KR20150139800A - 예혼합장치 - Google Patents

Abstract

(과제) 유량조절밸브(6)를 끼워 설치한 가스공급로(4)의 하류단이 팬(2)의 상류측의 공기공급로(3)에 접속되어 공기공급로의 통기 저항을 대소로 전환하는 공기저항전환수단과, 가스공급로의 통기 저항을 대소로 전환하는 가스저항전환수단을 구비하는 예혼합장치에 있어서, 공기공급로의 통기 저항을 크게 할 때도 안정적으로 연료가스를 도입할 수 있음과 아울러, 혼합기체의 공연비의 분포 불균등의 발생도 방지할 수 있도록 한다.
(해결수단) 공기저항전환수단인 버터플라이밸브(7) 하류측의 공기공급로 부분에 벤튜리부(31)가 설치된다. 가스저항전환수단(8) 하류측의 가스공급로 부분에 벤튜리부를 전체 둘레에 걸쳐서 둘러싸는 가스실(41)과, 가스실(41)로부터 벤튜리부(31)의 하류측에 인접하는 공기공급로 부분의 전체 둘레에 걸쳐서 연료가스를 흡인하는 가스흡인부(42)가 설치된다.

Description

예혼합장치{PREMIXING DEVICE}

본 발명은 공기에 연료가스를 혼합하고, 혼합기체를 팬을 통하여 버너에 공급하는 예혼합장치에 관한 것이다.

종래, 이런 종류의 예혼합장치로서 특허문헌 1에 의해, 연료가스를 공급하는 유량조절밸브를 끼워 설치한 가스공급로의 하류단이 팬의 상류측의 공기공급로에 접속되어 공기공급로의 통기(通氣) 저항을 대소로 전환하는 공기저항전환수단과, 유량조절밸브보다도 하류측의 가스공급로 부분의 통기 저항을 대소로 전환하는 가스저항전환수단을 구비하는 것이 알려져 있다.

그런데 유량조절밸브로서 비례밸브를 이용할 경우는, 요구 연소량에 대응한 양의 연료가스가 공급되도록 비례밸브가 제어되고, 또한, 버너에 공급되는 혼합기체의 공연비가 일정하게 되도록 요구 연소량에 대응하여 팬 회전수가 제어된다. 단, 요구 연소량이 소정값 이하로 되어 팬 회전수가 송풍량의 비례 특성을 유지할 수 있는 하한 회전수 이하로 되거나, 비례밸브전류(비례밸브로의 통전전류)가 가스 공급량의 비례 특성을 유지할 수 있는 하한 전류 이하로 된 경우에는, 요구 연소량에 대응한 양의 공기나 연료가스를 공급할 수 없게 된다.

또, 유량조절밸브로서 2차 가스압을 대기압으로 유지하는 제로가버너(zero governor)를 이용하는 일도 있다. 이 경우, 연료가스의 공급량은 2차 가스압인 대기압과 공기공급로 내의 부압(負壓)의 차압에 대응하여 변화한다. 그리고 공기공급로 내의 부압이 팬 회전수에 대응하여 변화하기 때문에, 연료가스의 공급량은 팬 회전수 즉 공기의 공급량에 대응하여 변화한다. 따라서, 요구 연소량에 대응하여 팬 회전수를 제어함으로써, 요구 연소량에 대응한 양의 공기 및 연료가스가 버너에 공급되게 된다.

이것에서도, 팬 회전수가 송풍량의 비례 특성을 유지할 수 있는 하한 회전수 이하로 되면, 요구 연소량에 대응한 양의 공기나 연료가스를 공급할 수 없게 된다. 그로 인해, 요구 연소량이 소정값 이하로 되었을 때에, 공기저항전환수단으로 공기공급로의 통기 저항을 크게 하여 팬 회전수를 상기 하한 회전수 이하로 하지 않고, 소정값 이하의 요구 연소량에 대응한 양의 공기를 공급할 수 있도록 할 필요가 있다. 또, 공기공급로의 통기 저항을 크게 하는 것 만으로는, 공기공급로 내의 부압의 증가로 연료가스의 공급량이 요구 연소량에 대응한 양을 초과하기 때문에, 공기공급로의 통기 저항을 크게 하는데에 맞추어서 가스공급로의 통기 저항도 크게 할 필요가 있다.

그래서, 상기 종래예에서는 요구 연소량이 소정값 이하로 되었을 때에, 공기저항전환수단으로 공기공급로의 통기 저항을 크게 함과 아울러 가스저항전환수단으로 가스공급로의 통기 저항을 크게 하고, 소정값 이하의 요구 연소량에 대응한 양의 공기나 연료가스를 공급할 수 있도록 하고 있다.

여기서, 상기 종래예에서는 공기공급로를 도중에서 제 1과 제 2의 2개의 공기통로로 분기시키고 나서 합류시키고, 합류부에 제 1 공기통로로부터의 공기가 흐르는 개구를 형성한 밸브시트를 설치하며, 이 밸브시트에 착좌(着座)하여 개구를 폐색하는 밸브로 공기저항전환수단을 구성하고, 개구를 폐색하는 것에 의해 공기공급로의 통기 저항이 커지도록 하고 있다. 또, 가스공급로의 하류단을 제 2 공기통로에 접속되는 2개의 분기통로로 분기하고, 일방의 분기통로의 공기공급로에 대한 접속구를 개폐하는 밸브로 가스저항전환수단을 구성하며, 접속구를 폐색하는 것에 의해 가스공급로의 통기 저항이 커지도록 하고 있다.

그러나 이것에서는 공기공급로의 통기 저항을 크게 할 경우, 제 2 공기통로에만 공기를 흘리기 때문에, 부압이 그다지 발생하지 않고, 연료가스의 흡인력이 약하게 되어 안정된 가스도입이 곤란하게 된다. 또, 제 1 공기로에도 공기가 흐르도록 하여 공기공급로의 통기 저항을 작게 할 경우, 제 2 공기통로에만 연료가스가 도입되기 때문에, 제 1 공기통로에 흐른 공기에 연료가스가 잘 혼합되지 않고, 혼합기체의 공연비에 분포 불균등을 발생하기 쉬워진다.

특허문헌 1: 일본국 특표2014-502719호 공보

본 발명은 이상의 점에 감안하여 공기공급로의 통기 저항을 크게 할 때도 안정적으로 연료가스를 도입할 수 있음과 아울러, 혼합기체의 공연비의 분포 불균등의 발생도 방지할 수 있도록 한 예혼합장치를 제공하는 것을 그 과제로 하고 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 공기에 연료가스를 혼합하여 혼합기체를 팬을 통해서 버너에 공급하는 예혼합장치로서, 연료가스를 공급하는 유량조절밸브를 끼워 설치한 가스공급로의 하류단이 팬의 상류측의 공기공급로에 접속되어 공기공급로의 통기 저항을 대소로 전환하는 공기저항전환수단과, 유량조절밸브보다도 하류측의 가스공급로 부분의 통기 저항을 대소로 전환하는 가스저항전환수단을 구비하는 것에 있어서, 공기저항전환수단은 공기공급로 내에 회동(回動) 가능하게 설치된 버터플라이밸브로 구성되고, 버터플라이밸브의 하류측의 공기공급로의 부분에, 버터플라이밸브를 배치한 공기공급로의 부분과 동심(同心)으로, 또한, 이 부분보다도 단면적이 작은 벤튜리부가 설치되며, 가스저항전환수단의 하류측의 가스공급로의 부분에, 벤튜리부를 전체 둘레에 걸쳐서 둘러싸는 가스실과, 가스실로부터 벤튜리부의 하류측에 인접하는 공기공급로의 부분에 연료가스를 흡인하는 가스흡인부가 설치되고, 가스흡인부는 벤튜리부의 하류측에 인접하는 공기공급로의 부분의 전체 둘레에 걸쳐서 연료가스가 흡인되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 벤튜리부에서 공기의 유속이 빨라져 부압이 발생하기 때문에, 버터플라이밸브를 공기공급로의 길이 방향과 직교하는 자세로 회동하여 공기공급로의 통기 저항을 크게 할 때도, 가스흡인부로부터 안정적으로 연료가스를 흡인할 수 있다. 또, 벤튜리부는 버터플라이밸브를 배치한 공기공급로 부분과 동심이기 때문에, 벤튜리부의 전체 둘레에 걸쳐서 균등하게 부압이 발생하고, 이 부압에 의해, 가스흡인부로부터 벤튜리부의 하류측에 인접하는 공기공급로 부분의 전체 둘레에 걸쳐서 균등하게 연료가스가 흡인된다. 따라서, 혼합기체의 공연비의 분포 불균등을 방지할 수 있다.

또, 본 발명에 있어서, 버터플라이밸브의 회전 축선에 직교하는 단면 형상은 마름모형인 것이 바람직하다. 이것에 따르면, 버터플라이밸브를 공기공급로의 길이 방향과 직교하는 자세로 했을 때, 버터플라이밸브의 공기공급로 상류측을 향하는 면의 경사에 의해, 공기가 벤튜리부의 둘레 벽면을 따라서 흐르도록 안내되고, 벤튜리부의 둘레 벽면 근방에서 공기의 유속이 가장 빨라져 가스흡인부에 작용하는 부압이 커진다. 따라서, 공기공급로의 통기 저항을 크게 했을 때의 가스흡인부로부터의 연료가스의 흡인의 안정성이 한층 향상된다.

도 1은 본 발명의 실시형태의 예혼합장치를 나타내는 절단 측면도.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선으로 절단한 단면도.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선으로 절단한 단면도.
도 4는 버터플라이밸브를 폐쇄 자세로 했을 때의 벤튜리부에서의 유속 분포를 나타내는 그래프.

도 1을 참조하여, “1”은 혼합기체가 분출하여 연소하는 연소면(1a)를 가지는 전일차(全一次) 연소식 버너 등으로 이루어지는 버너이다. 버너(1)에는 팬(2)이 접속되어 있으며, 본 발명의 실시형태의 예혼합장치(A)에 의해, 공기에 연료가스를 혼합하여 혼합기체를 팬(2)을 통해서 버너(1)에 공급하도록 하고 있다.

예혼합장치(A)는 팬(2)의 상류측의 공기공급로(3)와, 연료가스를 공급하는 가스공급로(4)를 구비하고 있다. 가스공급로(4)의 상류부에는 개폐밸브(5)와 비례밸브와 제로가버너로 이루어지는 유량조절밸브(6)가 끼워 설치되어 있다. 또, 예혼합장치(A)는 공기공급로(3)의 통기 저항을 대소로 전환하는 공기저항전환수단과, 유량조절밸브(6)보다도 하류측의 가스공급로(4) 부분의 통기 저항을 대소로 전환하는 가스저항전환수단을 구비하고 있다.

도 2도 참조하여 공기저항전환수단은 공기공급로(3) 내에 축(71)을 중심으로 하여 회동 가능하게 설치된 공기공급로(3)의 직경보다도 어느 정도 작은 직경의 원판으로 이루어지는 버터플라이밸브(7)로 구성되어 있다. 버터플라이밸브(7)의 축 (71)에는 스테핑 모터 등의 액추에이터(72)가 연결되어 있다. 그리고 요구 연소량이 소정값 이하로 되었을 때에, 액추에이터(72)의 작동으로 버터플라이밸브(7)를 도 1, 도 2에 실선으로 나타내는 공기공급로(3)의 길이 방향을 따른 개방 자세로부터, 도 2에 가상선으로 나타내는 바와 같이, 공기공급로(3)의 길이 방향에 직교하는 폐쇄 자세가 되도록 회동시킨다. 폐쇄 자세에서는 공기공급로(3)의 둘레면과 버터플라이밸브(7)의 외주 사이의 틈새만을 통하여 공기가 흘러 공기공급로(3)의 통기 저항이 커진다.

가스저항전환수단은 가스공급로(4) 내에 설치한 개폐 동작 자재인 전환밸브 (8)로 구성된다. 전환밸브(8)는 가스공급로(4)를 횡단하도록 설치한 밸브시트(81)의 상방에 대향 배치된다. 밸브시트(81)에는 전환밸브(8)로 개폐되는 밸브구멍(82)과, 상시 개통하는 바이패스구멍(83)이 형성되어 있다. 그리고 전환밸브(8)를 하동 (下動)시켜서 밸브시트(81)에 착좌시켰을 때, 밸브구멍(82)이 폐색되고, 연료가스가 바이패스구멍(83)만을 통하여 흐르는 상태로 되어 가스공급로(4)의 통기 저항이 커지도록 하고 있다.

전환밸브(8)는 버터플라이밸브(7)의 회동에 동반하여 연동기구(9)를 통해서 개폐 동작된다. 이 연동기구(9)는 도 1, 도 3에 나타내는 바와 같이, 전환밸브(8)에 연결된 연결자(91)와, 연결자(91)의 상방에 대향 배치된 압압자(92)와, 버터플라이밸브(7)의 축(71)의 단부에 장착한 압압자(92)에 맞닿는 캠(93)과, 전환밸브 (8)를 연결자(91)를 통하여 상방의 개방측으로 탄지하는 리턴 스프링(94)과, 연결자(91)와 압압자(92)의 사이에 끼워 설치한 리턴 스프링(94)보다도 스프링 정수가 큰 쿠션 스프링(95)으로 구성되어 있다. 압압자(92)의 하단부에는 연결자(91)에 일체의 리턴 스프링(94)용의 스프링 받이부(91a)의 하면에 걸어 맞춤 가능한 돌기 (92a)가 형성되어 있다.

버터플라이밸브(7)를 폐쇄 자세측으로 회동하면, 압압자(92)가 캠(93)에 눌려서 하동하고, 쿠션 스프링(95)을 통하여 전달되는 압압력에 의해 연결자(91)가 리턴 스프링(94)의 탄지력에 저항하여 하부로 이동하며, 버터플라이밸브(7)가 폐쇄 자세에 도달하기 전에, 전환밸브(8)가 밸브시트(81)에 착좌하여 밸브를 폐쇄한다. 그 후, 버터플라이밸브(7)가 폐쇄 자세에 도달할 때까지의 사이에, 압압자(92)의 하동에 동반하여 쿠션 스프링(95)이 압축된다. 버터플라이밸브(7)를 폐쇄 자세에서 개방 자세측으로 회동할 때는, 버터플라이밸브(7)가 어느 정도 개방측으로 회동되어 돌기(92a)가 스프링 받이부(91a)의 하면에 걸어 맞추는 위치에 압압자(92)가 상동할 때까지 쿠션 스프링(95)의 탄지력으로 전환밸브(8)는 폐쇄 상태로 유지된다.

여기서, 버터플라이밸브(7)가 어느 정도 개방측으로 회동할 때까지는, 공기유량은 그다지 증가하지 않는다. 그로 인해, 버터플라이밸브(7)가 어느 정도 개방측으로 회동하기 전에 전환밸브(8)가 개방되어 연료가스량이 증가하면, 버너(1)에 공급되는 혼합기체가 가스 리치로 되어 불완전 연소를 발생하기 쉬워진다. 본 실시형태에서는 버터플라이밸브(7)가 어느 정도 개방측으로 회동한 곳에서 전환밸브(8)가 개방되기 시작하므로, 버너(1)에 공급되는 혼합기체는 가스 리치로 되지 않고, 불완전 연소를 확실하게 방지할 수 있다.

또, 본 실시형태의 예혼합장치(A)는 버터플라이밸브(7)의 하류측의 공기공급로(3)의 부분에 버터플라이밸브(7)를 배치한 공기공급로(3)의 부분과 동심으로, 또한, 이 부분보다도 단면적이 작은 벤튜리부(31)를 구비하고 있다. 또한, 벤튜리부 (31)에서 하류측으로 향하여 단면적이 점차 증가하는 직경확대부(32)가 설치되어 있다.

또, 가스저항전환수단인 전환밸브(8)의 하류측의 가스공급로(4)의 부분에는, 벤튜리부(31)를 둘러싸는 가스실(41)과, 가스실(41)로부터 벤튜리부(31)의 하류측에 인접하는 공기공급로(3)의 부분, 즉, 직경확대부(32)의 벤튜리부(31) 근처의 기단부에 연료가스를 흡인하는 가스흡인부(42)가 설치되어 있다. 가스흡인부(42)는 직경확대부(32)의 둘레 벽(32a)을 기단측의 일부에서 벤튜리부(31)의 둘레 벽(31a)으로부터 분리하여 직경 방향 외방을 장출(張出)시킴으로써 형성되어 있다. 그리고 가스흡인부(42)를 둘레 방향에 등간격으로 복수 형성하고, 직경확대부(32)의 기단부에 전체 둘레에 걸쳐서 연료가스가 흡인되도록 하고 있다.

본 실시형태에 따르면, 벤튜리부(31)에서 공기의 유속이 빨라져 부압이 발생하기 때문에, 버터플라이밸브(7)를 폐쇄 자세로 회동하여 공기공급로(3)의 통기 저항을 크게 할 때도, 가스흡인부(42)로부터 안정적으로 연료가스를 흡인할 수 있다. 또, 벤튜리부(31)는 버터플라이밸브(7)를 배치한 공기공급로(3)의 부분과 동심이기 때문에, 벤튜리부(31)의 전체 둘레에 걸쳐서 균등하게 부압이 발생하고, 이 부압에 의해, 가스흡인부(42)로부터 직경확대부(32)의 기단부의 전체 둘레에 걸쳐서 균등하게 연료가스가 흡인된다. 따라서, 혼합기체의 공연비에 분포 불균등을 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또, 본 실시형태에서는 도 2에 나타내는 바와 같이, 버터플라이밸브(7)를 그 회전 축선[축(71)의 중심선]에 직교하는 단면 형상이 마름모형으로 되도록 형성하고 있다. 이에 따르면, 버터플라이밸브(7)를 폐쇄 자세로 했을 때, 버터플라이밸브 (7)의 공기공급로 상류측을 향하는 면(도 2에서 하부를 향하는 면)의 경사에 의해, 공기가 벤튜리부(31)의 둘레 벽면을 따라서 흐르도록 안내된다. 그로 인해, 도 4에 나타내는 바와 같이, 벤튜리부(31)의 둘레 벽면 근방에서 공기의 유속이 가장 빠르게 되어 가스흡인부(42)에 작용하는 부압이 커진다. 따라서, 버터플라이밸브(7)를 폐쇄 자세로 했을 때, 즉, 공기공급로(3)의 통기 저항을 크게 했을 때의 가스흡인부(42)로부터의 연료가스의 흡인의 안정성이 한층 향상된다. 또한, 도 4는 벤튜리부(31)의 도 2에서 좌단과 우단의 사이에서의 공기의 유속 분포를 나타내고 있다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 실시형태에서는 가스흡인부(42)를 둘레 방향에 간격을 두고서 형성하고 있지만, 둘레 방향에 연속하도록 가스흡인부를 형성해도 좋다. 또, 상기 실시형태에서는 가스저항전환수단을 밸브구멍(82)을 개폐하는 전환밸브(8)로 구성하고 있지만, 밸브구멍의 개방도를 가변하는 니들 밸브 등으로 가스저항전환수단을 구성하는 것도 가능하다.

A: 예혼합장치
1: 버너
2: 팬
3: 공기공급로
31: 벤튜리부
4: 가스공급로
41: 가스실
42: 가스흡인부
6: 유량조절밸브
7: 버터플라이밸브
8: 전환 밸브(가스저항전환수단).

Claims (2)

1. 공기에 연료가스를 혼합하여 혼합기체를 팬을 통해서 버너에 공급하는 예혼합장치로서, 연료가스를 공급하는 유량조절밸브를 끼워 설치한 가스공급로의 하류단이 팬의 상류측의 공기공급로에 접속되어 공기공급로의 통기 저항을 대소로 전환하는 공기저항전환수단과, 유량조절밸브보다도 하류측의 가스공급로 부분의 통기 저항을 대소로 전환하는 가스저항전환수단을 구비하는 것에 있어서,
   공기저항전환수단은 공기공급로 내에 회동(回動) 가능하게 설치된 버터플라이밸브로 구성되고,
   버터플라이밸브 하류측의 공기공급로 부분에, 버터플라이밸브를 배치한 공기공급로 부분과 동심(同心)으로, 또한, 이 부분보다도 단면적이 작은 벤튜리부가 설치되며,
   가스저항전환수단 하류측의 가스공급로 부분에, 벤튜리부를 전체 둘레에 걸쳐서 둘러싸는 가스실과, 가스실로부터 벤튜리부의 하류측에 인접하는 공기공급로 부분에 연료가스를 흡인하는 가스흡인부가 설치되고, 가스흡인부는 벤튜리부의 하류측에 인접하는 공기공급로 부분의 전체 둘레에 걸쳐서 연료가스가 흡인되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 예혼합장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 버터플라이밸브의 회전 축선에 직교하는 단면 형상은 마름모형인 것을 특징으로 하는 예혼합장치.

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