면 도 3a의 경우이다. 폐쇄 구역(203)은 본 실시예에서 편평한 디스크이다. 본 발명의 다른 바람직한 실시예(도면 없음)에서, 폐쇄 구역은 소형의 반전된 구형 캡이고 따라서 버너 멤브레인의 중심에서 오목부를 수반한다.

베이스 구역으로부터 전이 구역으로의 교차부는 평활할 필요는 없고('평활'은 연속 1차 도함수를 의미함), 단속되지 않아야 한다(0차 연속성)는 것이 명백할 것이다.

도 3b는 도 2에 지시된 평면 AA'를 따른 절단부를 따른 제1 바람직한 실시예의 물리적 특징을 도시한다. 201'은 단일편의 금속 플레이트로 제조된 스탬핑된 소형 구멍이 있는 금속 플레이트를 지시한다. 소형 구멍이 있는 금속 플레이트는 다수의 구멍을 구비한다. 구멍 크기가 비교적 크기 때문에(본 실시예에서 1mm), 플레이트의 변형에 기인하는 전이 구역에서의 구멍 크기의 변화는 가스의 유속에 관련되지 않는다. 가스의 확산을 위해, 편조된 금속 파이버 섬유(305)가 베이스 구역, 전이 구역 및 폐쇄 구역에 걸쳐 긴장된다. 본 바람직한 실시예에서, 섬유는 스폿 용접에 의해 소형 구멍이 있는 플레이트에 부착되지만, 예를 들면 재봉에 의해 또는 스테이플링에 의해서와 같은 다른 체결 수단이 한정 없이 동등하게 가능하다. 다른 바람직한 실시예(도면 없음)에서, 섬유는 플레이트에 스폿 용접된 클램핑 링에 의해 소형 구멍이 있는 플레이트 상에 유지된다.

편조된 금속 파이버 섬유는 따라서 베이스 구역으로부터 폐쇄 구역으로의 연속적인 전이부로 이어지는 높은 연신을 허용한다. 화살표 308, 308 및 309는 멤브레인으로부터 유출될 때의 가스의 속도를 지시한다. 전이 구역(202)에서의 더 낮은 가스 속도가 더 짧은 벡터(308)로 표현되어 있고, 베이스 구역(201) 및 폐쇄 구역(203)에서의 가스 속도가 더 높고 각각 더 긴 벡터(309, 307)에 의해 표현되어 있다. 또한, 가스가 점화하는 더 낮은 화염면(310) 및 화염의 상부가 있는 외부 화염면(313)이 구역의 각각에 대해 지시되어 있다.

이 바람직한 실시예에 의해, 40kW/dm²의 최대 가열 전력을 성취하는 것이 가능하다. 안정한 화염을 얻기 위해 1kW/dm²의 최소 가열 전력이 필요하다. 이는 1:40의 전체 동적 범위를 초래한다. 도 4에는 직사각형 버너의 교체에 더 적합한 바람직한 실시예가 도시되어 있다. 여기서, 베이스 구역의 단면은 본질적으로 그의 에지가 라운딩된 직사각형이다. 도 4b는 도 4a의 평면 AA'를 따른 단면도이고, 베이스 구역(401)은 406으로 지시된 절반 단축 및 405, 407로 지시된 절반 주축을 갖는 타원의 상부 반부에 접근하는 전이 구역(402) 내로 평활하게 진행한다. 전이 구역의 최소 곡률 반경과 관련된 접촉원이 지시되어 있다. 도 4c는 라인 BB'를 다른 절단부를 도시한다. 도 4c는 라인 AA' 절단부와 본질적으로 동일한 형상을 도시하지만, 여기서 반타원이 두 개로 절단되어 있고, 두 개의 1/4 부분이 적절한 거리로 변위되어 있다. 도 4d는 수평방향 절단부의 폐쇄도를 도시한다. 라운딩된 코너는 본질적으로 도 4b에 설명되어 있는 바와 같이 타원의 절반 주축에 동일한 반경을 갖는 반원으로 병합된다. 본 실시예에서, 폐쇄 구역은 단일 라인(408)으로 소멸된다는 것을 주목하라.

도 5a 및 도 5b에 도시된 제3 바람직한 실시예에서, 도 3b의 소형 구멍이 있는 플레이트(201')는 스테인레스강 와이어 메시(520)로 교체되어 있다. 와이어의 직경은 0.48mm이고, 2/2 능직물 위브(weave)에서 정사각형 24/24 메시 크기(인치당 24 와이어)를 갖는다. 전이 구역(502)에서의 최소 곡률 반경(506)은 4mm이지만, 2 내지 8mm의 반경이 동등하게 양호하게 작용한다. 베이스 구역(501)의 최소 곡률 반경(508)의 값은 25mm이고 바람직하게는 30 내지 45mm의 범위이다. 폐쇄 구역은 편평한 디스크(504)이다. 편조된 금속 파이버 섬유(512)가 와이어 메시에 스폿 용접된다.

제3 실시예의 대안예가 도 5c에 도시되어 있다. 제3 실시예에 따른 버너 멤브레인의 유사 부분은 프라임(')을 붙인 부호로 식별된다. 전이 구역(502')은 원형 리지의 형태이다. 리지의 상부는 전이 구역의 최소 곡률 반경으로 판명된 곡률 반경(506')을 갖는다.

도 6a 및 도 6b에 도시된 제4 바람직한 실시예에서, 또한 스테인레스강 와이어 메시(510)가 사용된다. 베이스 구역(601)은 매우 큰 최소 곡률 반경을 갖고, 전이 구역(602)은 606으로 지시된 최소 곡률 반경을 갖고, 폐쇄 구역은 단일 라인(604)으로 소멸된다. 전이 구역(606)의 최소 곡률 반경은 9mm이지만, 3mm 이상의 값이 또한 가능하다.

제4 실시예의 대안예는 도 6c에 도시되어 있다. 또한 제4 실시예에 따른 버너 멤브레인의 부분이 프라임(')을 붙인 부호로 식별된다. 전이 구역(602')은 종방향 버너 멤브레인의 길이로 실질적으로 연장하는 리지의 형태이다. 리지의 상부는 전이 구역의 최소 곡률 반경인 것으로 판명된 곡률 반경(606')을 갖는다. 또한 폐쇄 구역이 라인(604')으로 소멸된다.

Claims (15)

1. 가스 버너로서, 상기 가스 버너는 금속 버너 멤브레인을 포함하고, 상기 멤브레인은 R_base인 최소 곡률 반경을 갖는 베이스 구역 및 폐쇄 구역을 포함하는 가스 버너에 있어서,

   비단속되어 있는 상기 멤브레인은 상기 베이스 구역을 상기 폐쇄 구역에 연결하기 위한 전이 구역을 포함하고, 상기 전이 구역은 0보다 길고 상기 R_base보다 작거나 같은 최소 곡률 반경(r_transition)을 갖는 것을 특징으로 하는 가스 버너.
2. 제1 항에 있어서, 상기 멤브레인은 스테인레스강 파이버를 포함하는 섬유인 가스 버너.
3. 제2 항에 있어서, 상기 스테인레스강 파이버는 본질적으로 번들로 평행하게 배열되는 가스 버너.
4. 제3 항에 있어서, 상기 번들은 편조되거나 편직되거나 직조되는 가스 버너.
5. 제1 항에 있어서, 상기 멤브레인은 소형 구멍이 있는 플레이트 또는 시트인 가스 버너.
6. 제1 항에 있어서, 상기 버너 멤브레인은 소형 구멍이 있는 플레이트를 포함하고, 상기 전이 구역은 스테인레스강 파이버를 갖고 외부에 배치되는 가스 버너.
7. 제6 항에 있어서, 상기 베이스 구역 및 상기 폐쇄 구역은 스테인레스강 파이버를 갖고 적어도 부분적으로 배치되는 가스 버너.
8. 제6 항 내지 제7 항에 있어서, 상기 스테인레스강 파이버는 번들로 본질적으로 평행하게 배열되는 가스 버너.
9. 제8 항에 있어서, 상기 번들은 편조되거나 편직되거나 직조되는 가스 버너.
10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스 구역은 절두 원추형 형상을 갖는 가스 버너.
11. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스 구역은 원통형 형상을 갖는 가스 버너.
12. 제10 항 또는 제11 항에 있어서, 상기 전이 구역은 원환의 대칭축에 수직인 두 개의 평면에 의해 경계 형성된 원환면의 부분인 가스 버너.
13. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스 구역은 다각형 단면을 갖고, 상기 단면은 코너는 라운딩되는 가스 버너.
14. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스 구역은 직사각형 단면을 갖고, 상기 단면의 코너는 라운딩되는 가스 버너.
15. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스 구역은 절두 추형 피라미드이고, 상기 피라미드는 라운딩된 에지를 갖는 가스 버너.