KR20070097930A - 수소버너 및 그 화염감지방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스버너 및 그 화염감지방법에 관한 것으로서, 공기를 공급하는 급기팬과, 급기관에 연료공급관 및 연료첨가제공급관이 설치된 혼합관과, 상기 혼합관에 연결되어 혼합기를 연소시키는 버너연소부를 구비하여, 연료공급관을 통해 공급되는 수소연료와 연료첨가제공급관을 통해 공급되는 탄화수소연료가 급기와 함께 버너연소부에 공급되어 연소될 수 있게 함으로써, 혼합기가 연소될 때 연료첨가제인 탄화수소연료에 의해 이온전류가 발생될 수 있게 하여 고가의 UV감지장치 등을 사용하지 않고 종래의 화염감지봉(프레임로드)을 사용하여 용이하게 화염을 감지함으로써, 버너의 안전성 확보는 물론 제작비용 절감의 효과가 있는 가스버너 및 그 화염감지방법에 관한 것이다.

급기팬, 연료공급관, 연료첨가제공급관, 화염감지봉

Description

가스버너 및 그 화염감지방법{combustion burner and flame detection method}

도 1은 본 발명의 가스버너의 사시도,

도 2는 본 발명의 가스버너의 다른 실시예의 사시도

도 3은 본 발명의 가스버너의 화염감지방법의 흐름도,

도 4는 도 3의 가스버너의 화염감지방법의 다른 실시예의 흐름도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 급기팬 10 : 급기관

20: 연료공급관 25,35,36 : 연료첨가제공급관

30 : 혼합관 40 : 점화장치부

45 : 점화봉 50 : 화염감지부

52 : 이온전류측정기 55 : 화염감지봉

60 : 화염형성매트 70 : 버너연소부

80 : 콘트롤러 90 : 연료공급방향

95,96 : 연료첨가제공급방향 S10 : 급기

S20 : 연료공급 S30 : 제1연료첨가제공급

S35 : 제2연료첨가제공급 S40 : 연소

S50 : 화염감지

본 발명은 수소연료를 사용하는 가스버너 및 그 화염감지방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 연료인 수소연료와 연소시 이온전류를 발생시킬 수 있는 연료첨가제를 공기와 혼합시켜 버너연소부를 통해 연소시킴으로써, 수소연료를 사용하는 버너에서도 이온전류를 감지하는 종래의 화염감지봉을 이용하여 화염을 용이하게 감지할 수 있게 함으로써, 제작비용의 절감 및 버너의 안정성을 확보할 수 있는 가스버너 및 그 화염감지방법에 관한 것이다.

일반적으로 버너, 난방용 보일러, 히터 등의 연소장치는 도시가스(LNG), 천연가스, LP가스, 또는 부탄가스 등의 연료를 연소시켜 화염을 발생시킴으로써, 가열 또는 발열장치로서 사용되어 왔다.

이때, 화염 발생부에 설치된 화염감지봉이 화염이 꺼지거나 비정상적으로 부상할 때, 이를 감지하여 가스밸브를 차단함으로써, 버너의 안전성을 확보하였다.

그러나 상기와 같은 종래의 버너에 수소를 연료로 사용하는 수소연료가스버너의 경우에는 다음과 같은 문제점이 있었다.

즉, 수소는 연소될 때 일산화탄소나 이산화탄소 등의 물질이 존재하지 않아 화염을 육안으로 확인하는 것이 곤란하고, 또한 연소시 이온화가 이루어 지지 않아 화염에서 이온전류가 발생되지 않음으로써, 이온 전하에 의한 이온전류를 감지하는 종래의 화염감지봉(프레임로드)을 사용할 수 없어 고가의 온도감지장치나 UV감지장치(자외선 감지장치) 등을 사용해야 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 수소를 연료로 사용하는 가스버너에 있어서, 급기팬에 의해 공급되는 급기와 수소연료 및 연료첨가제인 탄화수소연료가 혼합된 혼합기를 연소시킴으로써, 연료첨가제의 연소에 의해 화염의 이온전류를 발생시키고, 이를 화염감지봉(프레임로드)이 감지할 수 있게 하여 적은 비용으로 버너의 안전성을 확보할 수 있는 가스버너 및 그 화염감지방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 공기가 공급되는 급기관과 연료공급관이 서로 연통되게 설치된 혼합관과, 상기 급기관의 일단에 연결된 급기팬 및 급기관의 타단에 연결되어 혼합기를 연소시키는 버너연소부로 구성되는 가스버너 있어서,

상기 혼합관에 연료첨가제가 공급되어 혼합될 수 있게 연료첨가제공급관이 연통되게 설치된다.

또한, 상기 연료첨가제공급관은 상기 연료공급관의 일측에 설치될 수 있다.

또, 상기 연료첨가제공급관은 상기 급기팬 측의 급기관의 외주면의 일측과 상기 버너연소부 측의 급기관의 외주면의 일측에 각각 설치될 수 있다.

본발명의 가스버너의 화염감지방법은 급기팬으로부터 공기가 공급되는 급기 관과 연료가 공급되는 연료공급관으로 구성된 혼합관에서 급기와 연료가 혼합되고, 상기 혼합관의 혼합기를 버너연소부에서 연소시키며, 상기 버너연소부의 화염감지부에서 화염을 감지하는 화염감지방법에 있어서,

상기 혼합관의 내측에 연료첨가제를 공급하여 연료와 혼합되어 함께 연소될 수 있게 하여, 버너연소부의 화염감지부에 구비된 화염감지봉이 화염의 이온전류를 감지하여 화염을 감지하게 한다.

한편, 상기 연료첨가제는,

상기 연료공급관에 연통되게 설치된 연료첨가제공급관을 통해 공급되게 할 수 있다.

또한, 상기 연료첨가제는,

상기 급기관과 연통되게 이격 설치된 연료첨가제공급관을 통해 공급되게 할 수 있다.

이하 본 발명에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 가스버너의 사시도를 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명의 가스버너의 급기관(10)에 연료첨가제공급관(35,36)이 설치된 것을 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 가스버너는 급기팬(1)과, 급기가 통과하는 급기관(10)과 연료를 공급하는 연료공급관(20)이 설치된 혼합관(30) 및 화염을 발생시키는 버너연소부(70)로 구성된다.

상기 급기팬(1)은 혼합관(30)의 급기관(10)의 일측 단부에 결합되어 급기관(10)에 공기를 공급하게 된다.

한편, 상기 연료공급관(20)은 연료인 수소연료를 공급하게 되며 이때, 연료첨가제공급관(25)은 연료공급관(20)과 연통되게 연료공급관(20)의 외주면 일측에 설치된다.

따라서, 연료공급방향(90)으로 연료인 수소연료가 연료공급관(20)을 통해 공급되고, 연료첨가제인 탄화수소연료(LNG, LPG, 프로판가스, 부탄가스 등)는 연료첨가제공급방향(95)으로 연료첨가제공급관(25)을 통해 공급됨으로써, 상기 연료인 수소연료와 혼합된다.

또한, 연료공급관(20)은 급기관(10)에 연통되게 외주면 일측에 설치됨으로써, 수소연료와 연료첨가제인 소량의 탄화수소연료를 혼합관(30) 내측에 공급한다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 혼합관(30)은 급기관(10)의 외주면에 연료첨가제공급관(35,36)을 이격 설치하여 연료첨가제공급방향(96)에서 내측으로 연료첨가제가 부가될 수 있게 할 수 있다.

공급되는 소량의 연료첨가제는 버너연소부(70)에서 연소시 이온화 되어 화염에 이온전류를 발생시킴으로써, 화염감지부(50)가 이온전류를 감지할 수 있게 하는 역할을 하게 된다.

한편, 버너연소부(70)는 혼합기를 연소시키는 부분으로서, 혼합기를 배출시키는 화염형성매트(60)와, 화염형성매트(60)에서 배출되는 혼합기를 점화시키는 점화장치부(40) 및 화염을 감지하는 화염감지부(50)로 구성된다.

이때, 점화장치부(40)는 점화봉(45)과 점화트랜스포머(42)로 구성되고, 화염감지부(50)는 화염감지봉(프레임로드)(55)과 이온전류측정기(52)로 구성된다.

이때, 이온전류측정기(52)는 콘트롤러(80)와 연결된다.

점화봉(45)은 고전압 방전에 의해 화염형성매트(60)에서 배출되는 혼합기를 점화시키고, 화염감지봉(55)은 착화된 화염에서 발생되는 이온전류를 감지하게 된다.

이온전류측정기(52)는 화염감지봉(55)을 통해 연료첨가제인 탄화수소연료가 연소시 발생시키는 이온전류의 크기를 감지하게 되고, 이를 콘트롤러(80)에 전송하여 콘트롤러(80)가 버너를 제어함으로써, 버너의 안전성을 확보할 수 있게 한다.

도 3과 도 4는 본발명의 가스버너의 화염감지방법의 흐름도를 나타낸 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 가스버너의 화염감지방법은 공기를 공급하는 급기(S10)와, 주연료를 공급하는 연료공급(S20) 및 연료첨가제를 공급하는 제1연료첨가제공급(S30)에 의해 혼합된 혼합기를 버너연소부(70)에서 연소(S40)하고, 버너연소부(70)의 화염감지부(50)가 화염을 감지하여 이루어진다.

먼저, 급기(S10)는 급기팬(1)으로 급기관(10)에 공기를 공급하게 된다.

한편, 연료공급(S20)은 노즐 등을 이용하여 수소연료를 연료공급관(20)을 통해 급기관(10)에 공급하는 것이며, 제1연료첨가제공급(S30)은 연료첨가제인 탄화수소연료를 연료첨가제공급관(25)을 통해 수소연료에 혼합시키는 것이다.

이때, 연료첨가제공급관(25)은 연료공급관(20)과 연통되게 설치되어 있기 때문에 연료와 연료첨가제는 서로 혼합되어 급기관(10)으로 이동하게 되고, 급기관(10)에서 공기와 혼합되어 버너연소부(70)로 이동하게 된다.

연소(S40)는 혼합관(30)을 통해 공급되는 혼합기를 버너연소부(70)의 화염형성매트(60)를 통해 배출시키고, 점화장치부(40)의 점화봉(45)을 고전압 방전시켜 화염을 발생시키는 단계이다.

한편, 화염감지(S50)는 버너연소부(70)의 화염감지부(50)의 화염감지봉(55)이 연료첨가제인 탄화수소연료의 연소시 이온화 되어 이온의 전하차이에 의해 발생되는 이온전류를 감지하여 이온전류측정기(52)로 전달함으로써, 화염의 존재 여부를 판단하게 된다.

따라서, 콘트롤러(80)는 화염에서 이온전류가 감지되면 버너가 정상작동되고 있는 것으로 판단하여 버너의 작동을 유지시키게 되며, 이온전류가 감지되지 않으면 버너가 정상적으로 작동되지 않는 것으로 판단하여 버너작동을 정지시키고 최초의 급기(S10) 이전 상태로 돌아간다.

도 4는 급기관(10)에 제2연료첨가제공급(S35)을 하는 실시 예를 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이, 본발명의 가스버너의 화염감지방법은 급기관(10)에 연료첨가제를 공급하는 제2연료첨가제공급(S35)을 통해 연료첨가제인 탄화수소연료를 급기관(10) 내측으로 공급하여 급기에 직접 혼합시킴으로써, 보다 균일한 혼합기를 형성시킬 수 있다.

한편, 화염에서 발생되는 이온전류는 연료첨가제의 농도에 따라 그 크기가 다르게 나타나게 되며, 실제 측정데이터는 다음의 [표 1] 내지 [표 3]과 같다.

<표 1> 이온전류 측정값(당량비 0.2)

연료첨가제	전체연료 중 연료첨가제(탄화수소연료)의 농도(%)	이온전류(㎂)
도시가스	0.0	0.0
	10.5	0.5
	13.3	1.0
	16.4	2.0
	21.2	5.0
LPG	0.0	0.0
	2.5	0.1

<표 2> 이온전류 측정값(당량비 0.5)

연료첨가제	전체연료 중 연료첨가제(탄화수소연료)의 농도(%)	이온전류(㎂)
도시가스	0.0	0.0
	1.7	0.5
	2.0	1.0
	2.3	2.0
	3.9	5.0
LPG	0.0	0.0
	0.9	0.5
	1.0	1.0
	1.4	2.0
	1.9	5.0

<표 3> 이온전류 측정값(당량비 0.75)

연료첨가제	전체연료 중 연료첨가제(탄화수소연료)의 농도(%)	이온전류(㎂)
도시가스	0.0	0.0
	0.6	0.5
LPG	0.0	0.0
	0.2	0.5

상기 표1,2,3은 가장 일반적인 탄화수소 연료인 도시가스와 LPG를 연료첨가제로 사용하여 그 공급량에 따라 화염에서 발생되는 이온전류를 측정한 값이다.

<표 1>은 당량비가 0.2로서 상대적으로 연료량에 비해 공기량이 많이 공급되는 조건하에서 연료첨가제 공급량에 따른 이온전류의 크기를 나타낸 것이다.

연료첨가제의 공급량 증가에 따라 이온전류 값도 증가하는 것을 볼 수 있다.

<표 2>는 당량비가 0.5로서, 당량비가 0.2인 [표 1]의 경우에 비해 상대적으 로 연료량에 비해 공기량이 적은 조건으로서, 당량비가 0.2인 경우 보다 적은 보조연료의 공급으로도 높은 이온전류값이 나오는 것을 나타내고 있다.

<표 3>은 당량비가 0.75로서 상기 [표 1],[표 2]에 비해 연료량에 비해 상대적으로 더 적은 공기량이 혼합되는 조건으로서, 상당히 적은 연료첨가제의 공급으로도 높은 이온전류값이 나오는 것을 나타내고 있다.

또한, 표1,2,3에서 나타낸 것과 같이, 도시가스의 주성분인 메탄에 비해 LPG의 주성분인 프로판에 보다 많은 탄소와 수소원자가 존재하여 연소과정 중에서 발생하는 이온의 수가 많아 같은 조건하에서 도시가스 보다 LPG의 경우가 더 큰 이온전류값을 나타내는 것을 알 수 있다.

그러므로, 연료첨가제인 탄화수소연료의 공급량이 증가할 수록, 수소연료에 비해 공기의 양이 적을 수록, 이온전류 값은 높게 나타나는 것을 알 수 있고, 화염감지단계(S50)에서 화염감지부(50)가 이러한 이온전류를 감지하여 화염의 존재여부를 확인할 수 있게 된다.

따라서, 혼합기는 급기팬(1)에 의해 공급되는 공기와, 연료공급관(20)을 통해 공급되는 수소연료 및 연료첨가제공급관(25)을 통해 공급되는 소량의 탄화수소연료가 혼합관(30)에서 혼합되어 형성되며, 연소(S40)는 버너연소부(70)의 점화봉(45)의 고전압 방전에 의해 이루어진다.

이때, 화염감지(S50)는 혼합기가 연소될 때 연료첨가제인 탄화수소연료에 의해 발생되는 이온전류를 감지하여 이온전류측정기(52)로 전송하게 되고, 이온전류측정기(52)는 감지된 이온전류의 측정치를 콘트롤러(8)에 전송함으로써, 버너의 화 염감지 및 안전성을 확보하게 되는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 수소를 연료로 사용하는 가스버너에 있어서, 수소연료를 공급함과 동시에 연료첨가제인 탄화수소 연료를 공급하여 연소시킴으로써, 연료첨가제에 의해 발생되는 이온전류를 화염감지부가 감지하여 화염의 존재을 판단할 수 있게 함으로써, 화염감지를 위해 고가의 온도감지장치나, UV감지장치를 사용할 필요가 없어 제작비용을 절감할 수 있고, 적은 비용으로 버너의 안전성을 확보할 수 있을 뿐 아니라, 연료첨가제의 양을 조절하여 이온전류의 크기를 조절함으로써, 수소연료 가스버너의 다양한 운전조건에서 안정적인 화염감지가 가능하여 버너의 안전성을 유지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 공기가 공급되는 급기관(10)과 연료공급관(20)이 서로 연통되게 설치된 혼합관(30); 상기 급기관(10)의 일단에 연결된 급기팬(1); 및 급기관(10)의 타단에 연결되어 혼합기를 연소시키는 버너연소부(70); 로 구성되는 가스버너 있어서,

   상기 혼합관(30)에,

   연료첨가제가 공급되어 혼합될 수 있게 연료첨가제공급관(25,35,36)이 연통되게 설치된 것을 특징으로 하는 가스버너.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 연료첨가제공급관(25)은,

   상기 연료공급관(20)의 일측에 설치된 것을 특징으로 하는 가스버너.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 연료첨가제공급관(35)은,

   상기 급기팬(10) 측의 급기관(10)의 일측에 설치되고,

   상기 연료첨가제공급관(36)은,

   상기 버너연소부(70) 측의 급기관(10)의 일측에 설치된 것을 특징으로 하는 가스버너.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 연료첨가제는 천연가스, LNG, LPG, 프로판가스, 부탄가스 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 가스버너.
5. 급기팬(1)으로부터 공기가 공급되는 급기관(10)과 연료가 공급되는 연료공급관(20)으로 구성된 혼합관(30)에서 급기와 연료가 혼합되고, 상기 혼합관(30)의 혼합기를 버너연소부(70)에서 연소시키며, 상기 버너연소부(70)의 화염감지부(50)에서 화염을 감지하는 화염감지방법에 있어서,

   상기 혼합관(30)의 내측에 연료첨가제를 공급하여 연료와 혼합되어 함께 연소될 수 있게 하여, 버너연소부(70)의 화염감지부(50)에 구비된 화염감지봉(55)이 화염의 이온전류를 감지하여 화염을 감지하게 하는 것을 특징으로 하는 화염감지방법.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 연료첨가제는,

   상기 연료공급관(20)에 연통된 연료첨가제공급관(25)을 통해 공급되게 한 것을 특징으로 하는 화염감지방법.
7. 제 5항에 있어서,

   상기 연료첨가제는,

   상기 급기관(10)과 연통되게 이격 설치된 연료첨가제공급관(35,36)을 통해 공급되게 한 것을 특징으로 하는 화염감지방법.

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