KR20160134794A - 액체 연료로 작동되는 가동형 가열 디바이스를 위한 증발기 버너 - Google Patents

액체 연료로 작동되는 가동형 가열 디바이스를 위한 증발기 버너 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 액체 연료로 작동되는 가동형 가열 디바이스를 위한 증발기 버너(100)로서, 연료를 연소 공기와 혼합하여 연료-공기 혼합물을 형성하는 혼합물 준비 영역(2)과, 혼합물 준비 영역(2)에 액체 연료를 공급하는 연료 공급부(1)와, 혼합물 준비 영역(2)에 연소 공기를 공급하는 연소 공기 공급부(B), 흐름 면에서 혼합물 준비 영역(2)의 하류에 배치되고, 열이 방출되는 연료-공기 혼합물의 반응을 일으키는 반응 영역(3), 및 측벽으로부터 이격되도록 혼합물 준비 영역에서 축방향으로 연장되고, 연료 증발면 형태의 외주면을 가지며, 공급된 연소 공기가 상기 외주면 주위로 흐르게 하도록 배치되는, 액체 연료의 증발을 위한 증발기 본체(9)를 갖는 증발기 버너에 관한 것이다.

Description

액체 연료로 작동되는 가동형 가열 디바이스를 위한 증발기 버너{EVAPORATOR BURNER FOR A MOBILE HEATING DEVICE OPERATED WITH LIQUID FUEL}
본 발명은 액체 연료로 작동되는 가동형 가열 디바이스를 위한 증발기 버너 그리고 상기 타입의 증발기 버너를 갖는 가동형 가열 디바이스에 관한 것이다.
액체 연료로 작동되는 가동형 가열 디바이스에서는, 통상, 내부에서 액체 연료가 증발되고, 증발된 연료가 공급된 연소 공기와 혼합되어 연료-공기 혼합물을 형성한 후, 반응하여, 열을 방출하는 증발기 버너를 사용한다.
본 명세서에서, “가동형 가열 디바이스”는 가동 용례에서 사용하도록 설계되고 이에 대응하게 적응된 가열 디바이스를 의미하는 것으로 이해된다. 이것은 특히, 상기 가열 디바이스가 운송 가능하고(가능하게는 차량에 고정식으로 설치되거나 단순히 운송을 위해 내부에 수용됨), 예컨대 건물의 가열 시스템의 경우에서와 같이 단지 영구적인 고정식 사용을 위해서만 구성되는 것은 아니라는 것을 의미한다. 여기에서, 가동형 가열 디바이스는 또한 차량(육상 차량, 선박 등)에, 특히 육상 차량에 고정식으로 설치될 수도 있다. 상기 가동형 가열 디바이스는 특히, 예컨대 육상 차량, 배, 항공기의 차량 내부 객실의 가열을 위해 그리고 예컨대 선박에서, 특히 요트에서 확인할 수 있는 부분 개방 공간의 가열을 위해 구성될 수 있다. 가동형 가열 디바이스는 또한, 예컨대 대형 텐트, 컨테이너(예컨대 건물 컨테이너) 등에서 고정식으로 일시적으로 사용될 수도 있다. 특히, 가동형 가열 디바이스는 육상 차량, 예컨대 카라반, 캠핑카, 승합차 등을 위한 엔진 독립형 히터 또는 보조 히터로서 구성될 수 있다.
환경 측면에서 그리고 이에 관한 여러 나라의 입법 면에서, 가동형 가열 디바이스의 배기 가스 배출물을 최소화하는 것이 훨씬 더 중요해지고 있다. 특히 가동형 가열 디바이스의 증발기 버너의 경우, 여기에서는 각 경우에 가능한 가장 효율적인 방식으로 그리고 배기 가스 배출물이 적도록 다양한 외부 경계 조건 하에서 그리고 상이한 가열 출력 레벨로 작동을 구현해야만 한다는 어려움이 있다.
본 발명의 목적은 액체 연료로 작동되는 가동형 가열 디바이스를 위한 개선된 증발기 버너를 제공하고, 상기한 타입의 증발기 버너를 구비하고, 특히 다양한 외부 경계 조건 하에서 배출물이 매우 적도록 하는 작동을 허용하는 개선된 가동형 가열 디바이스를 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구항 1에 따른, 액체 연료로 작동되는 가동형 가열 디바이스를 위한 증발기 버너에 의해 달성된다. 유익한 개선은 종속항에 특정된다.
액체 연료로 작동되는 가동형 가열 디바이스를 위한 증발기 버너는 다음을 갖는다: 연료를 연소 공기와 혼합하여 연료-공기 혼합물을 형성하는 혼합물 준비 영역, 혼합물 준비 영역에 액체 연료를 공급하는 연료 공급부, 혼합물 준비 영역에 연소 공기를 공급하는 연소 공기 공급부, 흐름 면에서 혼합물 준비 영역의 하류에 배치되고, 열이 방출되는 연료-공기 혼합물의 반응을 일으키는 반응 영역, 및 측벽으로부터 이격되도록 혼합물 준비 영역에서 축방향으로 연장되고, 연료 증발면 형태의 외주면을 가지며, 공급된 연소 공기가 상기 외주면 주위로 흐르게 하도록 배치되는, 액체 연료의 증발을 위한 증발기 본체.
여기에서, 혼합물 준비 영역은, 증발기 버너의 상시 가열 작동 중에 증발된 연료와 연소 공기의 혼합은 일어나지만, 열을 방출하는 연료-공기 혼합물의 반응은 일어나지 않고, 특히 화염이 형성되지 않는 증발기 버너의 영역을 의미하는 것으로 이해된다. 반응 영역에서의 상기 연료-공기 혼합물의 반응 이전에 혼합물 준비 영역에서 연료-공기 혼합물의 유익한 준비가 이루어질 수 있다. 여기에서, 반응 영역은, 증발기 버너의 작동 중에 열을 방출하는 연료-공기 혼합물의 반응 - 특히 화염을 수반하는 연소 프로세스로 실현될 수 있음 - 이 일어나는 증발기 버너의 영역을 의미하는 것을 이해된다. 그러나, 예컨대 무화염 촉매 프로세스에서의 반응도 또한 가능하다. 증발기 본체는 측벽으로부터 이격되도록 혼합물 준비 영역에서 축방향으로 연장되도록 그리고 연료 증발면 형태의 외주면 - 공급된 연소 공기가 이 외주면 주위로 흐름 - 을 갖도록 구성되기 때문에, 매우 신뢰성 있는 액체 연료의 증발과, 연료-공기 혼합물을 형성하는 증발된 연료와 공급된 연소 공기의 혼합이 실현된다. 특히, 균질한 연료-공기 혼합물을 형성하는 유익한 혼합은 증발기 본체의 특별한 구성으로 인해 비교적 넓은 상이한 가열 출력 레벨 범위, 즉 상이한 연료 및 연소 공기 공급 비율에 대해서 실현된다. 증발기 버너의 상시 작동 중에 화염이 형성되지 않는 혼합물 준비 영역에서 미리 균질한 연료-공기 혼합물을 형성하는 것으로 인해, 흐름 면에서 하류에 배치된 반응 구역에서 오염물 배출물이 매우 적은 연소가 실현된다.
한가지 개선예에서, 증발기 본체는 혼합물 준비 영역의 후방벽에서부터 시작하여 축방향으로 연장된다. 이 경우, 액체 연료는 유리하게는 혼합물 준비 영역의 후방벽에서 연료 공급부로부터 증발기 본체로 직접 전달될 수 있다.
한가지 개선예에서, 증발기 본체는 타워형 형태이다. 특히, 여기에서는 증발기 본체가 후방벽으로부터 혼합물 준비 영역으로 타워형 형태로 돌출하는 것이 가능하다. 여기에서는, 바람직하게는 증발기 본체가 적어도, 혼합물 준비 영역의 축방향 길이 대부분에 걸쳐 연장되는 것이 가능하다. 증발기 본체의 타워형 형태는 증발기 본체의 전체 축방향 길이에 걸쳐 증발기 본체 주위에서의 연소 공기의 양호한 흐름을 허용한다.
한가지 개선예에서, 증발기 본체는 실질적으로 원통형 또는 중공형 원통형 형태이다. 이 경우에는 매우 저렴한 실시예가 가능하다. 정확히 수학적으로 원통형 또는 중공형 원통형 형태와는 대조적으로, 증발기 본체는 또한, 예컨대 반응 영역 방향으로 그 범위에 걸쳐 좁아지거나 확장될 수 있다.
한가지 개선예에서, 증발기 본체는 축방향으로 길이 L을, 그리고 축방향에 수직한 폭 B를 가지며, 상기 길이와 폭에 대해서는 L/B > 1.5, 바람직하게는 L/B > 2가 적용된다. 증발기 본체의 원통형 형태의 경우, 폭은 여기에서는 직경에 대응한다. 증발기 본체의 상이한 형상의 경우, 상기 폭은 축방향에 수직한 반경방향으로 최대 범위에 상응한다. 즉, 증발기 본체는 이 경우에, 축방향에 수직한 방향으로의 폭보다 축방향으로 훨씬 더 길다. 이러한 방식으로, 넓은 축방향 범위에 걸친 증발기 본체 주위에서의 연소 공기의 신뢰성 있는 흐름이 가능하며, 이에 의해 균질한 연료-공기 혼합물이 마련된다. 본 명세서에서, "축방향"이라는 언급은 증발기 버너의 종축에 관한 것으로 이해되어야 한다.
한가지 개선예에서, 전기 가열 및/또는 글로(glow) 요소가 증발기 본체에 배치된다. 가열 요소와 같은 실시예의 경우, 예컨대 연소 공정의 시작 단계에서 증발 프로세스를 지원하기 위한 목적으로 증발기 본체의 능동 전기 가열이 가능해진다. 글로 요소와 같은 실시예의 경우, 연료-공기 혼합물의 점화는 연소 프로세스를 시작하기 위한 목적으로 글로 요소에 의해 실현 가능하다. 조합된 가열 및 글로 요소의 경우, 양자의 기능 모두가 제공될 수 있다. 특히 글로 요소 또는 조합된 가열 및 글로 요소의 경우, 내부에서 연료-공기 혼합물의 점화를 실시하기 위해 상기 요소가 반응 영역 내로 연장되는 것이 유익하다. 전기 가열 및/또는 글로 요소는, 예컨대 증발기 본체 재료에 직접 배치될 수도 있고, 그렇지 않으면, 예컨대 그 외주면 상에 증발기 본체가 배치되는 축방향 본체에 배치될 수도 있다.
한가지 개선예에서, 축방향 본체는 혼합물 준비 영역에서 종축을 따라 연장되고, 증발기 본체는 축방향 본체의 외주면 상에 배치된다. 이 경우, 증발기 본체의 특히 안정한 위치 설정이 가능하며, 증발 프로세스를 지원하는 열에너지가 축방향 본체를 통해 증발기 본체에 공급될 수 있다.
한가지 개선예에서, 증발기 본체는 축방향 본체의 외주면에 재료간 접합된다. 이 경우, 축방향 본체로부터 증발기 본체로의 특히 양호한 열전달이 가능하다. 이 경우에는 특히 소결이나 용접, 바람직하게는 소결에 의해 밀착형 연결(cohesive connection)이 이루어질 수 있다. 밀착형 연결에 대한 대안으로서, 예컨대 고정식 나사 연결도 또한 가능하다.
한가지 개선예에서, 축방향 본체는 열전도에 의해 반응 영역으로부터 증발기 본체로 열을 공급하기 위한 열전도 요소 형태이다. 여기에서, 반응 영역으로부터 증발 프로세스까지 열을 신뢰성 있게 공급하기 위해, 축방향 본체가 바람직하게는 반응 영역 내로 또는 적어도 반응 영역에 가능한 한 근접하게 연장될 수 있다. 이 경우, 축방향 본체는 높은 열전도율을 갖는 재료로 형성되고, 특히 금속 재료로 형성될 수 있다.
한가지 개선예에서, 열전도 요소는 열전도에 의해 반응 영역으로부터 증발기 본체로 열을 공급하는 목적으로 증발기 본체에 배치된다. 여기에서, 열전도 요소는, 그 외주면 상에 증발기 본체가 배치되는 축방향 본체에 의해 형성될 수도 있고, 예컨대 대응하는 다른 열전도 요소가 증발기 본체 자체에 또는 상기 타입의 축방향 본체에 배치되는 것도 가능하다.
한가지 개선예에서, 히트 파이프(heatpipe)가 반응 영역으로부터 증발기 본체로 열을 공급하는 목적으로 증발기 본체에 배치된다. 상기 타입의 히트 파이프에 의해, 증발 및 재응결 매체를 통해 매우 양호한 열전달이 가능해지며, 이에 따라 증발 프로세스가 반응 영역으로부터의 열에 의해 매우 선별된 방식으로 지원될 수 있다.
한가지 개선예에서는, 증발기 본체의, 반응 영역을 향하는 단부 상에 커버가 마련된다. 이 경우, 증발기 본체의 페이스측 단부에서의 연료의 비제어식 탈출이 신뢰성 있게 방지될 수 있으며, 유입구에서 반응 영역으로의 흐름이 선별된 방식으로 설정될 수 있다.
한가지 개선예에서는, 천이 섹션 - 이 천이 섹션을 통해 혼합물 준비 영역이 반응 영역으로 천이함 - 에, 연소 공기의 일부를 공급하는 지원 공기 공급부가 마련된다. 이 경우, 유입구에서의 반응 영역으로의 흐름 속도의 추가의 증가와 매우 안정한 혼합물 준비가 실현된다.
한가지 개선예에서, 천이 섹션 - 이 천이 섹션을 통해 혼합물 준비 영역이 반응 영역으로 천이함 - 에는, 유출류 프로파일을 개선하기 위한 목적으로 단면 변화부가 장착된다. 이 경우, 불리한 외부 조건의 경우에도 매우 안정한 흐름 조건을 유지하는 것이 가능하다.
상기 목적은 또한 청구항 15에 따른, 상기 타입의 증발기 버너를 갖고, 액체 연료에 의해 작동되는 가동형 가열 디바이스에 의해 달성된다.
여기에서, 가동형 가열 디바이스는 바람직하게는, 엔진 독립형 히터 또는 보조 히터를 위한 차량용 가열 디바이스 형태일 수 있다.
다른 장점 및 개선점은 첨부도면을 참고로 하는 예시적인 실시예에 관한 아래의 설명으로부터 알려질 것이다.
도 1은 실시예에 따른 증발기 버너의 개략도이다.
도 2는 실시예에서 증발기 본체가 상부에 배치된 축방향 본체의 확대 개략도이다.
도 3는 제1 변형예에 따른 증발기 본체가 상부에 배치된 축방향 본체의 개략도이다.
도 4는 제2 변형예에 따른 증발기 본체의 개략도이다.
도 5는 전기 가열 요소를 지닌 제3 변형예의 개략도이다.
도 6은 전기 글로 요소를 지닌 제4 변형예의 개략도이다.
도 7은 전기 가열 및 글로 요소를 지닌 제5 변형예의 개략도이다.
도 8은 전기 가열 요소를 지닌 제6 변형예의 개략도이다.
도 9는 축방향 본체가 열전도 요소 형태인 제7 변형예의 개략도이다.
도 10은 축방향 본체가 열전도 요소 형태인 제8 변형예의 개략도이다.
도 11은 중공형 축방향 본체를 지닌 제9 변형예의 개략도이다.
도 12는 제10 변형예의 개략도이다.
도 13은 제11 변형예의 개략도이다.
도 14는 제2 실시예에 따른 증발기 버너의 개략도이다.
도 15의 a) 내지 d)는 증발기 버너의 작동을 향상시키는 지원 공기 공급부의 다양한 구성에 관한 개략도이다.
도 16의 a) 내지 e)는 천이 섹션의 다양한 개선예의 개략도이다.
도 17의 a) 내지 i)는 제2 실시예의 개선션예의 개략도이다.
제1 실시예
아래에서는, 도 1 및 도 2를 참고하여 증발기 버너의 제1 실시예를 설명하겠다.
제1 실시예에 따른 증발기 버너(100)는 액체 연료로 작동되는 가동형 가열 디바이스를 위해 구성된다. 여기에서, 증발기 버너(100)는 특히 차량용 가열 유닛을 위해, 특히 자동차의 엔진 독립형 히터 또는 보조 히터를 위해 구성된다.
증발기 버너(100)는 종축(Z)을 따라 연장된다. 증발기 버너(100)는 혼합물 준비 영역(2)을 가지며, 이 혼합물 준비 영역은 주 챔버(21), 주 챔버(21)에 인접한 협폭 영역(22) 및 협폭 영역에 인접한 천이 섹션(23)을 갖는다. 협폭 영역(22)에서는, 혼합물 준비 영역(2)의 단면이 주 흐름 방향(H)으로 좁아지고, 주 흐름 방향은 종축(Z)에 거의 평행하게 되어 있다. 개략적으로 설명되는 예시적인 실시예에서, 협폭 영역(22)의 원추형 형태는 예로써 설명되는 것일뿐, 다른 구성도 또한 가능하다. 천이 섹션(23)은, 혼합물 준비 영역(2)에 인접하고, 실시예에서 연소실 형태인, 반응 영역(3)으로의 천이부를 형성한다. 아래의 설명으로부터 더욱 상세히 알 수 있겠지만, 반응 영역(3)은 이 경우에는 흐름 면에서 혼합물 준비 영역(2)의 하류에 연결된다. 실시예에서, 천이 섹션(23)은 거의 일정한 단면을 지닌 거의 원통형 형상을 갖는다. 그러나, 천이 섹션(23)은 몇몇 다른 형상도 또한 가질 수 있다.
혼합물 준비 영역(2)의 천이 섹션(23)으로부터 반응 영역(3)으로의 천이부에는 급격한 단면 확대부가 형성된다. 이에 따라, 증발기 버너(100)로 흐르는 가스에 대해서 이용 가능한 흐름 단면이 혼합물 준비 영역(2)으로부터 반응 구역(3)으로의 천이부에서 급격히 확대된다.
증발기 버너(100)의 작동 중에는 반응 영역(3)에서, 화염을 수반하는 연소 프로세스로 열을 방출하는 연료-공기 혼합물의 반응이 일어난다. 상기 반응 중에 생성되는 연소 배기 가스(A)는 반응 영역(3)에 인접한 연소 파이프(4)를 통해, 방출된 열의 적어도 일부가 가열되는 매체(M)로 전달되는 열교환기(5)로 흐른다. 특정 예시적인 실시예에서는 상기 타입의 다른 연소 파이프(4)가 마련되지만, 상기 타입의 연소 파이프가 반드시 요구되는 것은 아니다. 예컨대 반응 영역(3)의 적당히 긴 구성의 경우에는, 여기에서 설명한 바와 같은 연소 파이프(4)의 좁은 영역을 생략하는 것도 가능하다. 개략적으로 설명한 실시예에서, 열교환기(5)는 포트(pot)형 형태이며, 고온 연소 배기 가스(A)는 열교환기(5)의 베이스 상의 연소 파이프(4) 단부에서 전환된다. 전환 후, 연소 배기 가스(A)는 연소 파이프(4)의 외측부와 열교환기(5)의 내측 쉘 사이에 형성된 흐름 챔버에서 배기 가스 유출구(6)로 흐른다.
가열되는 매체(M)는 도 1에서 화살표로 개략적으로 예시한 바와 같이, 열교환기(5)의 내측 쉘과 열교환기(5)의 외측 쉘 사이에 형성된 흐름 챔버에서 흐른다. 여기에서, 실시예에서는 최상의 가능한 열전달을 실현하기 위해, 가열되는 매체(M)는 열교환기(5)에서의 연소 배기 가스의 흐름 방향(A)과 반대로 흐른다. 가열되는 매체(M)는 특히, 예컨대 가열되는 공기나 가열되는 액체, 특히 차량의 냉각 액체 회로의 냉각 액체에 의해 형성될 수 있다. 고온 연소 배기 가스(A)로부터 가열되는 매체(M)로의 양호한 열전달을 보장하기 위해, 열교환기(5)의 내측 쉘은 높은 연전도율을 지닌 재료로 제작된다.
아래에서는, 제1 예시적인 실시예에서의 혼합물 준비 영역(2)의 구성을 보다 상세히 설명하겠다.
증발기 버너(100)는 액체 연료를 공급하는 연료 공급부(1)를 갖는다. 액체 연료는 이 경우에 특히, 차량의 내연기관의 작동에도 또한 사용되는 연료에 의해, 특히 가솔린, 디젤, 에탄올 등에 의해 형성될 수 있다. 연료 공급부(1)는 도 1에서 연료 공급 라인 및 화살표로 단지 개략적으로만 예시된다. 그러나, 연료 공급부(1)는 그 자체로 공지된 방식으로, 특히, 예컨대 연료 투입 펌프에 의해 형성될 수 있는 연료 이송 디바이스도 또한 가질 수 있다. 연료 공급부(1)는 알기 쉬운 방식으로 연료를 이송 및 투입하도록 구성된다.
연료 공급부(1)는 혼합물 준비 영역(2)으로 개방된다. 개략적으로 설명한 실시예에서, 연료 공급부(1)는 이 경우에 혼합물 준비 영역(2)의 후방벽에서 개방되며, 이 후방벽은 후방측에서 혼합물 준비 영역(2)을 폐쇄한다. 혼합물 준비 영역(2)은 주 챔버(21), 협폭 영역(22) 및 천이 섹션(23)의 프로파일을 형성하는 측벽에 의해 측방으로 한정된다.
도 1에 화살표로 단지 개략적으로 예시된 연소 공기 공급부(B)도 또한 제공된다. 연소 공기 공급부(B)는 연소 공기를 혼합물 준비 영역(2)으로 이송하기 위한 연소 공기 송출기(예시하지 않음)를 갖는다. 혼합물 준비 영역(2)은 다수의 연소 공기 유입구(24)를 가지며, 이 연소 공기 유입구를 통해 연소 공기가 혼합물 준비 영역(2)에 진입할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 연소 공기는 강한 소용돌이로, 즉 큰 접선방향 흐름 성분으로 혼합물 준비 영역(2)에 유입된다. 여기에서, 연소 공기의 소용돌이는, 예컨대 대응하게 배향된 안내 베인 등에 의해 부여될 수 있다. 도 1은, 연소 공기 유입구(24)가 혼합물 준비 영역(2)의 후방벽 상에서 외측부에 반경방향으로 배치되는 구성을 개략적으로 예시하고 있지만, 다른 구성도 또한 가능하다. 예컨대, 연소 공기 유입구는 또한 혼합물 준비 영역(20)의 측벽 상에 측방향으로 배치될 수도 있다.
실시예에서는, 혼합물 준비 영역(2)에 축방향 본체(7)가 배치되는데, 축방향 본체는 혼합물 준비 영역(2)의 후방벽으로부터 시작하여 종축(Z)을 따라 그리고 혼합물 준비 영역(2)의 측벽으로부터 이격되도록 연장된다. 제1 실시예에서, 축방향 본체(7)는 로드형 형태이며, 비다공성 재료로 형성된다. 축방향 본체(7)는 거의 원통 형태를 갖고, 제1 실시예에서는 주 챔버(21), 협폭 영역(22) 및 천이 섹션(23)을 통과하여 연장된다. 축방향 본체(7)는 혼합물 준비 영역(2)에서 그 반경방향 배향에 대하여 거의 중심에 배치된다. 축방향 본체(7)는, 다공성 흡수재로 이루어지는 증발기 본체(9)가 배치되는 외주면을 갖는다. 증발기 본체(9)는 이 경우에 특히 금속 부직물, 금속 직물, 금속 또는 세라믹 소결체 등을 가질 수 있다. 여기에서는 바람직하게는, 증발기 본체(9)가 축방향 본체의 전체 외주면에 걸쳐 축방향 본체(7) 주위에서 연장되는 것이 가능하다.
도 1 및 도 2는 증발기 본체(9)가 거의 축방향 본체(7)의 전체 축방향 길이에 걸쳐 연장되는 실시예를 개략적으로 예시하고 있지만, 예컨대 증발기 본체(9)가 단지 축방향 본체(7)의 일부 영역에 걸쳐서만 연장되는 것도 또한 가능하다. 설명한 구성으로 인해, 증발기 본체(9)는 이에 따라 타워 방식으로 혼합물 준비 영역(2)으로 연장된다. 증발기 본체(9)는 혼합물 준비 영역(2)의 후방벽으로부터 시작하여 종축(Z)을 따라 그리고 혼합물 준비 영역(2)의 측벽으로부터 이격되도록 연장된다. 실시예에서, 증발기 본체(9)는 이 경우에 실질적으로 중공형 원통 형상이고, 축방향 본체(7)에 대해 견고히 지탱된다. 특히 바람직한 구성에서, 증발기 본체(9)는 축방향 본체(7)의 재료에 밀착식으로 연결된다. 이것은, 예컨대 소결 또는 용접에 의해 실현될 수 있다. 소결에 의한 밀착성 연결이 바람직한데, 그 이유는 이 경우에 모세관식 다공성 구조의 기공이 실질적으로 유지되기 때문이다. 밀착성 접합의 경우, 축방향 본체(7)로부터 증발기 본체(9)로의 특히 양호한 열전달이 가능하다. 밀착성 연결에 의해, 전체 수명에 걸쳐 증발기 본체(9)의 치수 안정성이 신뢰성 있게 보장될 수 있고, 액체로의 양호한 열전달과 열유입에 의해 증발율이 증가될 수 있다.
공급되는 액체 연료는 혼합물 준비 영역(2)의 후방벽에서 연료 공급부(1)로부터 증발기 본체(9)로 전달되고, 증발기 본체(9)에서 액체 연료의 분배가 일어난다. 여기에서, 연료 공급부(1)는 증발기 본체(9)의 정반대측으로 개방된다. 증발기 본체(9)의 다공질 흡수성 구성으로 인해, 액체 연료는 여기에서는 증발기 본체의 원주방향과 그리고 증발기 본체(9)의 축방향 모두로 분배된다. 공급된 액체 연료는 증발기 본체(9)에서부터 증발하기 시작하여 혼합물 준비 영역(2)에서 증발기 본체(9)의 표면을 따라 흐르는 공급된 연소 공기와 혼합된다. 연소 공기가 강렬한 소용돌이로 공급된다는 사실로 인해, 연료-공기 혼합물을 형성하는 증발된 연료와 연소 공기의 양호한 혼합이 여기에서는 이미 발생한다. 여기에서, 연소 공기는 접선방향 흐름 성분이 증발기 본체(9) 주위로 흐른다. 축방향으로의 증발기 본체(9)의 길이(L)는 축방향에 수직한 반경방향으로의 증발기 본체(9)의 폭(B)을 훨씬 초과한다. 여기에서, 폭(B)는 축방향에 수직한 반경방향으로의 최대 크기 - 원형 단면을 지닌 원통형 본체의 특별한 경우에 직경에 상응함 - 를 의미하는 것으로 이해된다. 특히, 길이(L) 대 폭(B)의 비에 대해서는 아래의 식이 적용된다: L/B > 1.5. L/B > 2인 경우가 바람직하다.
혼합물 준비 영역(2)의 협폭 영역(22)에서는, 단면 감소로 인해 연료-공기 혼합물의 축방향 흐름 속도가 증가한다. 혼합물 준비 영역(2)으로부터 반응 영역(3)으로의 천이부에서는, 급격한 단면 확대로 인해 연료-공기 혼합물의 소용돌이 흐름의 확대가 일어나고, 이에 의해 축방향 흐름 속도가 감소하며, 종축(Z)에 근접한 반응 영역(3)의 중앙에서는 가스 흐름이 주 흐름 방향(H)에 반대되는 축방향 역류 영역 또는 재순환 영역이 형성되어, 증발기 버너(100)의 작동 중에 반응 영역(3)에 화염이 앵커링(anchoring)된다. 실시예에서, 혼합물 준비 영역(2)과 반응 영역(3)은 이에 따라 공간 면 및 기능 면 양자 모두에서 별개로 형성된다.
천이 영역(23)의 협폭 영역(22)의 치수와 반응 영역(3)으로의 천이부의 치수는, 상기 상시 가열 열 작동 중에 반응 영역(3)으로부터 혼합물 준비 영역(2)으로의 화염의 역화(逆火)가 신뢰성 있게 방지되도록 연료-공기 혼합물의 소용돌이 흐름과 조화된다. 특히, 연소 공기는, 상기 조건이 만족되기에 충분히 강력한 소용돌이로 혼합물 준비 영역(2)에 공급된다. 여기에서는, 천이 섹션(23)에서의 흐름 속도가 내부에 안정한 화염을 형성할 수 없을 만큼 높은 것을 보장한다.
증발기 본체(9) 상에서의 액체 연료의 유익한 증발 프로세스를 실현하기 위해, 축방향 본체(7)를 통한 열전도에 의해 증발기 버너(100)의 작동 중에 반응 영역(3)에서 일어나는 연소 프로세스로부터의 열이 혼합물 준비 영역(2)으로 전도되도록 하기 위해, 축방향 본체(7)는 높은 열전도율을 나타내고, 열전도 요소 형태이다.
변형예 및 개선예
아래에서는, 도 3 내지 도 13을 참고로 하여 증발기 본체 및 축방향 본체의 다양한 변형예를 설명하겠다.
변형예의 증발기 버너(100)의 다른 구성요소가 도 1 및 도 2를 참고로 하여 전술한 제1 실시예와는 상이하지 않기 때문에, 반복을 피하기 위해 상기 구성요소는 다시 설명하지 않겠다. 더욱이, 예컨대 특히 증발기 본체(9)와 축방향 본체(7)의 밀착성 연결, 증발기 본체(9)의 경우에 길이 대 폭에 관한 전술한 비율 등과 같은, 실시예에 관하여 전술한 모든 변형예와 개선예가 또한 아래의 변형예의 경우에 가능하다. 더욱이, 변형예에 관한 설명에서는 또한동일한 도면부호는 상응하는 구성요소에 대해 사용된다.
도 3에 예시한 증발기 본체(9)와 축방향 본체(7)로 이루어진 구성의 변형예는, 증발기 본체(9)도 또한 반응 영역(3)을 향하는 측부 상에서 축방향 본체(7)의 자유단을 따라 연장된다는 점에서 전술한 실시예와 상이하다. 이 경우, 축방향 본체(7)의 종축(Z)을 가로질러 연장되는 페이스측도 또한 액체 연료의 증발에 이용 가능하다.
도 4에 개략적으로 예시한 변형예에서, 증발기 본체(9)는 축방향 본체의 외주면을 따라 연장되지 않는다; 증발기 본체(9)는 오히려 그 자체로 추가의 지지 구성을 요구하지 않는 안정한 거의 원통형의 중실형 본체 형태이다.
도 5에 개략적으로 예시한 구성은, 전기 가열 요소(8)가 축방향 본체(7)의 내부에 배치되는, 도 3에 묘사한 구성을 기초로 한다. 마찬가지로, 도 8에 개략적으로 예시한 구성은, 전기 가열 요소(8)가 축방향 본체(7)의 내부에 배치되는, 도 2에 묘사한 구성을 기초로 한다. 이 경우, 전기 가열 요소(8)는 각각 저항 가열 요소 형태이며, 여기에서는 특히 소위 가열 카트리지에 의해 형성될 수 있다. 전기 가열 요소(8)는 이 경우에 상응하는 연결부(도시하지 않음)에 의해 전원에 연결되며, 이 전원에 의해 전기 가열 요소(8)의 가열이 가능해진다. 이들 변형예의 경우, 열전도에 의해 반응 영역(3)으로부터 증발기 본체(9)로 열을 공급하기 위해, 축방향 본체는 높은 열전도율을 갖는 열전도 요소 형태이다. 전기 가열 요소(8)의 준비를 통해, 예컨대 아직 반응 영역(3)으로부터 이용 가능한 열이 충분하지 않은 가열 공정의 개시 시에 증발 프로세스를 지원하기 위해, 또는 높은 가열 출력 레벨의 높은 증발율을 실현하기 위해, 추가의 열을 증발기 본체(9)에 선택된 방식으로 공급하는 것이 가능하다.
도 6에 예시한 변형예는, 전기 가열 요소(8) 대신에 전기 글로 요소(8’)가 축방향 본체(7)에 배치된다는 점에서 도 5에 예시한 구성과 상이하다. 그러나, 전기 글로 요소(8’)는, 축방향 본체(7)의 반응 영역을 향하는 페이스측에서 축방향 본체(7)를 넘어 돌출하도록 배치된다. 이러한 방식으로, 반응 영역(3)에서 연료-공기 혼합물을 반응 프로세스를 개시하기 위해 별도의 점화 요소를 생략하는 것이 가능하고, 반응 프로세스는 전기 글로 요소(8’)의 팁을 가열하는 것에 의해 개시될 수 있다. 그러나, 전기 글로 요소(8’)는 또한 특히 조합형 전기 가열 및 글로 요소에 의해 형성될 수도 있으며, 조합형 전기 가열 및 글로 요소는 우선 적정한 가열에 의해 연료의 증발이 촉진되는 것을 가능하게 하고, 두번째로 강력한 가열에 의해 반응 프로세스가 개시되는 것을 가능하게 한다. 도 7에 개략적으로 예시한 개선예에서, 조합형 전기 가열 및 글로 요소(8”)는 이 경우에 특히나, 반응 영역(3)을 향하는 서브 영역(8a)이 반응 영역(3)에서 반응 프로세스를 개시하는 글로 요소 형태이고, 혼합물 준비 영역(2)에 배치되는 제2 서브 영역(8b)이 증발 프로세스를 지원하는 가열 요소로서 구성되는 세그먼트 형태일 수 있다. 여기에서, 제1 서브 영역(8a)은 특히, 제2 서브 영역(8b)보다 높은 온도로 가열될 수 있도록 구성될 수 있다. 여기에서, 조합형 가열 및 글로 요소(8”)의 제1 서브 영역(8a)과 제2 서브 영역(8b)은 개별적으로 작동 가능하도록 구성 가능한 것이 바람직하다.
도 9 및 도 10에 예시한 실시예의 변형예의 경우, 축방향 본체(7)는 또한 각각 열전도에 의해 반응 구역(3)으로부터 열을 재순환시키는 열전도 요소로서 형성된다. 예시된 변형예에서, 축방향 본체(7)의, 반응 영역(3)을 향하는 노출된 페이스측은 각각, 축방향 본체(7)로의 보다 양호한 열 커플링을 허용하기 위해 볼록한 돔 형태이다. 특히, 이 경우에는 축방향 본체(7)의 페이스측이 반응 영역(3)으로 돌출하도록 축방향 본체(7)가 증발기 버너 내에 배치 가능한 것이 바람직하다.
도 11은, 축방향 본체(7)가 대형의 중실형 본체가 아니라, 내부 공동(7a)을 지닌 거의 튜브형의 중공형 본체 - 반응 영역(3) 방향으로 개방됨 - 로서 형성되는 변형예를 예시한다. 개략적으로 예시된 변형예에서, 축방향 본체(7)는 이 경우에 거의 중공형 원통 형태이고, 축방향 본체(7)의 외주면 상에 배치된 증발기 본체(9)를 위한 지지체로서의 역할을 한다. 도 12는, 도 11의 변형예에 대해 형성되고, 축방향 본체(7)의 벽에 측방 구멍(7b) - 증발기 본체(9)의 측방 구멍(9b)에 대응함 - 이 마련된 다른 변형예를 예시한다. 이 경우, 반응 영역(3)에서의 중앙 재순환 영역으로부터 내부 공동(7a) 및 구멍(7b, 9b)를 통한 혼합물 준비 영역(2)으로의 연소 배기 가스의 복귀가 가능해진다. 도 13에 개략적으로 예시된 변형예는, 축방향 본체(7)에 그 전체 길이에 걸쳐 내부 공동(7a)이 마련되기 보다는, 내부 공동(7a)이 반응 영역(3)을 향하는 상기 축방향 본체의 페이스측에서 시작하여 단지 축방향 본체(7)의 축방향 길이의 일부에 걸쳐서만 연장된다는 점에서 도 12에 예시한 변형예와 상이하다. 특별히 예시한 구성에서, 내부 공동(7a)은 이 경우에 단지 구멍(7b, 9b)까지만 연장된다.
단지 몇몇 변형예만을 참고로 하여 전기 가열 요소, 전기 글로 요소 또는 조합형 가열 및 글로 요소의 제공을 설명하였지만, 대응하는 요소들은 또한 다른 변형예의 경우에도 제공될 수 있다.
다른 개선예와 같이, 축방향 본체(7)를 통한 반응 구역(3)으로부터 혼합물 준비 영역(2)으로의 열전달을 향상시키는 목적으로, 히트 파이프를 특히 축방향 본체(8)에 배치하는 것도 또한 가능하다. 상기 타입의 히트 파이프의 경우, 열전달은 히트 파이프 내에서 증발하고 재응결하는 매체에 의해 실현된다.
제2 실시예
도 14는 증발기 버너(100)의 제2 실시예를 개략적으로 예시한다. 제2 실시예에 따른 증발기 버너는, 단지 축방향 본체(7)에, 반응 영역(3)을 향하는 그 자유단에서 다른 커버(71)가 장착되고, 천이 섹션(23)의 영역에 다른 지원-공기 공급부(12)가 마련된다는 점에서만 전술한 제1 실시예와 상이하다. 다른 구성요소들은 전술한 제1 실시예와 상이하지 않기 때문에, 제1 실시예에 대한 것과 동일한 참조부호가 제2 실시예에 대해서 사용되며, 반복을 피하기 위해 증발기 버너(100)의 전체 구성을 다시 설명하지 않겠다.
아래에서 설명되는 제2 실시예에서는 다른 커버(71)와 다른 지원-공기 공급부(12) 양자 모두가 구현되지만, 다른 변형예에서는, 예컨대 단지 커버(71) 또는 단지 지원-공기 공급부(12)만이 추가로 마련되는 것도 또한 가능하다.
커버(71)는, 액체 연료와 또한 과량의 연료 증기가 축방향 본체(7)의 페이스측에서 축방향으로 나올 수 없고 증발기 본체(9)로부터 반경방향으로 나오게 압박되도록 축방향 본체(7)의 자유단 상에 배치된다. 도 14에 개략적으로 예시한 바와 같이, 축방향 본체(7)의 자유 페이스측 상에는, 축방향 본체(7)의 나머지의 외주로부터 반경방향으로 돌출하고, 증발기 본체(9)의 자유 페이스측을 덮는 커버(71)가 마련된다. 액체 연료와 연료 증기가 커버(71)를 통과할 수 없도록 하기 위해, 커버(71)는 적어도 하나의 거의 불침투성인 재료로 형성된다. 커버(71)는 바람직하게는 금속, 특히 내온도성(temperature-resistant) 고급강으로 형성될 수 있다. 커버(71)는, 비착탈식으로 또는 착탈식으로 축방향 본체(7)의 페이스측 단부에 체결되는, 예컨대 별도의 커버링 디스크 형태일 수 있다. 다른 구성에서는, 예컨대 커버(71)를 축방향 본체(7)와 동일한 재료로 일체형으로 제조하는 것도 가능하다.
커버(71)는 연료 또는 연료 증기가, 특히 축방향 본체(7)의 자유단에서 증발기 본체(8)로부터 증가된 양으로 나오는 것을 방지하는 역할을 한다. 이러한 방식으로, 혼합물 준비 영역(2)에서 연료-공기 혼합물을 형성하기 위해 연료가 적어도 실질적으로 전부 공급되는 것이 달성된다. 이에 따라, 혼합물 준비 영역(2)에서의 혼합물 준비가 더욱 향상된다. 더욱이, 반응 영역(3)에 앵커링된 화염의 불리한 영향이 방지된다.
도 17의 a) 내지 i)는 커버(71)의 다양한 다른 변형예를 개략적으로 예시한다. 상기한 커버(71)의 다른 변형예들은 각각, 실질적으로 대형 축방향 본체(7)의 경우와 도 11 내지 도 13에 예시한 바와 같이 내부 공동을 지닌 축방향 본체(7)의 경우 모두에 제공될 수 있다.
도 17의 a) 내지 i)에 예시한 커버(71)의 다른 변형예에서, 커버(71)는 각각 반경방향으로 증발기 본체(9)의 외주를 넘어 연장되고, 흐름이 축방향 본체(7)의 증발기 본체(9)의 외주를 따라 지나가도록 적어도 실질적으로 예리한 분리 에지를 제공한다. 도 17의 a)에 개략적으로 예시한 바와 같이, 반경방향으로 돌출하는 커버(71)의 영역은 종축(Z)에 수직하게 연장되는 평면에 대해 각도 α 로 연장된다. 여기에서, 소망하는 흐름 안내에 따라 각도 α 는 0° 내지 90°의 값을 가질 수 있다.
도 17의 a)에 개략적으로 예시한 변형예에서, 반경방향으로 돌출하는 커버(71)의 영역은, 예컨대 35° 내지 45° 범위의 각도 α 로 연장되어, 증발기 본체(9)의 외주를 따라 흐르는 가스가 상대적으로 강력한 방식으로 반경방향 외측으로 전환된다. 더욱이, 이 변형예의 경우 돌출 영역은, 반경방향으로 테이퍼지고 반경방향과 축방향 모두로 돌출하는 립(lip) 형태이다. 돌출 영역은 이 경우에 커버(71)의 나머지 부분에 대하여 주 흐름 방향(H)의 방향으로 약간 각진다.
도 17의 b)에 개략적으로 예시한 변형예에서, 반경방향으로 돌출하는 커버(71)의 영역은, 160° 내지 170° 에 이르는 상당히 큰 각도 α 로 연장되어, 증발기 본체(9)의 외주를 따라 흐르는 가스가 훨씬 덜한 반경방향 편향을 겪는다.
도 17의 c)에 개략적으로 예시한 변형예의 경우, 반경방향으로 돌출하는 커버의 영역은, 예컨대 대략 40° 내지 50°의 각도로 연장된다. 더욱이, 이 변형예의 경우에 흐름 분리에 선택된 방식으로 영향을 주기 위해 커버(71)의 돌출 영역은 또한 증발기 본체(9)로부터 멀어지는 측에서 경사지거나 모따기된다.
도 17의 d) 및 e)에 개략적으로 예시한 변형예의 경우, 커버(71)는 모두 더욱 웨지 형상 단면을 갖고, 이에 따라 커버(71)의 돌출 영역은 도 17의 a) 및 b)의 변형예와는 대조적으로 커버(71)의 나머지 부분에 대해 각진 형태가 아니다. 도 17의 a) 및 b)에 따른 변형예와 도 17의 d) , e) 및 i)에 따른 변형예의 비교로부터 자명한 바와 같이, 커버(71)의 반경방향으로 돌출하는 영역의 웨지 각도는 이러한 방법에서 선택된 방식으로 설정될 수 있다.
도 17의 f)에 개략적으로 예시된 변형예에서, 커버(71)는 축방향 본체(7)의 단부 상에 있는 실질적으로 링 형상의 디스크 형태이므로, 커버의 돌출 영역은 대략 0°의 각도로 측방으로 돌출한다.
도 17의 g)에 개략적으로 예시한 변형예의 경우, 축방향 본체(7)에는 반응 영역(3) 방향으로 개방되도록 형성된 내부 공동이 마련된다. 이 경우, 예컨대 반응 구역(3)으로부터 나온 가스가 축방향 본체(7) 내부로 흘러들어가는 것이 가능하다. 예컨대, 상기 추가의 피쳐는 또한 다른 변형예에도 마련될 수 있다.
도 17의 h)는, 예컨대 축방향 본체(7)의 외주의 표면 구조를 예시한다. 그러한 표면 구조는 바람직하게는 마찬가지로 17의 a) 내지 g) 및 i)에 따른 예에도 또한 제공될 수 있다. 도 17의 h)의 변형예의 경우, 커버(71)는 내부에 반경방향으로 안착된 영역에 있어서 페이스측에서 증발기 본체(9)에 대해 직접 더욱 지탱되고, 대략 0°의 각도 α로 연장된다. 이와 대조적으로, 외측부에 더욱 배치된 커버(71) 영역은 비교적 큰 각도 α로 연장되어, 이에 따라 반경방향으로 돌출하는 테이퍼진 립이 형성된다. 더욱이, 외측부에 반경방향으로 배치되는 증발기 본체(9)의 영역에서 커버(71)는 이 경우에 증발기 본체(9)에 대해 직접 지탱되지 않는다. 도 17의 i)의 변형예의 이들 보조 피쳐는 다른 변형예에서도 또한 더욱 실현될 수 있다.
도 17의 i)에 개략적으로 예시한 변형예에서, 커버(71)는, 중앙 돌출 페그에 의해 축방향 본체(7)의 페이스측 리세스에 삽입되는 인서트 형태이다. 이들 추가의 피쳐는 또한 각각 다른 변형예에서도 실현될 수 있다.
여기에서 설명한 분리 에지를 지닌 커버(71)의 구성은, 반응 영역(3)의 유입구에서의 흐름이 훨씬 더 효율적으로 안정화되는 추가의 장점을 갖는다. 특히, 이러한 방식으로 맥동의 발생을 방지하는 것이 가능하다. 더욱이, 혼합물 준비 영역(2)으로의 화염의 역류가 훨씬 더 신뢰성 있게 방지될 수 있다. 대체로, 특히 연료-공기 혼합물의 흐름에 대한 전술한 분리 에지를 지닌 커버(71)의 변형예에 의해 반응 영역(3)에 재순환 영역을 형성하는 것이 추가로 더욱 안정화되는 것도 또한 가능하다.
전술한 제1 실시예와는 대조적으로, 제2 실시예에서는, 공급된 연소 공기가 분할되어, 공급된 연소 공기의 일부가 연소 공기 유입구(24)를 통해 혼합물 준비 영역(2)의 주 챔버(21)로 공급되는 것이 아니라, 우선은 주 흐름 방향(H)에 대해 더욱 하류에 공급되는 것이 사실이다. 여기에서, 공급된 연소 공기의 분할은, 연소 공기를 위한 유로의 구성에 의해 구성 면에서 간단한 방식으로 실현될 수 있다. 도 14에 개략적으로 예시한 바와 같이, 제2 실시예에서는, 지원 공기 공급부(12) - 우선 천이 영역(23)에서 혼합물 준비 영역(2)에 연소 공기의 일부를 공급함 - 가 마련되는 것이 사실이다. 여기에서는, 연소 공기의 대부분이 연소 공기 유입구(24)를 통해 주 챔버(21)로 공급되고, 단지 연소 공기의 적은 부분 - 특히 바람직하게는 연소 공기량의 10 퍼센트 미만일 수 있음 - 이 지원 공기 공급부(12)에 의해 공급되도록 하는 구성이 선택된다. 지원 공기 공급부(12)는, 혼합물 준비 영역(2)이 반응 영역(3)으로 천이되는 영역에 배치된다. 지원 공기 공급부(12)는 증발기 버너(100)에서 흐름 조건의 추가의 안정화를 가능하게 한다.
지원 공기 공급부(12)는 반응 영역(3)으로 흐르는 연료-공기 혼합물의 추가의 가속을 실시하고, 바람직하지 않은 변동 및 부수적인 효과의 경우에도 혼합물 준비가 안정하게 유지되는 것을 보장한다. 특별히 예시한 구성에서, 지원 공기 공급부(12)는, 천이 영역(23)에서의 연료-공기 혼합물의 주 흐름이 축방향 본체(7)를 따라 이동하고, 이에 따라 축방향 본체(7)로부터의 흐름의 과도한 조기 분리를 방지하는 효과를 더욱 갖는다. 이러한 방식으로, 제2 실시예에서는 반응 영역(3)으로부터 혼합물 준비 영역(2)으로의 화염의 역류가 훨씬 더 신뢰성 있게 방지된다.
흐름 조건이 이러한 방식으로 더욱 안정화되기 때문에, 혼합물 준비 영역(2)에서 보다 균일한 온도 분포 - 구성요소의 로딩 및 수명에 대한 긍정적임 영향을 가짐 - 가 실현되는 것도 또한 사실이다.
도 14가, 예컨대 지원 공기 공급부(12)의 매우 간단한 구조적 형태를 예시하고 있지만, 다양한 기하학적 형태가 가능하다. 특히, 소망하는 흐름 조건을 설정하고, 소망하는 비율의 연소 공기가 지원 공기 공급부(12)를 통해 공급되도록 하기 위해 기하학적 형태를 용이하게 변경하는 것이 가능하다.
도 15의 a) 내지 d)는 지원 공기 공급부(12)의 다양한 가능한 구성을 개략적으로 예시한다. 도 15의 a) 내지 d)의 개략적인 예시에서, 각 경우에 하나의 증발기 본체(9) - 축방향 본체(7)의 외주 상에서 연장되는 것이 아니라 그 자체가 안정한 중실형 본체 형태임 - 가 예시된다. 그러나, 전술한 실시예와 그 변형예에서와 같이, 각 경우에 증발기 본체(9)를 열전도 본체(7)의 외주 상에 배치하는 것이 가능하다. 더욱이, 도 15의 a) 내지 d)는 주 챔버(21)의 측벽 상에 있는 연소 공기 유입구(24)를 개략적으로 예시한다. 그러나, 이에 대한 대안으로서 실시예에서와 같은 연소 공기 유입구(24)의 배치도 또한 가능하다. 더욱이, 도 15의 a) 내지 d)는 단지 혼합물 준비 영역(2)의 구역에 있는 증발기 버너(100)의 상세를 예시한다.
도 15의 a) 내지 d)에서의 지원 공기 안내부(12)의 다양한 구성은 지원 공기를 위한 유출 구멍의 특별한 구성 면에서 상이하다. 도 15의 a)는, 지원 공기가 반경방향과 축방향 모두에서 실질적으로 회전 대칭으로 공급되는 실시예를 보여주는 반면, 도 15의 b)는 지원 공기가 실질적으로 반경방향으로 공급되는 실시예를 보여준다. 지원 공기는 각 경우에 가능하게는 접선방향 흐름 성분도 또한 추가로 가질 수 있다는 점에 주목해야만 한다. 지원 공기를 위한 유출 구멍은, 예컨대 천이 섹션(23)의 벽에 있는 연속적인 슬롯 또는 다수의 구멍으로 형성될 수 있다. 도 15의 c)에 개략적으로 예시한 바와 같이, 예컨대 반응 영역(3)에 인접한 천이 섹션(23)의 영역을, 지원 공기의 편심적 공급을 실현하기 위해 천이 섹션(23)의 나머지 부분에 대해 약간 오프셋되도록 배치하는 것도 또한 가능하다. 더욱이, 예컨대 도 15의 d)에 개략적으로 예시한 바와 같이 흐름 안내에 선택된 방식으로 영향을 주기 위해 반응 영역(3)에 인접한 천이 섹션(23)의 구역이 약간 더 큰 직경을 갖는 것도 또한 가능하다. 더욱이, 예컨대 흐름 안내를 더욱 조절하기 위해 지원 공기 공급부가 회전 대칭으로 구성되는 것이 아니라 선택된 비대칭을 나타내도록 하여, 반응 영역(3)에서의 반응의 한층 더한 안정화와 진동 억제를 가능하게 하는 것이 가능하다.
제2 실시예를 참고로 하여 전술한 추가의 커버(71)가, 증발기 본체(9)가 축방향 본체(7)의 외주 상에 배치되는 모든 변형에서 마련될 수 있다는 점에도 또한 주목해야만 한다.
개선예
도 16의 a) 내지 e)는, 제1 실시예 및 그 변형예의 경우와 제2 실시예의 경우 모두에 마련될 수 있는, 혼합물 준비 영역(2)의 천이 섹션(23)의 다양한 개선예를 보여준다.
도 16의 a) 내지 e)의 개략도는 차례로 축방향 본체(9)가 없는 안정한 증발기 본체(9)를 예시하지만, 각 경우에 전술한 실시예에서와 같이 증발기 본체(9)를 축방향 본체(7)의 외주 상에 배치하는 것이 가능하다. 더욱이, 이 경우에는 제2 실시예를 참고로 하여 설명한 것과 같이 다른 커버(71)를 마련하는 것도 또한 가능하다. 도 16의 a) 내지 e)에 예시한 연소 공기 유입구(24) 배치에 대한 대안으로서, 연소 공기 유입구를 전술한 실시예에서와 같이 배치하는 것도 또한 가능하다. 더욱이, 도 16의 a) 내지 e)에서는, 단지 혼합물 준비 영역(2)의 구역에 있는 증발기 버너(100)의 상세만이 예시되어 있다는 것이 사실이고, 도면은 선행 도면에 대해 90도만큼 회전되어 있다.
도 16의 a) 내지 e)에 개략적으로 예시한 천이 섹션(23)의 개선예는 흐름 조건의 향상과 안정화를 한 번 더 가능하게 한다. 특히, 반응 영역(3)으로의 천이부에서의 윤곽의 상기 변형에 의해, 화염이 반응 영역(3)으로부터 혼합물 준비 영역(2)으로 역화하는 것을 훨씬 더 신뢰성 있게 방지하는 것이 가능하다.
도 16의 a)에 개략적으로 예시한 제1 구성에서는, 반응 영역(3)에 바로 인접한 천이 섹션(23)의 구역, 즉 가장 하류에 위치하는 천이 섹션(23)의 구역은, 특히 예컨대 향상된 유출유 프로파일을 실현하기 위해 원추형으로 확장 가능하도록 약간 확장하게 구성될 수 있다. 도 16의 b)에 개략적으로 예시된 구성에서는, 마찬가지로 반응 영역(3)에 바로 인접한 구역에서 다시 확장하기 전에, 먼저 천이 섹션(23)의 내부 단면이 테이퍼진다. 이 경우, 흐름 속도는 테이퍼링의 결과로서 한번 더 증가되며, 이에 따라 화염의 역화가 훨씬 더 신뢰성 있게 방지된다. 도 16의 c)에 예시한 구성에서, 반응 영역(3)에 바로 인접한 천이 섹션(23)의 구역은 2 단계로 확장하는데, 특히 예컨대 각기 흐름 방향으로 먼저 상대적으로 작은 원추각으로 그리고 이어서 상대적으로 큰 원추각으로 원추형으로 확장한다.
도 16의 d)에 예시한 다른 개선예에서는, 흐름 속도를 증가시키기 위해 천이 섹션(23)의 내부 단면이 반응 영역(3)에 바로 인접한 구역에서 좁아지고, 이 때, 예컨대 원추형 테이퍼가 실현될 수 있다. 도 16의 e)에 개략적으로 예시한 구성의 경우, 천이 섹션(23)은 또한 반응 영역(3)에 바로 인접한 테이퍼링 구역에 후속하고 단면이 일정한 유출구를 갖는다.
도 16의 c) 및 e)에 예시한 개선예에서는, 증발기 본체(9)[또는 증발기 본체(9)가 배치된 축방향 본체(7)]가 각각 다소 단축된 형태이고, 이에 따라 혼합물 준비 영역(2)의 전체 길이에 걸쳐 연장되는 것이 아니라, 오히려 주 흐름 방향(H)에 대해 혼합물 준비 영역(2)의 단부 직전에 종결된다. 증발기 본체(9)[또는 증발기 본체(9)를 지닌 축방향 본체(7)]는 이에 따라 이 개선예에서는 혼합물 준비 영역(2)의 유출구 내로 다소 후퇴되도록 형성된다.
다른 영역의 치수 결정에 따라 소망하는 흐름 조건을 설정하기 위해, 설명한 상이한 기하학적 형태들은 서로 조합될 수도 있다.
실시예에 관하여, 축방향 본체(7)가 가능한 한 적어도 천이 섹션(23)까지 혼합물 준비 영역(2) 전체를 통해 연장 - 이러한 방식에서 혼합물 준비 영역(2)으로의 화염의 역화가 매우 신뢰성 있는 방식으로 방지될 수 있기 때문에 바람직함 - 되는 것을 설명하였지만, 예컨대 축방향 본체가 반응 영역(3)으로 천이 섹션(23) 내로 연장되지 않거나, 천이 섹션 내로 단지 부분적으로만 연장되도록 보다 단축된 형태인 것도 또한 가능하다. 더욱이, 다른 한편으로는 축방향 본체(7)가 반응 영역(3) 내로 연장되도록 구성되는 것도 또한 가능하다. 이 경우, 증발기 본체(9)를 통해 반응 영역(3)으로부터 증발기 본체(9)로의 개선된 열전도가 가능해진다.

Claims (16)

  1. 액체 연료로 작동되는 가동형 가열 디바이스를 위한 증발기 버너(100)로서,
    연료를 연소 공기와 혼합하여 연료-공기 혼합물을 형성하는 혼합물 준비 영역(2),
    혼합물 준비 영역(2)에 액체 연료를 공급하는 연료 공급부(1),
    혼합물 준비 영역(2)에 연소 공기를 공급하는 연소 공기 공급부(B),
    흐름 면에서 혼합물 준비 영역(2)의 하류에 배치되고, 열이 방출되는 연료-공기 혼합물의 반응을 일으키는 반응 영역(3), 및
    측벽으로부터 이격되도록 혼합물 준비 영역에서 축방향으로 연장되고, 연료 증발면 형태의 외주면을 가지며, 공급된 연소 공기가 상기 외주면 주위로 흐르게 하도록 배치되는, 액체 연료의 증발을 위한 증발기 본체(9)를 갖는 증발기 버너.
  2. 제1항에 있어서, 증발기 본체(9)는 혼합물 준비 영역(2)의 후방벽에서부터 시작하여 축방향으로 연장되는 것인 증발기 버너.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 증발기 본체(9)는 타워형 형태인 것인 증발기 버너.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 증발기 본체(9)는 실질적으로 원통 또는 중공형 원통 형태를 갖는 것인 증발기 버너.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 증발기 본체(9)는 축방향으로 길이(L) 그리고 축방향에 수직한 폭(B)을 갖고, L/B > 1.5, 바람직하게는 L/B > 2가 적용되는 것인 증발기 버너.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 전기 가열 및/또는 글로(glow) 요소(8; 8', 8'')가 증발기 본체(9)에 배치되는 것인 증발기 버너.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 축방향 본체(7)는 혼합물 준비 영역(2)에서 종축(Z)을 따라 연장되고, 증발기 본체(9)는 축방향 본체(7)의 외주면 상에 배치되는 것인 증발기 버너.
  8. 제7항에 있어서, 증발기 본체(9)는 축방향 본체(7)의 외주면에 재료간(material-to-material) 접합되는 것인 증발기 버너.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 축방향 본체(7)는 열전도에 의해 반응 영역(3)으로부터 증발기 본체(9)로 열을 공급하기 위한 열전도 요소 형태인 것인 증발기 버너.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 열전도 요소가 열전도에 의해 반응 영역(3)으로부터 증발기 본체(9)로 열을 공급하기 위해 증발기 본체에 배치되는 것인 증발기 버너.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 히트 파이프(heatpipe)가 반응 영역(3)으로부터 증발기 본체(9)로 열을 공급하기 위해 증발기 본체(9)에 배치되는 것인 증발기 버너.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 증발기 본체(9)의, 반응 영역을 향하는 단부 상에 커버(71)가 마련되는 것인 증발기 버너.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 천이 섹션(23) - 이 천이 섹션을 통해 혼합물 준비 영역(2)이 반응 영역(3)으로 천이함 - 에, 연소 공기의 일부를 공급하는 지원 공기 공급부(12)가 마련되는 것인 증발기 버너.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 천이 섹션(23) - 이 천이 섹션을 통해 혼합물 준비 영역(2)이 반응 영역(3)으로 천이함 - 에는, 유출류 프로파일을 개선하기 위해 단면 변화부가 마련되는 것인 증발기 버너.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 증발기 버너를 구비하는, 액체 연료로 작동되는 가동형 가열 디바이스.
  16. 제12항에 따른 액체 연료로 작동되는 가동형 가열 디바이스로서, 상기 가열 디바이스는 엔진 독립형 히터 또는 보조 히터를 위한 차량용 가열 디바이스 형태인 것인 가동형 가열 디바이스.
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