KR20200103563A - 전1차 연소식 버너 - Google Patents

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KR20200103563A
KR20200103563A KR1020200021734A KR20200021734A KR20200103563A KR 20200103563 A KR20200103563 A KR 20200103563A KR 1020200021734 A KR1020200021734 A KR 1020200021734A KR 20200021734 A KR20200021734 A KR 20200021734A KR 20200103563 A KR20200103563 A KR 20200103563A
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다카히로 오노
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린나이코리아 주식회사
린나이가부시기가이샤
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Abstract

(과제) 혼합기가 분출되는 연소판부(12)를 구비하는 전1차 연소식 버너로서, 연소판부(12)는 금속섬유제의 다공질체(123)와, 다공질체(123)의 이면에 겹쳐지게 배치되며 다수의 분포구멍(124a)이 형성된 분포판(124)을 가지는 것에 있어서, 코스트 다운을 도모할 수 있도록 한다.
(해결수단) 다공질체(123)를 금속섬유를 펠트상으로 적층한 부직포로 구성한다. 상기 부직포(123)의 표면을 금속제의 망상 시트(125)로 덮는다. 바람직하게는, 망상 시트(125)는 복수개의 금속섬유를 묶어서 형성되는 선재를 망상으로 편성하여 이루어지는 것으로 한다. 또, 망상 시트(125)의 메시 사이즈는 연소판부에서 분출되는 혼합기의 소염거리 이하로 한다.

Description

전1차 연소식 버너{TOTALLY AERATED COMBUSTION TYPE BURNER}
본 발명은 혼합기가 분출되는 연소판부를 구비하는 전1차 연소식 버너에 관한 것이다.
종래에는, 이러한 종류의 전1차 연소식 버너에 있어서, 연소판부를 금속섬유제의 다공질체와, 다공질체의 혼합기의 흐름방향 상류측의 면(面)인 이면(裏面)에 겹쳐지게 배치되며 다수의 분포구멍이 형성된 분포판을 가지는 것으로 하고, 혼합기가 분포구멍과 다공질체를 통해서 분출되도록 한 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
여기서, 상기 종래례의 것에서는 다공질체를 금속섬유를 니트상으로 편성한 직포로 구성하고 있다. 그러나, 이러한 직포를 편성하기 위해서는 편직기의 편침(編針)이 꺾여 파손되는 것을 방지하면서 금속섬유를 극세로 하는 것이 필요하다. 그리고, 이러한 극세의 금속섬유를 제조하기 위해서는 코스트가 많이 들기 때문에, 다공질체를 금속섬유제의 니트상 직포로 구성하는 종래례의 것은 고가의 것이 된다.
특허문헌 1 : 일본국 특개2014-9838호 공보
본 발명은 이상의 점을 감안하여, 금속섬유제의 다공질체를 이용하는 전1차 연소식 버너로서, 저코스트의 것을 제공하는 것을 그 과제로 하고 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 혼합기가 분출되는 연소판부를 구비하는 전1차 연소식 버너로서, 연소판부는 금속섬유제의 다공질체와, 다공질체의 혼합기의 흐름방향 상류측의 면인 이면에 겹쳐지게 배치되며 다수의 분포구멍이 형성된 분포판을 가지며, 혼합기가 분포구멍과 다공질체를 통해서 분출되도록 구성되는 것에 있어서, 다공질체는 금속섬유를 펠트(felt)상으로 적층한 부직포로 구성되고, 상기 부직포의 혼합기의 흐름방향 하류측의 면인 표면을 금속제의 망상 시트로 덮는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 다공질체를 금속섬유의 부직포로 구성하기 때문에, 니트상 직포에서 필요로 하는 극세의 금속섬유가 불필요하게 되어, 다공질체의 코스트를 저렴하게 할 수 있다. 그리고, 망상 시트를 부가한다 하더라도 종래례의 것에 비해서 코스트 다운을 도모할 수 있다. 또한, 부직포만으로는 사용중에 금속섬유가 풀려서 탈락하게 되지만, 본 발명과 같이 부직포의 표면을 망상 시트로 덮으면, 부직포에서 금속섬유가 탈락하는 것을 방지할 수 있다.
그런데, 분포판에 분포구멍을 형성하지 않는 무구멍부를 띠형상으로 형성하여, 연소판부에서 분출되는 혼합기를 상기 무구멍부에 대응하는 영역에서 환류시켜서 연소의 안정성을 향상시키는 것이 알려져 있다. 그러나, 부직포의 두께가 5㎜를 넘으면, 부직포 내부에서의 혼합기의 분산에 의해서 무구멍부에 대응하는 영역에서도 혼합기가 대량으로 분출하게 되어, 혼합기를 무구멍부에 대응하는 영역에서 잘 환류시킬 수 없게 된다. 또, 부직포의 두께가 1㎜ 미만이 되면, 분포구멍에 대응하는 영역에서 통기저항이 너무 낮아지게 되고, 그 만큼 무구멍부에 대응하는 영역에서 보염(保炎)을 형성할 수 없게 되어, 화염 리프트를 일으키기 쉬워지게 된다. 따라서, 부직포의 두께는 1∼5㎜로 하는 것이 바람직하다.
또, 저부하 연소시에는 혼합기가 망상 시트의 근방에서 연소되어 망상 시트가 적열된다. 망상 시트가 금속의 단선(單線)을 망상으로 짠 철망으로 구성되어 있으면, 저부하 연소시의 적열에 의해서 망상 시트가 열팽창하여 부직포의 표면에서 망상 시트가 들뜨게 되고, 망상 시트의 이면측의 부직포와의 사이의 틈새에서 혼합기가 연소되어 내구성이 손상되게 된다. 그러므로, 망상 시트는 복수개의 금속섬유를 묶어서 형성되는 선재(線材)를 망상으로 편성하여 이루어지는 것인 것이 바람직하다. 이것에 의하면, 금속섬유를 묶어서 형성되는 선재가 유연하기 때문에, 적열에 의한 열팽창이 선재의 변형에 의해서 흡수되어 부직포의 표면에서의 망상 시트의 들뜸을 방지할 수 있다.
또, 본 발명에 있어서, 망상 시트의 메시 사이즈는 연소판부에서 분출되는 혼합기의 소염거리(quenching distance) 이하인 것이 바람직하다. 이것에 의하면, 망상 시트가 부직포의 표면에서 들뜨는 일이 있어도, 화염이 망상 시트의 이면측의 부직포와의 사이의 틈새로 끌려들어가는 일이 없어, 이 틈새에서의 혼합기의 연소에 의해서 내구성이 악화되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태인 전1차 연소식 버너를 구비하는 연소장치의 사시도.
도 2는 도 1과는 반대측에서 본 연소장치의 사시도.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선으로 절단한 단면도.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선으로 절단한 단면도.
도 5는 실시형태인 전1차 연소식 버너의 연소판부의 분해상태 사시도.
도 6은 도 5의 연소판부의 조립상태의 요부 단면도.
도 7은 실시형태인 전1차 연소식 버너의 연소판부에서 이용되는 망상 시트의 일부분 확대도.
도 1 내지 도 4에 나타내는 연소장치는, 내부에 혼합기(연료가스와 1차 공기의 혼합가스)가 공급되는 버너 보디(11)와 이 버너 보디(11)의 하향의 개방면(111)을 덮는 연소판부(12)를 구비하는 본 발명의 실시형태인 전1차 연소식 버너(1)와, 버너 보디(11)의 개방면(111)을 둘러싸는 보디 플랜지부(112)에 나사(21)로 체결되는 상단의 케이싱 플랜지부(22)를 가지는 연소 케이싱(2)을 구비하고 있다. 연소 케이싱(2)의 내부에는 급탕용의 열교환기(3)가 수납되어 있다.
열교환기(3)는 다수의 핀(31)과 이들 핀(31)을 관통하는 복수의 흡열관(32)을 구비하는 핀 튜브형 열교환기로 구성되어 있다. 연소 케이싱(2)의 가로방향의 일측 측판(23)과 타측 측판(24)의 외면에는 인접하는 2개의 흡열관(32, 32)의 접속로를 각 측판(23, 24)과의 사이에 획정하는 접속 덮개(33)가 복수 장착되어 있으며, 모든 흡열관(32)이 직렬로 접속된다. 또, 상류단의 흡열관(32)에 접속되는 접속로를 가로방향의 타측 측판(24)과의 사이에 획정하는 접속 덮개(33)에는 입수구(34)가 형성되어 있다.
또, 연소 케이싱(2)의 후측 측판(25)의 열교환기(3)보다 상측 부분의 내측에는 관으로 이루어지는 상하 3개의 제 1 수로(51)가 후측 측판(25)에 접하도록 배치되어 있고, 연소 케이싱(2)의 전측 측판(26)의 열교환기(3)보다 상측 부분의 내측에도 관으로 이루어지는 상하 3개의 제 3 수로(53)가 전측 측판(26)에 접하도록 배치되어 있다. 또, 연소 케이싱(2)의 가로방향의 일측 측판(23)의 외면에는 상하 3개의 제 1 수로(51)와 열교환기(3)의 하류단의 흡열관(32)의 접속로를 일측 측판(23)과의 사이에 획정하는 유입측 헤더 덮개(51)와, 상하 3개의 제 3 수로(53)의 접속로를 일측 측판(23)과의 사이에 획정하는 유출측 헤더 덮개(52)를 장착하고, 유출측 헤더 덮개(52)에 출탕구(53)를 형성하고 있다. 또한, 연소 케이싱(2)의 가로방향의 타측 측판(24)에는, 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 후측의 제 1 수로(51)와 전측의 제 3 수로(53)를 접속하는 제 2 수로(52)가 설치되어 있다. 제 2 수로(52)는 타측 측판(24)에 형성한 가로방향 내측으로의 오목부와 이 오목부를 덮도록 타측 측판(24)의 외면에 장착된 덮개(54)로 구성되어 있다. 그리고, 입수구(34)에서 공급되는 물이 열교환기(3)에 의해서 가열되고, 가열된 물이 유입측 헤더 덮개(51) 내의 접속로와 제 1 수로(51)와 제 2 수로(52)와 제 3 수로(53)와 유출측 헤더 덮개(52) 내의 접속로를 통해서 출탕구(53)에서 출탕되도록 하고 있다. 또, 연소 케이싱(2)의 가로방향의 일측 측판(23)에는, 유출측 헤더 덮개(52) 내의 접속로의 상부에서 후방으로 연장되며, 일측 측판(23)에 형성한 가로방향 내측으로의 오목부와 이 오목부를 덮는 상기 유출측 헤더 덮개(52)와 일체로 형성된 덮개(52a)로 구성되는 제 4 수로(54)가 설치되어 있다. 그리고, 이들 제 1 내지 제 4 수로(51∼54)에 흐르는 물에 의해서 연소 케이싱(2)의 각 측판(23∼26)이 냉각되도록 하고 있다.
또, 연소 케이싱(2)의 전측 측판(26)에는, 상측에서부터 1번째와 2번째의 2개의 제 3 수로(53, 53) 사이의 측판 부분을 관통하여 연소 케이싱(2) 내로 돌출되는 점화전극(61)과 접지전극(62)과 플레임 로드(63)를 가지는 전극부품(6)이 장착되어 있다. 또한, 전극부품(6)에는 연소 케이싱(2) 내를 눈으로 확인할 수 있는 투시창(64)이 부설되어 있다.
이어서, 전1차 연소식 버너(1)에 대해서 상세하게 설명한다.
버너 보디(11)에는 혼합기를 공급하는 팬(4)을 접속하는 유입구(113)가 형성되어 있다. 유입구(113)에는 팬(4)의 정지시에 버너 보디(11) 내에 잔류하는 혼합기가 팬(4) 측으로 역류하는 것을 저지하는 역지 밸브(13)가 장착되어 있다. 역지 밸브(13)는 유입구(113)에 끼워지는 수지제의 밸브 케이싱(131)과 버너 보디(11) 내를 향하는 밸브 케이싱(131)의 개구부에 개폐 가능하게 축지지된 수지제의 밸브판(132)으로 구성되어 있다.
도 5 및 도 6도 참조하여, 연소판부(12)는 액자형상의 버너 틀(121)과, 버너 틀(121)에 의해서 둘러싸이는 개구부(122)를 버너 보디(11)측(상측)에서 덮도록 설치되는 금속섬유제의 다공질체(123)와, 다공질체(123)의 혼합기의 흐름방향 상류측의 면인 이면(상면)에 겹쳐지게 배치되며, 다수의 분포구멍(124a)이 형성된 분포판(124)을 가지고 있다. 그리고, 버너 보디(11) 내로 공급된 혼합기가 분포구멍(124a)과 다공질체(123)를 통해서 개구부(122)에서 분출되어 전1차 연소(2차 공기가 불필요한 연소)된다. 또한, 개구부(122)는 전후방향을 따르는 단면형상이 원호형상으로 만곡되어 있고, 마찬가지로 다공질체(123) 및 분포판(124)도 전후방향을 따르는 단면형상이 원호형상으로 만곡되어 있다.
버너 틀(121)은 개구부(122)와 동일면 상에 위치하는 개구 주연부(121a)와, 개구 주연부(121a)에서 버너 보디(11)측(상측)으로 굴곡된 측판부(121b)와, 측판부(121b)의 상단에서 외측으로 돌출되는 틀 플랜지부(121c)를 가지고 있다. 그리고, 틀 플랜지부(121c)를 보디 플랜지부(112)와 케이싱 플랜지부(22)의 사이에 끼워넣고, 또한 틀 플랜지부(121c)와 보디 플랜지부(112)의 사이에 패킹(7)을 끼워서 밀봉성을 확보하고 있다. 또, 틀 플랜지부(121c)의 하면에 단열재(8)를 장착하고 있다.
다공질체(123)는 내열강 등의 금속섬유를 펠트상으로 적층한 부직포로 구성되어 있다. 이 부직포(123)의 혼합기의 흐름방향 하류측의 면인 표면(하면)은 금속제의 망상 시트(125)로 덮여져 있다. 부직포(123)를 구성하는 금속섬유의 굵기는 35∼100㎛ 정도로 할 수 있다. 그러므로, 금속섬유를 니트상으로 편성한 직포로 다공질체를 구성하는 상기 종래례와 같이 극세의 금속섬유가 불필요하게 되어, 다공질체(123)의 코스트를 저렴하게 할 수 있다. 그리고, 망상 시트(125)를 부가한다 하더라도 종래례의 것에 비해서 코스트 다운을 도모할 수 있다. 또, 부직포(123)만으로는 사용중에 금속섬유가 풀려서 탈락하게 되지만, 본 실시형태와 같이 부직포(123)의 표면을 망상 시트(125)로 덮으면, 부직포(123)에서 금속섬유가 탈락하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 연소판부(12)를 조립할 때에는, 우선 부직포(123)와 망상 시트(125)의 밀착성을 높이기 위해서, 부직포(123)의 표면에 망상 시트(125)를 겹친 상태에서 압축한다. 그 후, 부직포(123)의 이면에 분포판(124)을 겹친 상태에서 이것들의 주연부를 버너 틀(121)의 개구 주연부(121a)에 일정 간격으로 스폿 용접한다.
분포판(124)에는, 도 5에 2점 쇄선으로 나타내는 바와 같이, 분포구멍(124a)을 형성하지 않는 무구멍부(124b)가 띠형상, 예를 들면 종횡으로 교차하는 격자 모양의 띠형상으로 형성되어 있다. 이것에 의해서, 연소판부(12)에서 분출되는 혼합기를 무구멍부(124b)에 대응하는 영역에서 환류시켜서 연소의 안정성을 향상시킬 수 있다. 그러나, 부직포(123)의 두께가 5㎜를 넘으면, 부직포(123) 내부에서의 혼합기의 분산에 의해서 무구멍부(124b)에 대응하는 영역에서도 혼합기가 대량으로 분출하게 되어, 혼합기를 무구멍부(124b)에 대응하는 영역에서 잘 환류시킬 수 없게 된다. 또, 부직포(123)의 두께가 1㎜ 미만이 되면, 분포구멍(124a)에 대응하는 영역에서 통기저항이 너무 낮아지게 되고, 그 만큼 무구멍부(124b)에 대응하는 영역에서 보염(保炎)을 형성할 수 없게 되어, 화염 리프트를 일으키기 쉬워지게 된다. 따라서, 부직포(123)의 두께는 1∼5㎜로 하는 것이 바람직하다.
또, 저부하 연소시에는 혼합기가 망상 시트(125)의 근방에서 연소되어 망상 시트(125)가 적열된다. 망상 시트(125)가 금속의 단선(單線)을 망상으로 짠 철망으로 구성되어 있으면, 저부하 연소시의 적열에 의해서 망상 시트(125)가 열팽창하여 부직포(123)의 표면에서 망상 시트(125)가 들뜨게 되고, 망상 시트(125)의 이면측의 부직포(123)와의 사이의 틈새에서 혼합기가 연소되어 내구성이 손상되게 된다.
그래서, 본 실시형태에서는 망상 시트(125)를 도 7에 나타내는 바와 같이 내열강 등의 금속섬유(125a)(굵기 100㎛ 정도)를 복수개 묶어서 형성되는 선재(線材)(125b)를 망상으로 편성하여 이루어지는 것으로 하고 있다. 이것에 의하면, 금속섬유(125a)를 묶어서 형성되는 선재(125b)가 유연하기 때문에, 적열에 의한 열팽창이 선재(125b)의 변형에 의해서 흡수되어 부직포(123)의 표면에서의 망상 시트(125)의 들뜸을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 망상 시트(125)의 메시 사이즈(그물코의 최대 폭)(W)를 연소판부(12)에서 분출되는 혼합기의 소염거리(quenching distance) 이하로 하고 있다. 예를 들면, 연료가스의 종류가 13A이고 공기 과잉율이 1.3인 혼합기를 분출하는 경우, 소염거리는 2㎜이며, 메시 사이즈(W)를 2㎜ 이하로 한다. 이것에 의하면, 망상 시트(125)가 부직포(123)의 표면에서 들뜨는 일이 있어도, 화염이 망상 시트(125)의 이면측의 부직포(123)와의 사이의 틈새로 끌려들어가는 일이 없어, 이 틈새에서의 혼합기의 연소에 의해서 내구성이 악화되는 것을 방지할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 실시형태의 전1차 연소식 버너는 버너 보디(11)의 개방면(111)이 하측을 향하도록 배치되어 있으나, 이 개방면(111)이 상측을 향하도록 배치되는 전1차 연소식 버너에도 동일하게 본 발명을 적용할 수 있다. 또, 상기 실시형태에서는 버너 틀(121)의 개구부(122)를 덮도록 다공질체(123)를 설치하고 있으나, 다공질체 및 분포판을 원통형상으로 하고, 이 원통형상의 내부 공간에 공급된 혼합기가 분포판의 분포구멍과 다공질체를 통해서 외측으로 분출되도록 한 전1차 연소식 버너에도 동일하게 본 발명을 적용할 수 있다.
1 - 전1차 연소식 버너 12 - 연소판부
123 - 다공질체(부직포) 124 - 분포판
124a - 분포구멍 124b - 무구멍부
125 - 망상 시트 125a - 금속섬유
125b - 선재(線材)

Claims (5)

  1. 혼합기가 분출되는 연소판부를 구비하는 전1차 연소식 버너로서,
    연소판부는 금속섬유제의 다공질체와, 다공질체의 혼합기의 흐름방향 상류측의 면(面)인 이면에 겹쳐지게 배치되며 다수의 분포구멍이 형성된 분포판을 가지며, 혼합기가 분포구멍과 다공질체를 통해서 분출되도록 구성되는 것에 있어서,
    다공질체는 금속섬유를 펠트상으로 적층한 부직포로 구성되고,
    상기 부직포의 혼합기의 흐름방향 하류측의 면인 표면을 금속제의 망상 시트로 덮는 것을 특징으로 하는 전1차 연소식 버너.
  2. 청구항 1에 기재된 전1차 연소식 버너로서,
    상기 분포판에 상기 분포구멍을 형성하지 않는 무구멍부가 띠형상으로 형성되는 것에 있어서,
    상기 부직포의 두께를 1∼5㎜로 하는 것을 특징으로 하는 전1차 연소식 버너.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 망상 시트는 복수개의 금속섬유를 묶어서 형성되는 선재를 망상으로 편성하여 이루어지는 것인 것을 특징으로 하는 전1차 연소식 버너.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 망상 시트의 메시 사이즈는 상기 연소판부에서 분출되는 혼합기의 소염거리 이하인 것을 특징으로 하는 전1차 연소식 버너.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 망상 시트의 메시 사이즈는 상기 연소판부에서 분출되는 혼합기의 소염거리 이하인 것을 특징으로 하는 전1차 연소식 버너.
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