KR20220096022A - Burner, water heating apparatus and control method of same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 버너와, 이를 포함하는 물 가열기와, 버너의 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a burner, a water heater including the same, and a method for controlling the burner.
물 가열기는 용기 내의 유체를 가열하는 장치이다. 이러한 유체는 물일 수 있다. 물 가열기는 가열한 물을 수요처로 배출하거나, 난방을 위한 유로에 전달하여 원하는 영역을 난방할 수 있다.A water heater is a device that heats a fluid in a vessel. This fluid may be water. The water heater may heat a desired area by discharging heated water to a demand destination or transferring it to a heating flow path.
물 가열기의 물을 데우기 위해, 물 가열기는 버너를 이용해 연소반응을 일으켜 화염과 연소가스를 발생시키고, 화염으로부터 전달되는 열과 연소가스가 전달하는 열을 이용해 물을 가열할 수 있는 구조를 일반적으로 가진다.In order to heat the water of the water heater, the water heater generates a flame and combustion gas by causing a combustion reaction using a burner, and generally has a structure that can heat water using the heat transmitted from the flame and the heat transmitted from the combustion gas. .
버너가 연소반응을 일으키기 위해서는 연료가 필요하다. 연료로는 화석연료의 일종인 액화석유가스나 액화천연가스 등이 사용될 수 있으나, 오일 타입의 경유나 등유 등이 사용될 수도 있다.A burner needs fuel to initiate a combustion reaction. As the fuel, liquefied petroleum gas or liquefied natural gas, which are a kind of fossil fuel, may be used, but oil-type diesel or kerosene may be used.
오일 타입의 연료를 이용하여 질소산화물의 발생이 적은 버너를 이용한 물 가열기를 설계할 경우, 연료와 함께 공기를 고속으로 급기하는 방법이 필요할 수 있다. 그러나 고속으로 급기된 공기와 연료가 만나 착화 시, 화염이 있어야 할 위치에 정확하게 위치하지 못해 화염이 불안정해질 수 있다. 이 경우 착화가 원활하게 되지 못하고, 불완전연소가 일어나 질소산화물의 발생이 증대될 수 있다. 또한 불완전연소 발생시 그을음에 의해 노란색 화염이 형성될 가능성이 높고, 정해진 경로로 연소가스가 흐를 수 있도록 마련된 물 가열기 내부의 통로들이 막힐 수 있다.When designing a water heater using a burner that generates less nitrogen oxide using oil-type fuel, a method of supplying air together with fuel at high speed may be required. However, when the air and fuel supplied at high speed meet and ignite, the flame may not be located precisely where it should be and the flame may become unstable. In this case, ignition may not be smooth, and incomplete combustion may occur, which may increase the generation of nitrogen oxides. In addition, when incomplete combustion occurs, there is a high possibility that a yellow flame is formed by soot, and passages inside the water heater provided to allow combustion gas to flow in a predetermined path may be blocked.
또한 오일 타입의 연료를 이용하는 물 가열기의 가동 시, 적정 공기비로 착화된 상태에서 급기량을 순간적으로 증가시키면 (이를 위해 송풍기의 풍량을 저단에서 고단으로 변경시킬 수 있음) 공기비가 크게 변동되어 화염의 실화 가능성이 높아질 수 있다.In addition, when operating a water heater using oil-type fuel, if the supply air amount is momentarily increased while ignited at an appropriate air ratio (for this purpose, the air volume of the blower can be changed from a low stage to a high stage), the air ratio will fluctuate significantly and It may increase the likelihood of a realization.
그리고 착화 이후에도 공기비가 일정하게 유지되지 않으면 불완전연소로 인해 질소산화물의 발생이 증대될 수 있다.And if the air ratio is not kept constant even after ignition, the generation of nitrogen oxides may increase due to incomplete combustion.
본 발명은 이와 같은 문제들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 착화 시 화염의 안착률을 증대시켜 안정적인 연소를 구현한 버너, 이를 포함한 물 가열기 및 버너 제어방법을 제공하는 것이다.The present invention has been devised to solve such problems, and it is to provide a burner that realizes stable combustion by increasing a flame settling rate during ignition, a water heater including the same, and a burner control method.
본 발명의 실시예에 따른 버너는, 연소반응을 위한 연료를 제공하도록 마련되는 연료제공부; 상기 연소반응을 위한 공기를 송기하도록 마련되는 공기제공부; 제공된 연료와 공기가 발화하게 스파크를 일으키도록 마련되는 점화부; 및 상기 연료제공부, 상기 공기제공부 및 상기 점화부에 전기적으로 연결되는 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는: 점화를 위해 연료를 제공하고 스파크를 일으키도록 상기 연료제공부와 상기 점화부를 제어하고, 상기 스파크가 일어나 착화된 시점인 착화시점에 제공되는 공기의 유량보다, 상기 착화시점으로부터 소정의 지연시간 이후인 공기제공시점에 제공되는 공기의 유량이 더 많도록 상기 공기제공부를 제어한다.A burner according to an embodiment of the present invention includes a fuel supply unit provided to provide fuel for a combustion reaction; an air supply unit provided to blow air for the combustion reaction; an ignition unit provided to cause a spark to ignite provided fuel and air; and a processor electrically connected to the fuel supply unit, the air supply unit, and the ignition unit, wherein the processor: controls the fuel supply unit and the ignition unit to provide fuel for ignition and generate a spark, The air supply unit is controlled so that the flow rate of the air provided at the time of providing the air after a predetermined delay time from the time of ignition is greater than the flow rate of the air provided at the time of ignition, which is the time when the spark occurs and is ignited.
본 발명의 실시예에 따른 물 가열기는, 연소반응을 위한 연료를 제공하도록 마련되는 연료제공부와, 저단 및 고단 중 어느 하나의 세기에 따라 선택적으로 공기를 송기하도록 마련되는 공기제공부와, 제공된 연료와 공기가 발화하게 스파크를 일으키도록 마련되는 점화부를 포함하는 버너구조체; 상기 버너구조체에서 일으키는 연소반응에 의한 열을 이용해 물을 가열하도록 마련되는 열교환기; 및 상기 버너구조체에 전기적으로 연결되는 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는: 점화를 위해 연료를 제공하고 스파크를 일으키도록 상기 연료제공부와 상기 점화부를 제어하고, 상기 스파크가 일어나 착화된 시점에는 저단으로 공기를 제공하다가, 소정의 시간 이후부터는 고단으로 공기를 제공하도록 상기 공기제공부를 제어한다.A water heater according to an embodiment of the present invention includes: a fuel supply unit provided to provide fuel for a combustion reaction; a burner structure including an ignition unit provided to generate a spark to ignite fuel and air; a heat exchanger provided to heat water using heat generated by a combustion reaction generated by the burner structure; and a processor electrically connected to the burner structure, wherein the processor controls the fuel supply unit and the ignition unit to provide fuel for ignition and generate a spark, and move to a lower stage when the spark is ignited. While providing air, after a predetermined time, the air supply unit is controlled to provide air at a high stage.
본 발명의 실시예에 따른 버너 제어방법은, 소정의 유량의 공기를 제공하는 단계; 연료를 제공하는 단계; 스파크를 일으켜 제공된 공기와 연료를 발화시키는 단계; 및 스파크가 일어나 착화된 시점으로부터 소정의 시간 이후인 공기제공시점에, 상기 소정의 유량보다 큰 유량으로 공기를 제공하기 시작하는 단계를 포함한다.A burner control method according to an embodiment of the present invention includes the steps of providing air at a predetermined flow rate; providing fuel; generating a spark to ignite the provided air and fuel; and starting to provide air at a flow rate greater than the predetermined flow rate at an air supply time that is a predetermined time after the spark is generated and ignited.
이에 따라, 버너의 착화시 공기량이 급격하게 증가하여 화염이 실화(불꺼짐)되는 문제점을 방지하고 화염이 안정적으로 안착되어 안정적인 연소가 가능한 이점이 있다.Accordingly, there is an advantage in that the amount of air rapidly increases when the burner is ignited to prevent the flame from misfire (extinguishes), and stable combustion is possible because the flame is stably seated.
또한, 착화 후에도 일정한 공기비를 유지할 수 있어, 안정적인 연소가 가능하고 질소산화물의 발생이 저감될 수 있다. In addition, it is possible to maintain a constant air ratio even after ignition, so that stable combustion is possible and the generation of nitrogen oxides can be reduced.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기의 내부구조의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기의 내부 구조가 드러나도록 표시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기의 버너구조체를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기의 버너구조체에서 화염형성부를 분리한 상태를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기의 화염형성부를 내부의 구조가 드러나도록 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기의 화염형성부로부터 블로어튜브를 분해한 상황을 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기의 화염형성부의 종단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기의 플레임홀더, 점화 플러그, 연료노즐 및 화염형성 커버를 도시한 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기의 화염형성부의 저면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기의 플레임홀더를 도시한 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기의 버너에서 블로어와 관련된 부분들을 분해하여 도시한 사시도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기의 블로어의 분해사시도이다.
도 13은 예시적인 물 가열기의 공기제공부, 연료제공부 및 점화부의 제어정도를 세로축으로 하고 시간을 가로축으로 하여 나타낸 그래프이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기의 공기제공부, 연료제공부 및 점화부의 제어정도를 세로축으로 하고 시간을 가로축으로 하여 나타낸 도면이다.
도 15는 예시적인 물 가열기와 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기의 버너에서 착화 후 시간에 따른 산소비율을 각각 가로축과 세로축으로 하여 표시한 그래프이다.1 is a conceptual diagram of an internal structure of a water heater according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view showing the internal structure of the water heater according to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view illustrating a burner structure of a water heater according to an embodiment of the present invention.
4 is a perspective view showing a state in which the flame forming part is separated from the burner structure of the water heater according to an embodiment of the present invention.
5 is a perspective view showing the internal structure of the flame forming part of the water heater according to an embodiment of the present invention.
6 is a perspective view illustrating a situation in which the blower tube is disassembled from the flame forming part of the water heater according to an embodiment of the present invention.
7 is a longitudinal cross-sectional view of a flame forming part of a water heater according to an embodiment of the present invention.
8 is a perspective view illustrating a flame holder, a spark plug, a fuel nozzle, and a flame forming cover of a water heater according to an embodiment of the present invention.
9 is a bottom view of a flame forming part of a water heater according to an embodiment of the present invention.
10 is a perspective view illustrating a flameholder of a water heater according to an embodiment of the present invention.
11 is an exploded perspective view illustrating parts related to a blower in a burner of a water heater according to an embodiment of the present invention.
12 is an exploded perspective view of a blower of a water heater according to an embodiment of the present invention.
13 is a graph showing the degree of control of the air supply unit, the fuel supply unit, and the ignition unit of the exemplary water heater on the vertical axis and time on the horizontal axis.
14 is a view showing the degree of control of the air supply unit, the fuel supply unit, and the ignition unit of the water heater according to an embodiment of the present invention as the vertical axis and time as the horizontal axis.
15 is a graph showing oxygen ratios according to time after ignition in an exemplary water heater and a burner of a water heater according to an embodiment of the present invention as a horizontal axis and a vertical axis, respectively.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components are given the same reference numerals as much as possible even though they are indicated on different drawings. In addition, in describing the embodiment of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function interferes with the understanding of the embodiment of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, in describing the components of the embodiment of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used. These terms are only for distinguishing the component from other components, and the essence, order, or order of the component is not limited by the term. When it is described that a component is “connected”, “coupled” or “connected” to another component, the component may be directly connected or connected to the other component, but another component is between each component. It will be understood that may also be "connected", "coupled" or "connected".
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기(1)의 내부구조의 개념도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기(1)의 내부 구조가 드러나도록 표시한 사시도이다.1 is a conceptual diagram of the internal structure of a
도 1 및 도 2를 참조하면, 물 가열기(1)는, 열을 발생시킨 후 이로부터 발생한 연소가스와 물의 열교환을 통해 물을 가열하는 장치이다. 물 가열기(1)는 연소실(30), 버너구조체(20), 연관(40) 및 프로세서(P)를 포함한다. 물 가열기(1)는 케이스(10), 외함(60) 및 버플 플레이트(50)를 포함할 수 있다. 케이스(10)는 원통형으로 형성될 수 있으나, 그 형상이 이에 제한되지 않는다. 버너는 버너구조체(20)와 프로세서(P)를 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2 , the
다른 구성요소들을 내장하는 케이스(10)의 내부에 연소 반응이 일어나는 공간인 연소공간(300)을 제공하는 연소실(30)이 마련될 수 있고, 연소공간(300)에 버너구조체(20)가 배치되어 연소반응을 통해 열과 연소가스를 생성할 수 있다. 연소실(30)은 케이스(10)의 하측에 마련될 수 있으나 그 위치가 이에 제한되지는 않는다.A
연소실(30)은 연관(40)의 일단과 연통될 수 있다. 연소실(30)과 연관(40)의 외부에 배치되어 연소실(30)과 연관(40)의 주위로 물이 흐를 수 있게 마련되는 중공(70)이 케이스(10) 내에 형성될 수 있다. 연소실(30)에서 생성된 연소가스가 연관(40)을 통해 연관(40)의 타단으로 배출되는 동안, 연관(40)과 연소실(30) 주변의 중공(70)에서 유동하는 물이 연소가스로부터 열을 전달받아 가열되어 배출될 수 있다.The
연관(40)은 도 1의 상하방향을 따라 연장될 수 있고, 그 내부를 통해 물이 유동할 수 있다. 연관(40) 내부에는 버플 플레이트(50)가 배치될 수 있다. 버플 플레이트(50)가 배치되어, 연관(40) 내에서 유동하는 연소가스가 유동하는 경로가 결정될 수 있다.The
연관(40)은 연소가스가 내부에서 유동하게 마련되는 구성요소로, 도시된 것과 같이 물 가열기에 복수개가 배치될 수 있다. 연관(40) 내에는 버플 플레이트(50)가 삽입된다. 연관(40)의 일단은 연소실(30)과 연통될 수 있다. 연관(40)은 중공(70)을 가로질러 연관(40)의 타단이 외부로 연소가스를 배출하도록 배치될 수 있다. 연관(40)의 일단은 하측에 위치한 하단일 수 있고, 타단은 상측에 위치한 상단일 수 있다.The
버너구조체(20)는 공기와 연료로부터 연소반응을 일으키게 마련된다. 물 가열기(1)의 버너구조체(20)가 사용하는 연료는 오일 타입일 수 있다. 즉 물 가열기(1)는 오일 보일러일 수 있다. 연료가 분사되는 버너구조체(20)의 말단은 연소실(30)에 위치하여, 연소실(30)의 연소공간(300)에서 연소반응이 일어나도록 할 수 있다.The
외함(60)은 도 1에서 설명된 물 가열기(1)의 내부구조들을 내장하는 구성요소이다. 외함(60)은 도시된 것과 같이 직육면체의 형상을 가질 수 있으나, 그 형상이 이에 제한되지는 않는다. 외함(60)에는 프로세서(P)가 설치될 수 있다.The
프로세서(P)는 제어명령을 수행하는 논리 연산이 가능한 소자를 포함하는 구성요소로, CPU(Central Processing Unit) 등을 포함할 수 있다. 프로세서(P)는 각종 구성요소들에 연결되어, 제어명령에 따른 신호를 각 구성요소들에 전달할 수 있고, 각종 센서 또는 획득부들에 연결되어 획득된 정보를 신호의 형태로 전달받을 수 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에서, 프로세서(P)는 물 가열기(1)가 포함하는 공기제공부(22), 점화부(24), 연료노즐(23) 등에 전기적으로 연결될 수 있다. 프로세서(P)는 각각의 구성요소들과 전기적으로 연결될 수 있으므로, 도선으로 연결되거나, 무선으로 통신 가능한 통신 모듈을 더 가져 상호 통신할 수 있다.The processor P is a component including an element capable of performing a logical operation for performing a control command, and may include a central processing unit (CPU) or the like. The processor P may be connected to various components to transmit a signal according to a control command to each component, and may receive information obtained by being connected to various sensors or acquisition units in the form of signals. Therefore, in one embodiment of the present invention, the processor (P) may be electrically connected to the
물 가열기(1)는 저장매체를 더 포함하여, 프로세서(P)가 수행하는 제어명령들이 저장매체에 저장되어 활용될 수 있다. 저장매체는 HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Drive), 서버, 휘발성 매체, 비휘발성 매체 등과 같은 장치일 수 있으나, 그 종류가 이에 제한되지는 않는다. 저장매체에는 이 밖에도 프로세서(P)가 작업을 수행하기 위해 필요로 하는 데이터 등이 더 저장될 수 있다.The
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기(1)의 버너구조체(20)를 나타낸 사시도이다. 3 is a perspective view showing the
버너구조체(20)는 연소반응을 일으키는 구성요소로, 연료노즐(23), 점화부(24) 및 공기제공부(22)를 포함한다. 버너구조체(20)는 하우징(21), 플레임홀더(25), 튜브프레임(28), 블로어튜브(26) 및 연료펌프(27)를 더 포함할 수 있다.The
하우징(21)은 버너구조체(20)의 구성요소들을 감싸거나 각 구성요소와 결합된 뒤 케이스(10)와 결합되어 버너구조체(20)의 구성요소들의 케이스(10)에 대한 상대적인 위치를 고정하는 구성요소이다. 하우징(21)은 공기제공부(22)와 화염형성부가 결합되고, 케이스(10)에 결합되어 연소실(30)의 개구를 덮는 연소실 커버(211) 및 연소실 커버(211)에 결합되어 화염형성부를 덮는 화염형성 커버(212)를 포함할 수 있다. 또한 연소실 커버(211)에는 공기제공부(22)가 케이스(10)의 외측에서 결합되도록 마련되는 블로어 결합부(213)가 형성될 수 있다.The
연료펌프(27)는 외부로부터 제공받거나 별도의 연료탱크에 저장된 연료를 연료공급관(273)을 통해 연료노즐(23)로 압송하는 장치이다. 따라서 연료펌프(27)는 연료를 가압할 수 있는 장치를 포함하는 연료압력형성부(271)와, 전력에 의해 구동됨에 따라 이러한 연료압력형성부(271)가 구동될 수 있는 동력을 생성하여 제공하는 연료모터(272)를 포함할 수 있다.The
버너구조체(20)는 화염확인부를 더 포함할 수 있다. 화염확인부는 연소반응에 의해 형성된 화염의 유무를 확인할 수 있는 구성요소로, 프로세서(P)에 전기적으로 연결될 수 있다. 화염확인부는 화염에 의한 자외선의 발생여부를 확인할 수 있는 UV센서를 포함할 수 있으나, 화염확인부가 화염을 확인하기 위해 포함할 수 있는 수단은 이에 제한되지 않는다. 화염확인부는 화염형성 커버(212)를 관통하여, 화염형성 커버(212)에 결합될 수 있다.The
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기(1)의 버너구조체(20)에서 화염형성부를 분리한 상태를 나타낸 사시도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기(1)의 화염형성부를 내부의 구조가 드러나도록 도시한 사시도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기(1)의 화염형성부로부터 블로어튜브(26)를 분해한 상황을 도시한 사시도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기(1)의 화염형성부의 종단면도이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기(1)의 플레임홀더(25), 점화부(24), 연료노즐(23) 및 화염형성 커버(212)를 도시한 사시도이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기(1)의 화염형성부의 저면도이다.4 is a perspective view showing a state in which the flame forming part is separated from the
화염형성부는 플레임홀더(25), 튜브프레임(28), 블로어튜브(26), 연료노즐(23) 및 점화부(24)를 포함할 수 있다. 화염형성부에서 연료와 공기가 섞이며 화염이 일어나 연소실(30)의 연소공간(300)에 화염이 배치되도록 할 수 있다.The flame forming unit may include a
화염형성부 - 연료노즐(23)Flame forming part - fuel nozzle (23)
연료제공부는 연료노즐(23)과 연료펌프(27)를 포함할 수 있다. 연료노즐(23)은 연소공간(300)에 오일 타입의 연료를 분무하는 구성요소이다. 따라서 연료노즐(23)은 연료공급관(273)을 통해 연료펌프(27)와 연결되어, 연료펌프(27)로부터 오일 타입의 연료를 전달받을 수 있고, 연료펌프(27)가 연료를 압송한 그 압력으로 연소공간(300)에 연료를 분무한다. 연소공간(300)에 연료노즐(23)이 연료를 분무하는 방향을 기준방향(D)이라 하자. 기준방향(D)은 버너구조체(20)가 케이스(10)에 삽입되는 방향일 수 있고, 연료노즐(23)이 연장되는 방향일 수 있다.The fuel supply unit may include a
연료노즐(23)이 연료를 분무하는 유량은, 연료펌프(27)에 의해서 결정될 수 있다. 연료노즐(23)은 화염형성 커버(212)를 관통하여 배치될 수 있다. 연료노즐(23)의 기준방향(D)측 말단이자 연료가 분사되는 출구가 형성되는 부분인 노즐 내측단(231)은 도시된 것과 같이 연소실(30)의 내측에 위치할 수 있고, 기준방향(D)을 따라 하우징(21)을 관통하는 기둥형의 노즐 몸체(232)로부터 연장되면서 기준방향(D)에 직교한 평면으로 자른 단면에서의 단면적이 줄어드는 형태를 가질 수 있다.The flow rate at which the
화염형성부 - 점화부(24)Flame forming part - ignition part (24)
점화부(24)는 분무된 연료와 분사된 공기가 혼합된 혼합 물질을 발화시키는 구성요소이다. 본 발명의 일 실시예에서는 점화부(24)를 점화 플러그인 것으로 설명하나, 점화 플러그가 아닌 다른 방식으로 점화를 실시하는 장치가 점화부(24)로 사용될 수도 있다. 점화부(24)는 전기 스파크를 일으켜 혼합 물질이 점화되어 발화하도록 할 수 있다. 오일 타입의 연료가 분무되고, 공기가 분사되어 화염형성부 및 연소공간(300)에서 혼합되어 혼합 물질을 형성한 상황에서 전기 스파크가 발생함에 따라, 화염이 형성될 수 있다.The
플러그 몸체(242)는 하우징(21)을 기준방향(D)을 따라 관통하고, 점화부(24)의 기준방향(D) 반대측 말단은 프로세서(P) 또는 전원에 전기적으로 연결될 수 있다. 점화부(24)의 기준방향(D)측 말단인 플러그 내측단(241)은 연소실(30)의 내측에서 노즐 내측단(231)과 인접하게 배치될 수 있다. 연료노즐(23)은 기준방향(D)을 따라 바라볼 때 블로어튜브(26)의 중심에 배치될 수 있는데, 점화부(24)는 이러한 연료노즐(23)의 주변에 배치될 수 있다. 플러그 내측단(241)은 플러그 몸체(242)로부터 기준방향(D)을 따라 가면서 노즐 내측단(231)에 가까워지는 방향으로 경사진 형태를 가질 수 있다. 플러그 내측단(241)에서 스파크가 형성될 수 있다.The
화염형성부 - 블로어튜브(26)Flame forming part - blower tube (26)
블로어튜브(26)는 연소실(30)의 내측으로 삽입된 연료노즐(23)과 점화부(24)의 일부분을 둘러싸고 공기제공부(22)와 연결되는 부분이다. 블로어튜브(26)는 공기제공부(22)에 의해 압송된 공기가 유동하는 내부 공간과, 연소공간(300)을 향해 개방된 개구인 배출개구를 가질 수 있다. 따라서 연료노즐(23)에 의해서 분무되는 연료와 공기제공부(22)에 의해 압송되는 공기는 배출개구를 통해 연소공간(300)으로 배출될 수 있고, 스파크가 일어나면서 화염을 형성할 수 있다. 배출개구는 플레임홀더(25)에 의해 적어도 일부가 덮일 수 있다.The
블로어튜브(26)는 원기둥형태의 외관을 가지고 기준방향(D) 반대측 말단이 하우징(21)에 결합되는 직관부(262)를 포함할 수 있다. 블로어튜브(26)는 직관부(262)의 기준방향(D)측 말단으로부터 기준방향(D)을 따라가면서, 기준방향(D)에 직교하는 평면으로 자른 단면의 단면적이 줄어드는 부분인 테이퍼부(261)를 포함할 수 있다. 즉 테이퍼부(261)는 블로어튜브(26)의 기준방향(D)측 말단과 인접한 영역인 튜브 말단영역에 해당할 수 있다. 테이퍼부(261)의 내측에 플레임홀더(25)가 배치될 수 있다. 직관부(262)의 내측에는 튜브프레임(28)이 배치되고, 직관부(262)의 내측면에 튜브프레임(28)이 결합될 수 있다.The
블로어튜브(26)의 테이퍼부(261)의 내측면과 플레임홀더(25)의 외측면은 소정의 간격을 두고 서로 이격될 수 있다. 즉 블로어튜브(26)와 플레임홀더(25)는 서로 접촉하지 않을 수 있고, 배출개구를 플레임홀더(25)가 전부 가리지 않을 수 있다. 상기 소정의 간격은 0.8mm 이상 1.8mm 이하일 수 있으나, 버너구조체(20)가 발생시키는 열량 또는 기타 특성에 따라 달라질 수 있다. 기준방향(D)을 따라 블로어튜브(26)와 플레임홀더(25)를 바라볼 때, 배출개구와 플레임홀더(25)는 동심원을 형성할 수 있다. The inner surface of the tapered
화염형성부 - 튜브프레임(28)Flame Forming Part - Tube Frame (28)
튜브프레임(28)은 화염형성부 내의 구성요소들의 상대적인 위치를 고정하기 위해 배치되는 구성요소이다. 튜브프레임(28)은 블로어튜브(26)의 직관부(262)의 내측면에 결합되는 튜브연결부(281)와, 튜브연결부(281)에 연결되되 플레임홀더(25)에 결합되는 홀더연결부(282)를 포함할 수 있다. 따라서 튜브프레임(28)은 블로어튜브(26)와 플레임홀더(25)가 서로 접촉하지 않고 이격되되, 기준방향(D)을 따라 바라볼 때 동심원을 그릴 수 있는 상대적인 위치관계가 유지될 수 있도록 한다. The
튜브연결부(281)는 직관부(262)의 내측면에 접촉하며 결합될 수 있도록 원판형으로 형성될 수 있다. 튜브연결부(281)의 중심에는 개구가 형성되어 연료노즐(23)이 삽입 및 고정될 수 있다. 홀더연결부(282)는 튜브연결부(281)로부터 기준방향(D)을 따라 돌출되어 플레임홀더(25)에 결합될 수 있도록, 기둥과 같은 형태로 형성될 수 있고, 안정적으로 플레임홀더(25)를 지지할 수 있도록 복수 개 배치될 수 있다. 홀더연결부(282)의 기준방향(D)측 말단은 플레임홀더(25)에 형성되는 결합공(256)에 삽입되거나, 결합공(256)에 삽입된 체결구와 체결되어 플레임홀더(25)와 결합될 수 있다.The
튜브프레임(28)은 블로어튜브(26)와 플레임홀더(25)의 상대적인 위치관계의 유지를 위한 것이므로, 무게를 줄이기 위해 형성되는 다수의 구멍을 포함할 수 있다. 이러한 구멍 중 하나를 점화부(24)가 관통할 수 있다.Since the
화염형성부 - 플레임홀더(25)Flame Forming Part - Flame Holder (25)
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기(1)의 플레임홀더(25)를 도시한 사시도이다.10 is a perspective view showing the
플레임홀더(25)는 원활한 화염형성을 위해 배치되는 구성요소이다. 플레임홀더(25)는 홀더판(251)과 홀더둘레부(252)를 포함할 수 있다. 플레임홀더(25)는 홀더판(251)에 형성되는 중심개구(253), 와류개구(254), 결합공(256) 및 와류날개(255)를 더 포함할 수 있다.The
홀더판(251)은 판형으로 형성되어, 블로어튜브(26)에 형성되는 배출개구를 적어도 일부 가리도록 배치되는 구성요소이다. 본 발명의 일 실시예에서는 홀더판(251)이 원판형으로 형성되는 것으로 도시하였으나, 그 형태가 이에 제한되지는 않는다.The
홀더둘레부(252)는 홀더판(251)의 둘레로부터 기준방향(D)을 따라 연장된 부분으로, 본 발명의 일 실시예에서는 홀더판(251)이 원판형으로 형성되므로, 홀더판(251)의 원주를 따라 기준방향(D)으로 돌출된 원환의 형태를 가질 수 있다. 그러나 홀더둘레부(252)의 형태가 이에 제한되지는 않는다.The
중심개구(253)는 연료노즐(23)에 의해 분무된 연료가 연소공간(300)에 도달하도록 홀더판(251)의 중심에 형성되는 개구이다. 중심개구(253)를 통해서 공기가 배출될 수도 있다. 중심개구(253)는 원형으로 형성될 수 있으나, 도시된 것과 같이 둘레의 일부분이 직선형으로 형성되는 불완전한 원형으로 형성될 수 있으며, 그 형상이 이에 제한되지는 않는다.The
와류개구(254)는 홀더판(251)에 형성되는 다른 개구로, 복수로 형성될 수 있다. 와류개구(254)는 중심개구(253)의 주변에 방사형으로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 4개의 와류개구(254)가 등각인 90도를 형성하며 배치되는 것으로 도시한 도면을 바탕으로 설명하나, 그 개수와 배치가 이에 제한되지는 않는다. 와류개구(254)가 형성됨에 따라, 공기제공부(22)에 의해 블로어튜브(26)로 제공된 공기가 연소공간(300)으로 이동하며 와류를 형성해 연료와 함께 화염을 형성할 수 있다.The
와류날개(255)는 와류개구(254)와 인접하게 홀더판(251)에 배치되는 부분이다. 와류날개(255)는 와류날개(255)의 개수와 대응되는 개수를 가질 수 있다. 와류날개(255)는 와류개구(254)의 둘레로부터 돌출되되, 와류개구(254)를 통해 배출되는 공기가 동일한 방향으로 회전하게 공기를 가이드하도록 배치될 수 있다.The
와류날개(255)는 와류개구(254)의 둘레로부터 연소공간(300)의 외측, 즉 기준방향(D)의 반대방향으로 돌출될 수 있다. 와류날개(255)는 기준방향(D)의 반대방향에 대해 일 방향으로 경사지게 형성될 수 있다. 구체적으로, 플레임홀더(25)를 기준방향(D)을 따라 바라봤을 때, 와류개구(254) 각각의 둘레는, 중심개구(253)로부터 방사형으로 연장된 시계방향측 모서리와 반시계방향측 모서리를 가질 수 있다. 복수의 와류날개(255)는 복수의 와류개구(254)의 시계방향측 모서리들 또는 반시계방향측 모서리들 중 공통된 방향의 모서리들로부터 돌출되되, 기준방향(D)의 반대방향에 대해 반시계방향 또는 시계방향으로 경사진 형상을 가질 수 있다. 따라서 플레임홀더(25)를 기준방향(D)을 따라 바라봤을 때, 와류날개(255)는 와류개구(254)를 적어도 일부 가릴 수 있다. 도면에서 드러난 본 발명의 일 실시예에서는, 복수의 와류개구(254)의 시계방향측 모서리들로부터 돌출되되, 기준방향(D)의 반대방향에 대해 반시계방향으로 경사진 형상을 가진다.The
상술한 와류날개(255)와 와류개구(254)의 형상에 의해, 블로어튜브(26)의 내부 공간으로부터 플레임홀더(25)를 거쳐 배출되는 공기가, 와류날개(255)의 형상을 따라 회오리쳐 와류를 형성할 수 있고, 분무된 연료와 함께 혼합 물질을 보다 잘 생성할 수 있다. 따라서 화염이 원활하게 형성되어, 화염이 플레임홀더(25)로부터 떨어져 나가는 리프팅 현상의 발생이 저감될 수 있다.Due to the shape of the
홀더판(251)에는 결합공(256)이 형성되어, 상술한 튜브프레임(28)의 홀더연결부(282)와 결합될 수 있다. 결합공(256)은 복수로 형성될 수 있고, 플레임홀더(25)가 균형있게 지지되도록, 홀더판(251)의 중심을 기준으로 서로 등간격 및 등각을 형성하며 배치될 수 있다.A
공기제공부(22)Air supply unit (22)
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기(1)의 버너구조체(20)에서 공기제공부(22)와 관련된 부분들을 분해하여 도시한 사시도이다. 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기(1)의 공기제공부(22)의 분해사시도이다.11 is an exploded perspective view illustrating parts related to the
공기제공부(22)는 외부로부터 공급된 공기를 연소공간(300)에 압송하기 위한 장치이다. 공기제공부(22)는 공기를 압축시켜 블로어튜브(26)로 전달하기 위한 임펠러(224)와, 임펠러(224)를 회전시키기 위한 회전 구동력을 생성하여 임펠러(224)에 전달하는 블로어 모터(223)를 포함할 수 있다. 공기제공부(22)는 블로어 결합부(213)에 내장되는 임펠러(224)를 덮을 수 있는 임펠러 커버(222)와, 임펠러 커버(222)에 안착된 블로어 모터(223)를 덮는 모터 커버(221)를 포함할 수 있다.The
모터 커버(221)는 내부에 블로어 모터(223)를 내장할 수 있도록 형성될 수 있다. 모터 커버(221)는 블로어 모터(223)를 내장한 채로 하우징(21)에 결합 및 고정될 수 있다. 모터 커버(221)는 블로어 모터(223)를 내장하는 모터 내장부(2211)와, 외부로부터 공기가 유입되는 통로가 되는 공기유입부(2212)를 포함할 수 있다. 공기유입부(2212)를 통해 외부로부터 공기가 모터 내장부(2211)에 유입될 수 있고, 유입된 공기가 임펠러(224)로 전달되어 블로어튜브(26)로 압송될 수 있다.The
블로어 모터(223)는 고정자(2232)와, 샤프트(2234)와, 회전자(2233)와, 모터프레임을 포함할 수 있다. 모터프레임 내에 고정자(2232)와 회전자(2233)가 배치되고, 모터프레임이 임펠러 커버(222)에 결합되어 블로어 모터(223)를 다른 구성요소들에 대해 고정시킬 수 있다. 고정자(2232)는 환형으로 형성되되 복수 회 전도성의 코일을 감은 형태로 형성될 수 있다. 회전자(2233)는 고정자(2232)의 중심에 기준방향(D)을 따라 개방되어 형성된 개구에 삽입되되, 전도성의 물질로 형성될 수 있다. 전원이 블로어 모터(223)에 인가되면, 고정자(2232)와 회전자(2233)의 전자기적 상호작용에 의해 회전자(2233)가 기준방향(D)을 축방향으로 회전할 수 있다.The
회전자(2233)의 중심에는 기준방향(D)을 따라 연장되는 샤프트(2234)가 삽입된다. 샤프트(2234)는 후술할 임펠러(224)의 동력전달부(2242)에 결합되어, 회전자(2233)의 회전을 임펠러(224)로 전달할 수 있다. 즉 임펠러(224) 역시 기준방향(D)을 축방향으로 회전할 수 있다.A
임펠러 커버(222)는 환형의 판형으로 형성될 수 있다. 임펠러 커버(222)는 블로어 결합부(213)에 내장되는 임펠러(224)를 덮으며 하우징(21)에 결합될 수 있다. 임펠러 커버(222)의 상면에 블로어 모터(223)가 결합될 수 있고, 모터 커버(221)가 결합될 수 있다. 모터 커버(221)를 통해 유입된 공기는 임펠러 커버(222)의 중심에 형성된 구멍을 통해서 임펠러(224)의 중심으로 전달 될 수 있다. 샤프트(2234)는 임펠러 커버(222)의 중심에 형성된 구멍을 통과하여 임펠러(224)의 동력전달부(2242)에 결합될 수 있다.The
임펠러(224)는 회전함으로써 유입된 공기를 압축하여 송기한다. 따라서 임펠러(224)는 특수한 형상을 가질 수 있는데, 완만한 원뿔 또는 원뿔대형으로 형성된 몸체의 외측면에 나선형의 날개가 복수 개 서로 이격되어 배치되는 방식으로 형성될 수 있다. 그러나 임펠러(224)의 형상이 이에 제한되지는 않는다.The
임펠러(224)의 입구는 원뿔의 꼭지점 또는 원뿔대의 상면에 해당하는 영역이다. 즉 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러(224)의 중심에 형성되는 동력전달부(2242)와 슈라우드(2241) 사이에 형성되는 환형의 구멍이 임펠러(224)의 입구로 작용할 수 있다. 임펠러(224)의 입구를 통해 유입된 공기가 임펠러(224)의 회전에 따라 날개와 날개 사이의 공간을 통해 임펠러(224)의 반경 방향으로 형성되는 임펠러(224)의 출구로 전달되고, 압축된 상태에서 배출될 수 있다. 임펠러(224)는 날개를 덮는 슈라우드(2241)를 더 포함할 수 있다. 하우징(21)에는 블로어 결합부(213)와 블로어튜브(26)를 연통하는 공기통로가 형성될 수 있다. 임펠러(224)의 출구는 이러한 공기통로로 압축된 공기를 송기한다.The inlet of the
공기제공부(22)는 복수의 서로 다른 풍속으로 공기가 블로어튜브(26)에 압송되도록 제어될 수 있다. 프로세서(P)는 공기제공부(22)가 저단 또는 고단으로 작동하도록 공기제공부(22)를 제어할 수 있다. 프로세서(P)는 블로어 모터(223)에 상이한 크기의 전류를 제공함으로써 블로어 모터(223)가 저단 또는 고단으로 작동되도록 제어할 수 있다. 저단에서 프로세서(P)는 블로어 모터(223)에 소정의 저단 전류를, 고단에서 프로세서(P)는 블로어 모터(223)에 저단 전류보다 큰 고단 전류를 제공할 수 있다. 프로세서(P)는, 착화시점에는 저단으로, 착화 이후에는 고단으로 작동하도록 공기제공부(22)를 제어할 수 있다. The
저단은 소정의 풍속인 저단 풍속으로 공기를 제공하도록, 블로어 모터(223)가 저단 속도로 회전하는 상태를 의미한다. 저단 속도는 버너구조체(20)의 저단 공기비 또는 발생시키는 열량에 따라 정해질 수 있다. 고단은 저단 풍속보다 큰 고단 풍속으로 공기를 제공하도록, 블로어 모터(223)가 저단 속도보다 큰 고단 속도로 회전하는 상태를 의미한다. 여기서 저단 속도는 고단 속도의 20% 내지 60%인 속도일 수 있다. 예를 들어 저단 속도는 1400 rpm 이상 2600rpm 이하일 수 있고, 고단 속도는 3000rpm 이상 3400rpm 이하일 수 있다. 공기제공부(22)가 상술한 것과 같이 착화 시점 및 착화 이후 서로 다르게 제어되어, 착화시 지나치게 강한 공기의 풍속으로 인해 발생할 수 있는 화염의 리프팅 현상을 방지하되, 착화 이후에는 높은 열량을 얻을 수 있도록 강한 풍속으로 공기를 제공할 수 있다.The low stage means a state in which the
도 13은 예시적인 물 가열기의 공기제공부, 연료제공부 및 화염의 상태를 세로축으로 하고 시간을 가로축으로 하여 나타낸 그래프이다. 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기(1)의 공기제공부(22), 연료제공부 및 화염의 상태를 세로축으로 하고 시간을 가로축으로 하여 나타낸 도면이다. 도 15는 예시적인 물 가열기와 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기(1)의 버너에서 착화 후 시간에 따른 연소가스의 산소비율을 각각 가로축과 세로축으로 하여 표시한 그래프이다.13 is a graph showing the state of the air supply unit, the fuel supply unit, and the flame of the exemplary water heater on the vertical axis and time on the horizontal axis. 14 is a view showing the state of the
도 13에 도시된 그래프는 각각 예시적인 물 가열기의 공기제공부가 제공하는 공기의 유량(얇은 실선), 화염확인부에 의해서 확인되는 화염의 상태(굵은 실선) 및 연료제공부가 제공하는 연료의 유량(점선)을 시간에 따라 나타낸 것이다. 도 14에서는 도 13과 동일한 자료에 대한 그래프를 나타낸 것이되, 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기(1)의 공기제공부(22) 및 연료제공부에 대한 자료라는 점에서 도 13과 차이가 있다. 화염의 상태는 높은 값을 가질수록 더 약한 화염의 세기가 확인되었음을 의미한다.The graphs shown in FIG. 13 are respectively the flow rate of air provided by the air supply unit of the exemplary water heater (thin solid line), the state of the flame confirmed by the flame confirmation unit (thick solid line), and the flow rate of fuel provided by the fuel supply unit ( The dotted line) is plotted with time. 14 shows a graph for the same data as in FIG. 13, but differs from FIG. 13 in that it is data about the
도 15에서는 예시적인 물 가열기의 버너에서 착화 후 연소가스에서 확인할 수 있는 시간에 따른 퍼센티지로 나타낸 산소비율(얇은 실선)과, 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기(1)의 버너에서 착화 후 연소가스에서 확인할 수 있는 시간에 따른 산소비율(굵은 실선)을 나타낸 것이다. 산소비율은 버너에서 공기제공부(22)와 연료제공부가 제공하는 공기 및 연료에 의해서 연소반응을 일으킴에 따라 발생하는 연소가스 중 산소의 조성비를 의미한다. 다만 도 15에서의 수치는 예시를 위해 제시한 것으로, 물 가열기(1)의 안정적인 연소를 위한 산소비율이 반드시 이 수치에 제한되지는 않는다.In Figure 15, the oxygen ratio (thin solid line) expressed as a percentage over time that can be confirmed in the combustion gas after ignition in the burner of the exemplary water heater, and after ignition in the burner of the
이하 서술할 프로세서(P)의 제어내용을 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 버너 제어방법이 수행될 수 있다.The burner control method according to an embodiment of the present invention may be performed according to the control contents of the processor P to be described below.
도 13과 도 15를 참조하면, 예시적인 물 가열기에서는 점화를 위해 스파크가 일어나 착화가 되는 P2의 시점인 착화시점(t1)에 공기제공부는 공기를 고단으로 송기하도록, 점화부는 스파크를 일으키도록 프로세서에 의해 제어될 수 있다. 그러나 이러한 제어가 이루어질 경우, 착화시점(t1)에 지나치게 많은 산소가 빠르게 공급된 후, 산소 공급량이 유지되는 상황에서 연소가스 중 산소가 아닌 기체가 차지하는 비중이 높아지면서, 연소가스 중 산소의 조성비가 지속적으로 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 이와 같이 고속으로 급기된 공기와 연료가 만나 발화 시, 화염이 있어야 할 위치에 정확하게 위치하지 못해 화염이 불안정해지거나 실화(불꺼짐)가 발생할 수 있다. 13 and 15 , in the exemplary water heater, at the ignition time t 1 , which is the point of P2 where a spark is generated and ignited for ignition, the air supply unit blows air to a high stage, and the ignition unit generates a spark It can be controlled by the processor. However, when such control is performed, after too much oxygen is rapidly supplied at the ignition time point (t 1 ), in a situation where the oxygen supply amount is maintained, the proportion of gas other than oxygen in the combustion gas increases, and the composition ratio of oxygen in the combustion gas It can be seen that is continuously decreasing. In this way, when the air supplied at high speed meets the fuel and ignites, the flame may not be accurately positioned where the flame should be, causing the flame to become unstable or a misfire (extinguishment) may occur.
따라서 도 14와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기(1)의 프로세서(P)는, 점화를 위해 연료를 제공하고 스파크를 일으키도록 연료제공부와 점화부(24)를 제어하고, 스파크가 일어나 착화된 시점인 착화시점(t1)에 제공되는 공기의 유량보다, 착화시점(t1)으로부터 소정의 지연시간 이후인 공기제공시점(t2)에 제공되는 공기의 유량이 더 많도록 공기제공부(22)를 제어할 수 있다. 달리 표현하여, 착화시점(t1)에는 저단으로 공기를 제공하다가, 소정의 시간 이후인 공기제공시점(t2)부터는 고단으로 공기를 제공하도록 공기제공부(22)를 프로세서(P)가 제어할 수 있다. 스파크가 일어나기 전에도 저단으로 공기가 제공될 수 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기(1)에서는 최초 P1 위치의 산소비율을 얻을 수 있다. 도 13과 도 14의 굵은 실선의 그래프가 높은 위치에서 유지되다가 착화시점(t1)에 소정의 위치로 하강하여 유지되는 것을 볼 때, 착화시점(t1) 이전에는 화염이 존재하지 않다가, 착화시점(t1) 이후부터 착화되어 화염이 존재함을 알 수 있다.Accordingly, as shown in FIG. 14, the processor P of the
공기제공시점(t2)은 산소비율에 따라서 결정될 수 있다. 구체적으로, 착화시점(t1) 이후 처음으로 도 15의 P3에 위치한 산소비율인 공기제공 산소비율에 도달할 때, 공기제공시점(t2)에 도달한 것으로 보고, 프로세서(P)는 공기제공부(22)가 고단으로 작동하도록 제어할 수 있다. 공기제공 산소비율은, P4에 위치한, 물 가열기(1)가 최종적으로 도달하고자 하는 산소비율인 목표산소비율보다 높을 수 있다. 목표산소비율에 도달한 이후부터, 프로세서(P)는 제공되는 연료의 유량과 공기의 유량이 고정되도록 연료제공부와 공기제공부(22)를 제어할 수 있다.The air supply time (t 2 ) may be determined according to the oxygen ratio. Specifically, when the air-provided oxygen ratio, which is the oxygen ratio located in P3 of FIG. 15 for the first time after the ignition point (t 1 ) is reached, it is considered that the air-supplied time point (t 2 ) has been reached, and the processor (P)
프로세서(P)는 이러한 공기제공 산소비율이 달성될 수 있는 공기제공시점(t2)과 착화시점(t1)의 간격인 지연시간(t2-t1)을 실험적으로 얻어 저장하였다가 사용할 수 있다. 그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기(1)가 산소비율을 획득할 수 있고 프로세서(P)에 전기적으로 연결되는 수단을 더 포함하여, 산소비율을 프로세서(P)가 모니터링 해 공기제공 산소비율에 도달할 때 공기제공부(22)가 고단으로 작동하도록 제어할 수도 있다.The processor (P) experimentally obtains and stores the delay time (t 2 -t 1 ), which is the interval between the air supply time (t 2 ) and the ignition time (t 1 ) at which this air-supplied oxygen ratio can be achieved, and can be stored and used. have. However, the water heater (1) according to an embodiment of the present invention can obtain the oxygen ratio and further includes a means electrically connected to the processor (P), the oxygen ratio is monitored by the processor (P) to provide oxygen When the ratio is reached, the
공기를 착화시점(t1)으로부터 지연하여 증가시켜 제공함에 따라, 도 15에 도시된 것과 같이 예시적인 물 가열기에 비해 비교적 일정한 산소비율을 유지할 수 있다. 따라서 착화시점(t1)에 화염이 날아가거나 플레임홀더(25)에 정상적으로 유지되지 못하는 리프팅 현상이 일어나는 상황이 저감될 수 있고, 착화 이후로 안정적인 연소가 이루어질 수 있다.As the air is provided with a delay from the ignition point (t 1 ), it is possible to maintain a relatively constant oxygen ratio compared to the exemplary water heater as shown in FIG. 15 . Therefore, the situation in which the flame is blown at the ignition time (t 1 ) or a lifting phenomenon that is not normally maintained in the
프로세서(P)는 제공되는 연료의 유량이 착화시점(t1)부터 시간의 흐름에 따라 증가하도록 연료제공부를 제어할 수 있다. 프로세서(P)는 점화를 위해 스파크를 일으키도록 점화부(24)가 제어되는 착화시점(t1)으로부터 소정시간 전인 연료제공시점(t3)에, 연료를 제공하는 것을 시작하도록 연료제공부를 제어할 수 있다. 이후 프로세서(P)는 제공되는 연료의 유량이 연료제공시점(t3)부터 시간의 흐름에 따라 증가하도록 연료제공부를 제어할 수 있다.The processor P may control the fuel supply unit so that the flow rate of the provided fuel increases with the passage of time from the ignition point t 1 . The processor P controls the fuel supply unit to start providing fuel at the fuel supply time t 3 , which is a predetermined time before the ignition timing t 1 , at which the
프로세서(P)는, 착화시점(t1)부터 공기제공시점(t2)까지 제공되는 연료의 유량의 시간당 증가량인 제1 증가량보다, 공기제공시점(t2)부터 제공되는 연료의 유량의 시간당 증가량인 제2 증가량이 크도록 연료제공부를 제어할 수 있다. 프로세서(P)는, 착화시점(t1)부터 공기제공시점(t2)까지 제공되는 연료의 유량과 시간의 관계 및 공기제공시점(t2)부터 제공되는 연료의 유량과 시간의 관계가 선형적인 관계가 되도록 연료제공부를 제어할 수 있다. 즉 도 14에서 연료의 유량 그래프는 선형으로 형성될 수 있다. 제2 증가량이 제1 증가량보다 커서, 도 14에서 연료의 유량 그래프가 가지는 기울기가, 공기제공시점(t2)을 기준으로 상승할 수 있다.The processor (P) is, from the ignition point (t 1 ) to the air supply time (t 2 ), the first increase amount that is an increase per hour of the flow rate of the fuel provided from the air supply time (t 2 ) per hour of the flow rate of the fuel provided The fuel supply unit may be controlled so that the second increase amount, which is the increase amount, is large. The processor (P), the relationship between the flow rate and time of the fuel provided from the ignition time point (t 1 ) to the air supply time point (t 2 ) and the air supply time point (t 2 ) has a linear relationship between the flow rate and time of the fuel provided It is possible to control the fuel supply unit in such a way that it becomes a positive relationship. That is, the fuel flow rate graph in FIG. 14 may be formed linearly. Since the second increase amount is greater than the first increase amount, the slope of the fuel flow graph in FIG. 14 may increase based on the air supply time t 2 .
도 13과 도 14의 공기 유량 그래프의 가장 왼쪽에서 확인할 수 있듯이, 프로세서(P)는 공기제공부(22)의 작동을 시작할 때, 고단의 상태로 작동이 시작되도록 공기제공부(22)를 제어할 수 있다. 또한 프로세서(P)는 공기제공부(22)가 고단으로 작동을 시작한 시점으로부터 소정의 시간 이후 저단으로 작동하도록 공기제공부(22)를 제어할 수 있다. 공기제공부(22)가 작동을 시작하는 순간부터 저단으로 작동할 경우, 작동이 원활하게 이루어지지 않을 수 있기 때문에, 고단으로 작동을 시작해 원활한 작동상태를 만들어둔 뒤 원하는 제어를 실시하는 것이다.As can be seen from the leftmost side of the air flow graph of FIGS. 13 and 14 , the processor (P) controls the
도 15에서 확인할 수 있듯이, 예시적인 물 가열기를 이용할 경우 착화시점(t1)에 산소비율이 급격히 증가하고, 제공되는 연료의 유량이 증가하면서 P4에 위치한 목표산소비율에 도달할 때까지 지속적으로 산소비율이 감소할 수 있다. 따라서 안정적으로 연소가 이루어지는 것이 아니라, 착화시점(t1)에 폭발적으로 화염이 터져나오고, 이후 화염이 불안정하게 유지되다가 시간이 지나며 서서히 안정을 찾게 될 수 있다.As can be seen in FIG. 15 , when an exemplary water heater is used, the oxygen ratio rapidly increases at the ignition time (t 1 ), and as the flow rate of the provided fuel increases, oxygen continues until the target oxygen ratio located at P4 is reached. ratio may decrease. Therefore, the combustion is not made stably, but the flame explodes explosively at the ignition point (t 1 ), and after that, the flame is maintained unstable and may gradually find stability over time.
그러나 상술한 것과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 버너가 제어됨에 따라, P1의 착화시점(t1)으로부터 P3을 거쳐 목표산소비율이 달성되는 P4에 도달할 때까지 변화의 폭이 크지 않게 형성될 수 있다. 따라서 착화시점(t1)과 공기제공시점(t2)에 폭발적인 화염이 형성되는 것이 방해될 수 있고, 안정적인 화염이 점진적으로 강해지는 형태의 연소를 달성할 수 있다.However, as described above, as the burner according to an embodiment of the present invention is controlled, the range of change is not large from the ignition point (t 1 ) of P1 through P3 until reaching P4 in which the target oxygen ratio is achieved. can be Accordingly, the formation of an explosive flame at the ignition time (t 1 ) and the air supply time (t 2 ) may be prevented, and combustion in a form in which a stable flame is gradually strengthened may be achieved.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.In the above, even though it has been described that all components constituting the embodiment of the present invention operate by being combined or combined into one, the present invention is not necessarily limited to this embodiment. That is, within the scope of the object of the present invention, all the components may operate by selectively combining one or more. In addition, terms such as "comprises", "comprises" or "have" described above mean that the corresponding component may be inherent, unless otherwise specified, excluding other components. Rather, it should be construed as being able to further include other components. All terms, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless otherwise defined. Terms commonly used, such as those defined in the dictionary, should be interpreted as being consistent with the contextual meaning of the related art, and are not interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present invention.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical spirit of the present invention, and various modifications and variations will be possible without departing from the essential characteristics of the present invention by those skilled in the art to which the present invention pertains. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.
1 : 물 가열기
10 : 케이스
20 : 버너
21 : 하우징
22 : 공기제공부
23 : 연료노즐
24 : 점화부
25 : 플레임홀더
26 : 블로어튜브
27 : 연료펌프
28 : 튜브프레임
30 : 연소실
40 : 연관
50 : 버플 플레이트
60 : 외함
70 : 중공
211 : 연소실 커버
212 : 화염형성 커버
213 : 블로어 결합부
221 : 모터 커버
222 : 임펠러 커버
223 : 블로어 모터
224 : 임펠러
231 : 노즐 내측단
232 : 노즐 몸체
241 : 플러그 내측단
242 : 플러그 몸체
251 : 홀더판
252 : 홀더둘레부
253 : 중심개구
254 : 와류개구
255 : 와류날개
256 : 결합공
261 : 테이퍼부
262 : 직관부
271 : 연료압력형성부
272 : 연료모터
273 : 연료공급관
281 : 튜브연결부
282 : 홀더연결부
300 : 연소공간
2211 : 모터 내장부
2212 : 공기유입부
2231 : 모터 프레임
2232 : 고정자
2233 : 회전자
2234 : 샤프트
2241 : 슈라우드
2242 : 동력전달부
2243 : 임펠러 출구
D : 기준방향
P : 프로세서1: water heater
10: case
20: burner
21: housing
22: air supply unit
23: fuel nozzle
24: ignition part
25: flame holder
26: blower tube
27: fuel pump
28: tube frame
30: combustion chamber
40 : association
50: buffalo plate
60: enclosure
70: hollow
211 combustion chamber cover
212: flame forming cover
213: blower coupling part
221: motor cover
222: impeller cover
223: blower motor
224: impeller
231: nozzle inner end
232: nozzle body
241: plug inner end
242: plug body
251: holder plate
252: holder circumference
253: central opening
254: vortex opening
255: vortex wing
256: coupling hole
261: taper part
262: straight pipe
271: fuel pressure forming part
272: fuel motor
273: fuel supply pipe
281: tube connection part
282: holder connection part
300: combustion space
2211: Motor built-in part
2212: air inlet
2231: motor frame
2232 : Stator
2233: rotor
2234: shaft
2241 : Shroud
2242: power transmission unit
2243: impeller exit
D: reference direction
P: processor
Claims (10)
상기 연소반응을 위한 공기를 송기하도록 마련되는 공기제공부;
제공된 연료와 공기가 발화하게 스파크를 일으키도록 마련되는 점화부; 및
상기 연료제공부, 상기 공기제공부 및 상기 점화부에 전기적으로 연결되는 프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는:
점화를 위해 연료를 제공하고 스파크를 일으키도록 상기 연료제공부와 상기 점화부를 제어하고, 상기 스파크가 일어나 착화된 시점인 착화시점에 제공되는 공기의 유량보다, 상기 착화시점으로부터 소정의 지연시간 이후인 공기제공시점에 제공되는 공기의 유량이 더 많도록 상기 공기제공부를 제어하는, 버너.a fuel supply unit provided to provide fuel for the combustion reaction;
an air supply unit provided to blow air for the combustion reaction;
an ignition unit provided to cause a spark to ignite provided fuel and air; and
a processor electrically connected to the fuel supply unit, the air supply unit, and the ignition unit;
The processor is:
The fuel supply unit and the ignition unit are controlled to provide fuel for ignition and generate a spark, and a predetermined delay time from the ignition time is later than the flow rate of air provided at the ignition time, which is the time when the spark occurs and is ignited. A burner that controls the air supply unit to increase the flow rate of the air provided at the time of air supply.
상기 프로세서는,
제공되는 연료의 유량이 상기 착화시점부터 시간의 흐름에 따라 증가하도록 상기 연료제공부를 제어하는, 버너.According to claim 1,
The processor is
A burner for controlling the fuel supply unit so that the flow rate of the supplied fuel increases with the passage of time from the ignition point.
상기 프로세서는, 상기 착화시점으로부터 소정시간 전인 연료제공시점에, 연료를 제공하는 것을 시작하도록 상기 연료제공부를 제어하고,
제공되는 연료의 유량이 상기 연료제공시점부터 시간의 흐름에 따라 증가하도록 상기 연료제공부를 제어하는, 버너.3. The method of claim 2,
The processor controls the fuel supply unit to start supplying fuel at a fuel supply timing that is a predetermined time before the ignition timing,
A burner for controlling the fuel supply unit so that the flow rate of the supplied fuel increases with the passage of time from the fuel supply time.
상기 프로세서는, 상기 착화시점부터 상기 공기제공시점까지 제공되는 연료의 유량의 시간당 증가량보다, 상기 공기제공시점부터 제공되는 연료의 유량의 시간당 증가량이 크도록 상기 연료제공부를 제어하는, 버너.3. The method of claim 2,
The processor controls the fuel supply unit so that an increase in the flow rate of the fuel provided from the air supply time per hour is greater than the hourly increase amount of the fuel flow rate provided from the ignition time to the air supply time.
상기 프로세서는, 상기 착화시점부터 상기 공기제공시점까지 제공되는 연료의 유량과 시간의 관계 및 상기 공기제공시점부터 제공되는 연료의 유량과 시간의 관계가 선형적인 관계가 되도록 상기 연료제공부를 제어하는, 버너.5. The method of claim 4,
The processor controls the fuel supply unit so that the relationship between the flow rate and time of the fuel provided from the ignition time to the air supply time and the relationship between the flow rate and time of the fuel provided from the air supply time become a linear relationship, burner.
상기 연료제공부는, 오일 타입의 연료를 분무하는 방식으로 제공하도록 마련되는, 버너.According to claim 1,
The fuel supply unit is provided to provide an oil-type fuel in a spraying manner, a burner.
상기 버너구조체에서 일으키는 연소반응에 의한 열을 이용해 물을 가열하도록 마련되는 열교환기; 및
상기 버너구조체에 전기적으로 연결되는 프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는:
점화를 위해 연료를 제공하고 스파크를 일으키도록 상기 연료제공부와 상기 점화부를 제어하고, 상기 스파크가 일어나 착화된 시점에는 저단으로 공기를 제공하다가, 소정의 시간 이후부터는 고단으로 공기를 제공하도록 상기 공기제공부를 제어하는, 물 가열기.A fuel supply unit provided to provide fuel for the combustion reaction, an air supply unit provided to selectively blow air according to the intensity of any one of the low stage and the high stage, and the provided fuel and air to cause a spark to ignite a burner structure including an ignition unit;
a heat exchanger provided to heat water using heat generated by a combustion reaction generated by the burner structure; and
a processor electrically connected to the burner structure;
The processor is:
The fuel supply unit and the ignition unit are controlled to provide fuel for ignition and generate a spark, and when the spark is generated and ignited, air is provided to a low stage, and then air is supplied to a high stage after a predetermined time. A water heater that controls the provider.
연료를 제공하는 단계;
스파크를 일으켜 제공된 공기와 연료를 발화시키는 단계; 및
스파크가 일어나 착화된 시점으로부터 소정의 시간 이후인 공기제공시점에, 상기 소정의 유량보다 큰 유량으로 공기를 제공하기 시작하는 단계를 포함하는, 버너 제어방법.providing air at a predetermined flow rate;
providing fuel;
generating a spark to ignite the provided air and fuel; and
A burner control method comprising the step of starting to provide air at a flow rate greater than the predetermined flow rate at an air supply time that is a predetermined time after the spark is generated and ignited.
상기 연료를 제공하는 단계에서 제공되는 연료의 유량은, 시간의 흐름에 따라 증가하는, 버너 제어방법.9. The method of claim 8,
The flow rate of the fuel provided in the step of providing the fuel increases with the passage of time, a burner control method.
상기 연료를 제공하는 단계는,
시간당 제1 증가량만큼 증가하는 유량으로 연료를 제공하는 단계; 및
상기 공기제공시점 이후, 시간당 제2 증가량만큼 증가하는 유량으로 연료를 제공하는 단계를 포함하고,
상기 제2 증가량은 상기 제1 증가량보다 큰, 버너 제어방법.10. The method of claim 9,
The step of providing the fuel comprises:
providing fuel at a flow rate increasing by a first increment per hour; and
After the air supply time, comprising the step of providing fuel at a flow rate that increases by a second increment per hour,
and the second increment is greater than the first increment.
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