KR20130052868A

KR20130052868A - 내외염 복합식 다단 버너

Info

Publication number: KR20130052868A
Application number: KR1020110118181A
Authority: KR
Inventors: 최진민
Original assignee: 최진민
Priority date: 2011-11-14
Filing date: 2011-11-14
Publication date: 2013-05-23
Also published as: CN103492806A; WO2013073772A1; RU2013146204A; KR101310535B1; EP2781835A1; EP2781835A4

Abstract

본 발명은 외측 버너와 상기 외측 버너의 내측 중심에 배치된 내측 버너를 이용한 내외염 복합식 다단 버너에 관한 것으로, 특히 외측 버너가 내측을 향해 발생시킨 내염과 내측 버너가 외측을 향해 발생시킨 외염을 이용하여 복합적으로 화염을 제공함에 따라 턴다운비와 비례 제어 특성을 향상시킴은 물론, 안정적인 점화와 완전 연소를 가능하게 하는 내외염 복합식 다단 버너에 관한 것이다.

Description

내외염 복합식 다단 버너{The inner and outer flame composite type multistage burner}

본 발명은 외측 버너와 상기 외측 버너의 내측 중심에 배치된 내측 버너를 이용한 내외염 복합식 다단 버너에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 외측 버너가 내측을 향해 발생시킨 내염과 내측 버너가 외측을 향해 발생시킨 외염을 이용하여 복합적으로 화염을 제공함에 따라 턴다운비와 비례 제어 특성을 향상시킴은 물론, 안정적인 점화와 완전 연소를 가능하게 하는 내외염 복합식 다단 버너에 관한 것이다.

일반적으로 가스보일러에 사용되는 버너는 버너의 형상에 따라 원통형 버너와 평판형 버너로 나눌 수 있는데, 그 중 원통형 버너는 한국등록특허 제681345호 등에 개시되어 있는 바와 같이 안정된 열 흡수 분포를 가능하게 해 연소를 최적화ㆍ안정화시키는 것으로 알려져 있다.

한편, 이와 같은 가스보일러에는 당해 보일러에서 요구되는 난방부하에 따라 턴다운비(TDR: Turn-Down Ratio)가 설정된다. 턴다운비란 가스의 양이 가변 조절되는 가스연소장치에 있어서 '최대 가스 소비량 대 최소 가스 소비량의 비'를 말한다.

예를 들면 최대 가스 소비량이 30,000kcal/h이고 최소가스소비량이 6,000kcal/h인 경우 턴다운비는 5:1이 되며, 이러한 턴다운비는 안정된 화염을 유지하기 위한 최소가스소비량을 얼마나 낮게 조절할 수 있는지 여부에 따라 제한된다.

가스보일러의 경우 턴다운비가 클수록 보일러의 제어가 편리하게 된다. 즉, 연소 초기에는 빠른 시간 내에 목표 난방온도에 도달하기 위해 최대의 화력으로 연소를 수행하지만, 목표 난방온도에 가까이 도달하게 되면 점차 버너에 공급하는 가스량을 줄여 연소를 수행할 수 있다.

따라서, 한국등록특허 제851226호 '다단구조의 원통형 버너를 구비한 연소장치'에서는 원통형 버너가 구비된 가스보일러에서 혼합기를 연소실로 균일하게 분배하는 분배판을 다단구조로 형성하고 상기 다단구조의 분배판에 혼합기를 각각 독립적으로 채택함으로써 버너의 턴다운비를 향상시키는 기술을 제안하고 있다.

그러나, 이상과 같은 종래 기술은 버너에 구비된 분배판을 다단구조로 하고 있기는 하지만 여전히 하나의 버너를 사용하는 것이고, 그 하나의 버너에서 턴다운비를 높일 수 있도록 하는 것이기 때문에 턴다운비를 향상시키기에는 근본적으로 한계가 있고 정밀하게 비례 제어하기도 어렵다는 문제점이 있었다.

즉, 오직 하나의 버너만으로 제공할 수 있는 최소 가스 소비량과 최대 가스 소비량에는 제한이 있으므로 하나의 버너로 턴다운비를 높이기에는 근본적으로 한계가 있고, 하나의 다단구조 분배판에 혼합기를 각각 연결하고 이 혼합기를 독립적으로 제어하는 방식으로는 정밀한 비례 제어가 어렵다는 문제점이 있었다.

또한, 하나의 버너에 연료 가스를 공급하고 점화하여 연소시키면 종래부터 문제되어 오던 불완전 연소의 문제점을 계속해서 갖고 있고, 점화시에는 급격한 연소로 인한 폭발점화의 문제점을 계속해서 갖고 있었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 외측 버너와 내측 버너를 구비하고, 외측 버너가 내측을 향해 발생시킨 내염과 내측 버너가 외측을 향해 발생시킨 외염을 이용하여 복합적으로 화염을 제공함에 따라, 턴다운비와 비례 제어 특성을 향상시킴은 물론, 안정적인 점화와 완전 연소를 가능하게 하는 내외염 복합식 다단 버너를 제공하고자 한다.

이를 위해, 본 발명에 따른 내외염 복합 다단식 버너는 외측에 배치되어 내측을 향해 화염을 발생시키는 외측 버너와; 상기 외측 버너에 연료용의 1차 공기와 연료를 혼합하여 공급하는 제1 연료 공급기와; 상기 외측 버너의 내측 중심부에 배치되어 외측을 향해 화염을 발생시키는 내측 버너와; 상기 내측 버너에 연료용의 1차 공기와 연료를 혼합하여 공급하는 제2 연료 공급기; 및 상기 공급된 연료를 점화시키는 점화장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 외측 버너는 상하부가 각각 개방된 원통 형상의 외벽과; 상기 외벽보다 직경이 작은 원통 형상으로 이루어져 있어서 상기 외벽의 내측으로 일정 간격 이격 설치되고, 내측을 향해 화염을 발생시키도록 복수개의 내염 염공이 형성되어 있으며, 내측 중심부에는 상기 내측 버너가 배치되는 내벽과; 상기 외벽의 상단부와 상기 내벽의 상단부 사이에 형성되는 공간을 막는 상부 경판; 및 상기 외측 버너의 하단부 전체를 막되, 중심부에는 상기 내측 버너에 연결되는 제2 연료 공급기가 관통 설치되는 설치공이 형성되어 있고, 상기 설치공의 주변에는 상기 내측 버너와 외측 버너 사이에 연소 보조용의 2차 공기를 공급하는 2차 공기 홀이 형성되어 있는 하부 마감판;을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 하부 마감판 위에 일정 간격 이격 설치된 공기 분산판을 더 포함하되, 상기 공기 분산판은 상기 2차 공기 홀을 통과하여 상승한 공기를 분산시키는 공기 분산 홀이 다수개 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 내측 버너는 상기 내벽의 내측 중심부에 배치되되, 상부는 막혀 있고 하부에는 상기 제2 연료 공급기가 연결되어 있으며, 내부에는 유로가 구비된 버너 몸체; 및 상기 버너 몸체의 측면에 복수개 형성되어 있으며, 상기 외측 버너를 바라보는 외측을 향해 화염을 발생시키는 외염 염공;을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 연료 공급기는 상기 외측 버너의 측부에 연결되어 있고, 상기 제2 연료 공급기는 상기 외측 버너의 하부를 통해 상기 내측 버너에 연결되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 연료 공급기는 상기 외측 버너의 하부에 연결되어 있고, 상기 제2 연료 공급기는 상기 제1 연료 공급기의 내부를 관통하여 상기 내측 버너에 연결되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 점화장치는 상기 내측 버너와 외측 버너 사이의 연소실에 설치되어 상기 내측 버너 또는 외측 버너 중 어느 하나를 점화시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 연료 공급기와 제2 연료 공급기를 제어하는 제어부를 더 포함하되, 상기 제어부는 상기 제1 연료 공급기와 제2 연료 공급기를 각각 독립적으로 제어하여, 상기 제1 연료 공급기를 통해서만 연료를 공급하거나, 상기 제2 연료 공급기를 통해서만 연료를 공급하거나, 또는 상기 제1 연료 공급기와 제2 연료 공급기 모두를 통해 연료를 공급하도록 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어부는 상기 제1 연료 공급기와 제2 연료 공급기를 통해 공급되는 연료의 공급량을 제어(턴다운비: Turn-Down ratio)하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어부는 상기 제2 연료 공급기를 통해 먼저 연료가 공급된 후 상기 제1 연료 공급기를 통해 연료가 공급되도록 제어함으로써, 상기 점화장치가 작동함으로써 상기 내측 버너에서 발생한 화염을 이용하여 상기 외측 버너를 점화시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 점화장치는 상기 내측 버너만을 점화시키도록 상기 내측 버너에 근접 설치되어, 점화시 상기 내측 버너에서 발생한 외염을 이용하여 상기 외측 버너를 점화시키는 것이 바람직하다.

이상과 같은 본 발명에 따른 내외염 복합식 다단 버너에 의하면, 외측 버너와 내측 버너를 구비하여 상기 외측 버너가 내측을 향해 발생시킨 내염과 내측 버너가 외측을 향해 발생시킨 외염을 이용하여 복합적으로 화염을 제공할 수 있게 한다.

따라서, 최소 화력(최소 가스 소비량)은 더욱 낮추고 최대 화력(최대 가스 소비량)은 더욱 높여 턴다운비를 높일 수 있고, 내측 버너와 외측 버너를 선택적으로 작동시켜 비례 제어를 용이하게 하고, 내염과 외염이 서로에 대해 연소작용을 향상시키는 역할을 하여 완전 연소를 가능하게 하며, 소용량의 내측 버너를 먼저 점화시키고 이를 통해 대용량의 외측 버너를 점화시키면 폭발점화를 방지할 수 있게 한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 내외염 복합식 다단 버너를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 내외염 복합식 다단 버너를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 내외염 복합식 다단 버너를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 내외염 복합식 다단 버너를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 내외염 복합식 다단 버너를 나타낸 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 내외염 복합 다단식 버너에 대해 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 내외염 복합식 다단 버너(100)는 외측에 배치되어 내측을 향해 화염을 발생시키는 외측 버너(110)와, 상기 외측 버너(110)에 연료인 혼합 가스를 공급하는 제1 연료 공급기(120)와, 상기 외측 버너(110)의 내측 중심부에 배치되어 외측을 향해 화염을 발생시키는 내측 버너(130) 및 상기 내측 버너(130)에 연료인 혼합 가스를 공급하는 제2 연료 공급기(140)를 포함한다.

또한, 이상과 같이 제1 연료 공급기(120)나 제2 연료 공급기(140)로부터 제공된 혼합 가스를 점화시키기 위한 점화장치(미도시)를 포함하며, 점화장치에 의해 점화가 이루어지면 외측 버너(110)는 내측을 향해 화염을 발생시키므로 '내염'을 발생시키고, 내측 버너(130)는 외측을 향해 화염을 발생시키므로 '외염'을 발생시킨다.

단, '내염'과 '외염'이라는 정의는 혼합 가스의 연소시 불꽃이 향하는 최초의 방향을 기준으로 하는 것이며, 이와 같은 내측와 외측으로 각각 분출되기 시작한 내염과 외염은 화염의 특성상 그 후에는 당연히 상측으로 상승할 것임은 자명하다.

또한, 내측 버너(130)와 외측 버너(110)의 점화나 혼합 가스의 공급 여부 및 공급량 등을 조절하는 제어부(150)를 포함하고, 상기 제어부(150)에 의해 본 발명에 따른 내외염 복합 다단 버너(100)를 부하에 따라 적응적으로 제어할 수 있게 한다.

좀더 구체적으로 설명하면, 외측 버너(110)는 다단으로 이루어진 본 발명의 버너 중 외측에 배치되며, 내측 버너(130)에 비해 상대적으로 큰 출력을 갖는 것으로 상기 내측 버너(130)를 향해 내염을 분출한다.

이러한 외측 버너(110)는 상하부가 각각 개방된 원통 형상의 외벽(111)과, 상기 외벽(111)의 내측 방향으로 일정 간격 이격 설치된 내벽(112)과, 외벽(111)의 상단부와 내벽(112)의 상단부 사이를 막는 상부 경판(113) 및 상기 외측 버너(110)의 하단부 전체를 막는 하부 마감판(114)을 포함한다.

내벽(112)은 외벽(111)보다 직경이 작은 원통 형상으로 이루어져 있어서 서로 이격된 내벽(112)과 외벽(111) 사이에 제1 연료 공급기(120)로부터 공급된 혼합 가스가 유동하는 공간을 형성하고, 벽면에는 원주 방향을 따라 복수개의 내염 염공(112a)이 형성되어 있어서 이를 통해 혼합 가스가 분출된다.

단, 내벽(112)의 외주면에는 메쉬 및 다공판(도 2의 112b)을 순차적으로 적층시켜 놓음으로써 외벽(111)과 내벽(112) 사이의 유로를 통해 공급된 혼합 가스를 더욱 균일하게 분산시키는 것이 바람직하다.

메쉬에는 세밀한 구멍이 복수개 형성되어 있고, 다공판에는 복수개의 관통공이 형성되어 있어서 상기 메쉬를 고정하는 용도로 사용할 수 있게 한다. 이러한 메쉬와 다공판은 본 출원인이 출원한 한국등록특허 제681345호에 좀더 상세히 기재 되어 있다.

상부 경판(113)은 외벽(111)과 내벽(112)의 상단부 사이를 밀폐하도록 고정되어 있고, 소정 깊이를 갖는 안착 홈이 형성되어 있어서 원통 형상의 열교환기(미도시)가 직접 끼워져 설치되는 받침대 역할을 한다. 따라서, 별도의 열원 급기구나 열교환기 설치구를 불필요하게 하여 보일러의 구조가 간단해지도록 한다.

하부 마감판(114)은 외벽(111)의 하단부와 내벽(112)의 하단부 사이뿐만 아니라 당해 외측 버너(110)의 하단부 전체를 막도록 구성되며, 중심부에는 설치공(H)이 형성되어 있고, 상기 설치공(H)의 주변에는 2차 공기 홀(114a)이 원주 방향을 따라 형성되어 있다.

따라서, 설치공(H)을 통해서는 내측 버너(130)에 연결되는 제2 연료 공급기(140)가 관통 설치되고, 2차 공기 홀(114a)을 통해서는 내측 버너(130)와 외측 버너(110) 사이에 연소 보조용의 2차 공기를 공급할 수 있게 한다.

2차 공기는 연료인 혼합 가스(가스 + 연료용 1차 공기)를 연소시 완전 연소에 필요한 적절한 양의 공기를 공급함으로써 완전 연소를 보조하는 것으로, 2차 공기 홀(114a)을 통과하여 상승한 후 내측 버너(130)와 외측 버너(110) 사이의 공간부인 연소실까지 도달된다.

하부 마감판(114)이 외측 버너(110)의 하단부 전체를 막도록 구성된 이유는 2차 공기 홀(114a)을 통해서만 적정량의 2차 공기가 공급되도록 하고, 제2 연료 공급기(140)는 설치공(H)을 통해 설치되도록 하는 것이 바람직하기 때문이므로, 이러한 점을 고려하지 않는다면 다른 구조도 채택할 수 있다.

또한, 하부 마감판(114)의 위쪽에 공기 분산 홀(115a)이 다수개 형성되어 있는 공기 분산판(115)을 더 설치하면, 2차 공기 홀(114a)을 통해 상승한 공기가 공기 분산 홀(115a)에 의해 더욱 분산되므로 연소실 전체에 균일하게 공급될 것이다.

이를 위해 보통 공기 분산 홀(115a)의 갯수가 2차 공기 홀(114a)보다는 많고 공기 분산 홀(115a) 각각의 크기는 2차 공기 홀(114a)보다 상대적으로 작게 형성된다.

제1 연료 공급기(120)는 연료용의 1차 공기와 가스가 혼합된 혼합 가스를 외측 버너(110)로 공급하는 것으로, 일 예로서 제1 벤츄리관(121)과, 상기 제1 벤츄리관(121)에 결합된 제1 노즐(122) 및 상기 제1 벤츄리관(121)의 측부에 관통 형성된 제1 공기 홀(123)을 포함한다.

제1 벤츄리관(121)은 외측 버너(110)의 하부(즉, 하면)에 연결되고, 제1 벤츄리관(121)의 개방된 단부는 외벽(111)과 내벽(112) 사이의 빈 공간인 유로와 연통되도록 되어 있다.

따라서, 도 2에 화살표(실선)로 표시한 바와 같이 외측 버너(110)의 하측을 통해 공급된 혼합 가스가 외측 버너(110)의 측부까지 유동한 다음 다공판, 메쉬 및 내염 염공(112a)을 순차적으로 통과하여 분출된다. 2차 공기 홀(114a)은 하부 마감판(114)의 일부분에만 형성되어 있으므로 혼합 가스가 2차 공기 홀(114a)이 없는 부분을 통해 상측까지 유동된다.

제1 노즐(122)은 상기 제1 벤츄리관(121)의 측부에 구비된 분기관에 설치되어 가스를 공급하고, 제1 공기 홀(123)은 상기 분기관에 관통 형성되어 있어서 연료용의 1차 공기가 유입되므로, 상기 1차 공기와 가스가 혼합된 혼합 가스가 외측 버너(110)에 공급된다.

내측 버너(130)는 외측 버너(110)의 내측 방향 중심부(정확히는 내벽(112)의 내측 방향 중심부)에 배치되어 있어서 상기 외측 버너(110)를 바라보는 외측 방향으로 외염을 발생시키는 것으로, 몸체(131)와 상기 몸체(131)의 측면을 따라 형성된 외염 염공(132)을 포함한다.

몸체(131)는 일 예로 도시한 바와 같이 속이 빈 원통 형상으로 이루어져 있으며, 상부는 막혀 있고 하부에는 제2 연료 공급기(140)가 연결되어 있다. 따라서, 제2 연료 공급기(140)로부터 공급된 혼합 가스가 몸체(131) 내부의 유로를 거친 후 외염 염공(132)을 통해 배출되게 한다.

외염 염공(132)은 몸체(131)의 원주 방향 전체를 따라서 혼합 가스를 균일하게 공급하며, 내측 버너(130)는 외측 버너(110)보다 상대적으로 작아서, 내측 버너(130)의 몸체(131)에 외염 염공(132)을 형성하면 외측 버너(110)의 내염 염공(112a)보다 개수가 적게 된다. 따라서, 내측 버너(130)는 외측 버너(110)보다 출력(용량 혹은 화염 분출량)이 작은 것으로 사용할 수 있게 된다.

제2 연료 공급기(140)는 연료용의 1차 공기와 가스로 이루어진 혼합 가스를 내측 버너(130)에 공급하는 것으로, 일 예로서 제2 벤츄리관(141)과, 상기 제2 벤츄리관(141)에 결합된 제2 노즐(142) 및 상기 제2 벤츄리관(141)의 측부에 관통 형성된 제2 공기 홀(143)을 포함한다.

제2 벤츄리관(141)은 외측 버너(110)의 하부(즉, 하면)를 통해 관통 설치되고, 제2 벤츄리관(141)의 개방된 단부가 내측 버너(130)의 몸체(131)에 연결되어 있어서, 혼합 가스를 내측 버너(130)에 공급한다.

특히, 제2 벤츄리관(141)은 제1 벤츄리관(121)의 직경보다 작아서 제1 벤츄리관(121)의 내부에 삽입된 상태에서 이상과 같이 내측 버너(130)에 연결된다. 이상과 같이 제1 벤츄리관(121)과 제2 벤츄리관(141)을 이중관처럼 구성하면, 제1 벤츄리관(121)은 외측 버너(110)의 측부에 설치하고 제2 벤츄리관(141)은 외측 버너(110)의 하부에 설치하는 경우보다 버너의 크기가 작아지게 된다.

제2 노즐(142)은 상기 제2 벤츄리관(141)의 단부에 설치되어 가스를 공급하고, 제2 공기 홀(143)은 제2 벤츄리관(141)의 측부에 관통 형성되어 있어서 연료용의 1차 공기가 유입되므로, 상기 1차 공기와 가스가 혼합된 혼합 가스가 내측 버너(130)에 공급된다.

다만, 이상에서는 제1 연료 공급기(120)와 제2 연료 공급기(140)가 각각 벤츄리관(121, 141)과, 노즐(122, 142) 및 공기 홀(123, 143)로 이루어진 것을 예로 들었지만, 이미 공지된 바와 같이 연료 공급기는 다양한 구조가 제시되어 있으므로, 제2 벤츄리관(141)이 제1 벤츄리관(121) 내부에 배치되어 있는 것을 제외하면 그 외 다른 변형도 본 발명에 적용 가능할 것이다.

예컨대, 제1 공기 홀(123)이나 제2 공기 홀(143)을 별도로 형성하지 않더라도 1차 공기와 가스를 예혼합한 혼합 가스를 제1 노즐(122)이나 제2 노즐(142)을 통해 직접 공급하거나, 제1 노즐(122)을 제1 벤츄리관(121)의 분기관에 설치하는 대신 제1 벤츄리관(121)의 내주면과 제2 벤츄리관(141)의 외주면 사이에 끼워 설치하고 분기관을 불필요하게 하는 구성도 적용 가능할 것이다.

점화장치(미도시)는 외측 버너(110)의 내염 염공(112a)을 통해 분출된 혼합가스나 내측 버너(130)의 외염 염공(132)을 통해 분출된 혼합가스를 점화시켜 혼합가스가 연소되게 하는 것으로, 보통은 이그니터(ignitor) 등 전기에 의해 스파크를 발생시키는 방식이 사용된다.

이러한 점화장치는 외측 버너(110)와 내측 버너(130) 사이의 빈 공간인 연소실에 설치되는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 도시를 생략하였지만 점화장치 자체는 이미 공지된 것으로서 한국등록특허 제681345호를 비롯하여 다양한 문헌에 상세히 설명되어 있다.

제어부(150)는 내측 버너(130)와 외측 버너(110)의 점화나 혼합 가스의 공급 여부 및 공급량 등을 조절하는 것으로, 본 발명에 따른 내외염 복합 다단 버너(100)를 부하의 용량에 따라 적응적으로 제어한다.

예컨대, 제어부(150)는 제1 연료 공급기(120)와 제2 연료 공급기(140)를 각각 독립적으로 제어하여, 제1 연료 공급기(120)를 통해서만 연료를 공급하거나, 제2 연료 공급기(140)를 통해서만 연료를 공급하거나, 또는 제1 연료 공급기(120)와 제2 연료 공급기(140) 모두를 통해 연료를 공급하도록 제어함으로써 부하의 용량에 따른 비례제어를 한다.

또한, 제어부(150)는 제1 연료 공급기(120)와 제2 연료 공급기(140)를 통해 공급되는 연료의 공급량을 부하에 따라 늘리거나 줄이는 미세 제어를 함으로써 내측 버너(130)와 외측 버너(110) 각각의 턴다운비(Turn-Down ratio)를 조절함은 물론 내측 버너(130)와 외측 버너(110) 전체의 턴다운비를 조절한다.

또한, 제어부(150)는 제2 연료 공급기(140)를 통해 먼저 연료가 공급된 후 제1 연료 공급기(120)를 통해 연료가 공급되도록 제어함으로써, 점화장치를 이용하여 소용량인 내측 버너(130)를 먼저 점화시키고, 내측 버너(130)에서 전 방향으로 균일하게 분출되는 외염을 이용하여 대용량인 외측 버너(110)를 점화시킬 수 있게 한다.

이상과 같이, 본 발명은 제어부(150)에 의해 외측 버너(110)와 내측 버너(130) 중 어느 하나(바람직하게는 외측 버너에 비해 상대적으로 소형인 내측 버너)를 작동시키는 경우에는 종래에 비해 최소 화력(최소 가스 소비량)을 더욱 낮출 수 있게 한다.

또한, 외측 버너(110)와 내측 버너(130)를 모두 작동시킴으로써 2개 버너로 이루어진 다단 버너로 사용하는 경우에는 외측 버너(110)와 내측 버너(130)의 화력이 합해지므로 종래보다 최대 화력(최대 가스 소비량)을 더욱 높일 수 있게 한다.

즉, 본 발명은 가스의 양이 가변 조절되는 가스 버너에 있어서 '최대 가스 소비량 대 최소 가스 소비량의 비'인 턴다운비를 높일 수 있게 한다.

또한, 제어부(150)는 외측 버너(110)와 내측 버너(130)에 공급되는 혼합 가스의 량을 각각 조절할 수 있으므로, 외측 버너(110)의 턴다운비나, 내측 버너(130)의 턴다운비, 혹은 외측 버너(110)와 내측 버너(130)를 합한 다단 버너의 턴다운비를 자유롭게 조절이 가능하므로 비례제어 특성을 향상시킬 수 있게 한다.

예컨대, 전체 염공 면적 비율 100% 대비 내염 염공(112a)의 면적 비율이 70%이고 외염 염공(132) 면적 비율이 30%라면(그 외 65% 대 35% 등 다른 비율도 가능함), 외측 버너(110)만을 사용하여 70%로 가동하거나, 내측 버너(130)만을 사용하여 30%로 가동하거나, 혹은 외측 버너(110)와 내측 버너(130)를 모두 사용하여 100%로 가동할 수 있고, 이때 각각의 버너(110, 130)에 공급되는 혼합 가스 공급량을 조절한다면, 턴다운비는 높이면서도 정밀한 비례제어를 가능하게 한다.

또한, 외측 버너(110) 내부의 빈 공간에 내측 버너(130)를 설치함으로써 버너 전체의 크기는 변하지 않으면서도 다단 버너를 구성함은 물론, 1개소에 구비된 2차 공기 홀(114a)을 통해 외측 버너(110)와 내측 버너(130) 사이에 2차 공기를 공급하므로 버너 전체의 크기가 커지는 것을 방지할 수 있게 된다.

또한, 제1 연료 공급기(120)의 제1 벤츄리관(121) 내부에 제2 연료 공급기(140)의 제2 벤츄리관(141)을 삽입 설치하므로, 제1 벤츄리관(121)은 외측 버너(110)의 측부에 설치하고, 제2 벤츄리관(141)은 외측 버너(110)의 하부에 설치하는 경우보다 버너 전체의 폭이 커지는 것을 방지할 수 있게 한다.

또한, 외측 버너(110)의 내염이 불완전 연소된 경우에는 내측 버너(130)의 외염에 의해 완전 연소가 이루어지고, 반대로 내측 버너(130)의 외염이 불완전 연소된 경우에는 외측 버너(110)의 내염에 의해 완전 연소가 이루어지므로 전체적으로 불완전 연소를 방지한다.

또한, 점화장치를 이용하여 비교적 소용량(저출력)인 내측 버너(130)를 먼저 점화시키고, 상기 내측 버너(130)에서 균일하게 분출 중인 외염으로 외측 버너(110)에서 분출 중인 연료를 점화시키므로 폭발점화를 방지하고 자연스러운 점화를 가능하게 한다.

이러한 점화를 위해, 제어부(150)가 내측 버너(130)에 먼저 혼합 가스가 공급되고 일정 시간 경과 후 외측 버너(110)에 혼합 가스가 공급되도록 제어하면, 내측 버너(130)가 먼저 연소되어 분출된 외염으로 내측 버너(130)를 점화시키는 방식이 사용될 수 있다.

물론, 점화장치가 내측 버너(130)만을 점화시킬 수 있도록 당해 점화장치를 내측 버너(130)에 근접 설치함으로써, 내측 버너(130)에서 발생한 외염으로 외측 버너(110)를 점화시키는 방식도 사용될 수 있지만, 이러한 경우에는 외측 버너(110)만을 점화시킬 수 없다는 단점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 내외염 복합 다단 버너에 대해 설명한다.

본 발명의 제2 실시예는 본 발명의 제1 실시예에 비해, 내염 버너의 몸체 형상이 다르다는 점에서 차이가 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 내외염 복합 다단 버너(100)는 외측 버너(110)와, 제1 연료 공급기(120)와, 내측 버너(130)와, 제2 연료 공급기(140) 및 점화장치 등을 포함하며, 이 점은 위에서 설명한 바와 같다.

그러나, 본 발명의 제2 실시예에서는 내측 버너(130)의 몸체(131')가 상측으로 갈수록 그 직경이 점차 작아지도록 테이퍼진 원통 형상으로 이루어져 있다.

따라서, 테이퍼진 원통 형상 몸체(131')는 일반적인 원통 형상에 비해 표면적이 작기 때문에 내측 버너(130)만을 작동시키면 최소 가스 소비량을 더욱 낮출 수 있게 되므로, 버너의 출력을 작게 줄여야 하는 경우의 제어를 더욱 편리하게 한다.

즉, 일 예로 일반적인 원통 형상의 몸체(도 2의 131)에 외염 염공(132)을 형성하면 염공 면적 비율이 전체 100% 대비 30%인 것에 비해, 테이퍼진 원통 형상의 몸체(131')에 외염 염공(132')을 형성하면 25%까지 낮출 수 있게 되므로, 최소 가스 소비량을 더욱 낮출 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 내외염 복합 다단 버너에 대해 설명한다.

본 발명의 제3 실시예는 본 발명의 제1 실시예에 비해, 외측 버너의 하부 전체를 막는 하부 마감판 중 일부분을 2차 공기판으로 대체하였다는 점과 제1 연료 공급기가 외염 버너의 측부를 통해 연결되어 있다는 점에서 차이가 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 내외염 복합 다단 버너는 외측 버너(210)와, 제1 연료 공급기(220)와, 내측 버너(230)와, 제2 연료 공급기(240) 및 점화장치 등을 포함하며, 이 점은 위에서 설명한 바와 같다.

그러나, 본 발명의 제3 실시예에서의 하부 마감판(214)은 외측 버너(210)의 하부 전체 중 외측 버너(210)의 외벽(211)과 내벽(212) 사이의 하단부만을 막고, 나머지 부분은 2차 공기 홀(2154a)이 형성되어 있는 2차 공기판(215)으로 막도록 구성되어 있다.

다만, 하부 마감판(214)과 2차 공기판(215)을 일체로 형성한다면 본 발명의 제1 실시예처럼 하나의 하부 마감판(도 2의 114)으로 외측 버너(도 2의 110)의 하부 전체를 막는 것과 실질적으로 동일한 것임은 자명할 것이다.

또한, 본 발명의 제3 실시예에서는 제1 연료 공급기(220)가 외측 버너(210)의 측부에 연결 설치되는데, 이를 위해 제1 벤츄리관(221)은 외벽(211)과 내벽(212) 사이의 유로와 연통하도록 설치되고, 제1 벤츄리관(221)에는 제2 노즐(222) 및 제2 공기 홀(223)이 구비되어 있어서 혼합 가스를 공급하도록 한다.

다만, 이러한 경우에는 제1 연료 공급기(220)의 길이 만큼 버너의 폭이 커진다는 단점이 있다.

또한, 제1 벤츄리관(221)을 따라 공급되는 혼합 가스가 수평 방향(도면 기준)으로 직진하게 되면 분산도가 낮아질 것이므로 상기 혼합 가스의 이동 방향에 대해 수직하게 배플(baffle)(216)을 설치한다.

따라서, 혼합 가스의 유동 경로를 늘려 1차 공기와 가스를 더욱 잘 혼합되고, 혼합 가스가 상승을 하면서 내염 염공(212a)에 공급되게 함으로써 내염 염공(212a) 전체에 혼합 가스가 균일하게 공급되게 하는 것이 바람직할 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제4 실시예에 따른 내외염 복합 다단 버너에 대해 설명한다.

본 발명의 제4 실시예는 본 발명의 제3 실시예에 비해, 내염 버너의 몸체 형상이 다르다는 점에서 차이가 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 내외염 복합 다단 버너는 외측 버너(210)와, 제1 연료 공급기(220)와, 내측 버너(230)와, 제2 연료 공급기(240) 및 점화장치 등을 포함하며, 이 점은 위에서 설명한 바와 같다.

그러나, 본 발명의 제2 실시예에서는 내측 버너(230)의 몸체(231')가 원통 형상으로 이루어지되, 상측으로 갈수록 그 직경이 점차 작아지도록 테이퍼진 원통 형상으로 이루어져 있다.

따라서, 테이퍼진 원통 형상의 몸체(231')는 일반적인 원통 형상에 비해 최소 가스 소비량을 더욱 낮출 수 있게 된다. 이에 대한 설명은 위에서 이미 했으므로 이하 좀더 상세한 설명은 생략한다.

이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.

따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

110, 210: 외측 버너 111, 211: 외벽
112, 212: 내벽 112a, 212a: 내염 염공
113: 213: 상부 경판 114, 214: 하부 마감판
215: 2차 공기판 120, 220: 제1 연료 공급기
130, 230: 내측 버너 131, 131', 231, 231': 몸체
140, 240: 제2 연료 공급기

Claims

외측에 배치되어 내측을 향해 화염을 발생시키는 외측 버너와;
상기 외측 버너에 연료용의 1차 공기와 연료를 혼합하여 공급하는 제1 연료 공급기와;
상기 외측 버너의 내측 중심부에 배치되어 외측을 향해 화염을 발생시키는 내측 버너와;
상기 내측 버너에 연료용의 1차 공기와 연료를 혼합하여 공급하는 제2 연료 공급기; 및
상기 공급된 연료를 점화시키는 점화장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 내외염 복합식 다단 버너.
제1항에 있어서,
상기 외측 버너는,
상하부가 각각 개방된 원통 형상의 외벽과;
상기 외벽보다 직경이 작은 원통 형상으로 이루어져 있어서 상기 외벽의 내측으로 일정 간격 이격 설치되고, 내측을 향해 화염을 발생시키도록 복수개의 내염 염공이 형성되어 있으며, 내측 중심부에는 상기 내측 버너가 배치되는 내벽과;
상기 외벽의 상단부와 상기 내벽의 상단부 사이에 형성되는 공간을 막는 상부 경판; 및
상기 외측 버너의 하단부 전체를 막되, 중심부에는 상기 내측 버너에 연결되는 제2 연료 공급기가 관통 설치되는 설치공이 형성되어 있고, 상기 설치공의 주변에는 상기 내측 버너와 외측 버너 사이에 연소 보조용의 2차 공기를 공급하는 2차 공기 홀이 형성되어 있는 하부 마감판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 내외염 복합식 다단 버너.
제2항에 있어서,
상기 하부 마감판 위에 일정 간격 이격 설치된 공기 분산판을 더 포함하되, 상기 공기 분산판은 상기 2차 공기 홀을 통과하여 상승한 공기를 분산시키는 공기 분산 홀이 다수개 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 내외염 복합식 다단 버너.
제2항에 있어서,
상기 내측 버너는,
상기 내벽의 내측 중심부에 배치되되, 상부는 막혀 있고 하부에는 상기 제2 연료 공급기가 연결되어 있으며, 내부에는 유로가 구비된 버너 몸체; 및
상기 버너 몸체의 측면에 복수개 형성되어 있으며, 상기 외측 버너를 바라보는 외측을 향해 화염을 발생시키는 외염 염공;을 포함하는 것을 특징으로 하는 내외염 복합식 다단 버너.
제1항에 있어서,
상기 제1 연료 공급기는 상기 외측 버너의 측부에 연결되어 있고, 상기 제2 연료 공급기는 상기 외측 버너의 하부를 통해 상기 내측 버너에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 내외염 복합식 다단 버너.
제1항에 있어서,
상기 제1 연료 공급기는 상기 외측 버너의 하부에 연결되어 있고, 상기 제2 연료 공급기는 상기 제1 연료 공급기의 내부를 관통하여 상기 내측 버너에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 내외염 복합식 다단 버너.
제1항에 있어서,
상기 점화장치는 상기 내측 버너와 외측 버너 사이의 연소실에 설치되어 상기 내측 버너 또는 외측 버너 중 어느 하나를 점화시키는 것을 특징으로 하는 내외염 복합식 다단 버너.
제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 제1 연료 공급기와 제2 연료 공급기를 제어하는 제어부를 더 포함하되, 상기 제어부는 상기 제1 연료 공급기와 제2 연료 공급기를 각각 독립적으로 제어하여, 상기 제1 연료 공급기를 통해서만 연료를 공급하거나, 상기 제2 연료 공급기를 통해서만 연료를 공급하거나, 또는 상기 제1 연료 공급기와 제2 연료 공급기 모두를 통해 연료를 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 내외염 복합식 다단 버너.
제8항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제1 연료 공급기와 제2 연료 공급기를 통해 공급되는 연료의 공급량을 제어(턴다운비: Turn-Down ratio)하는 것을 특징으로 하는 내외염 복합식 다단 버너.
제8항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제2 연료 공급기를 통해 먼저 연료가 공급된 후 상기 제1 연료 공급기를 통해 연료가 공급되도록 제어함으로써, 상기 점화장치가 작동함으로써 상기 내측 버너에서 발생한 화염을 이용하여 상기 외측 버너를 점화시키는 것을 특징으로 하는 내외염 복합식 다단 버너.
제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 점화장치는 상기 내측 버너만을 점화시키도록 상기 내측 버너에 근접 설치되어, 점화시 상기 내측 버너에서 발생한 외염을 이용하여 상기 외측 버너를 점화시키는 것을 특징으로 하는 내외염 복합식 다단 버너.