WO2013162197A1 - 턴다운비를 향상시킨 연소장치 - Google Patents

턴다운비를 향상시킨 연소장치 Download PDF

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WO2013162197A1
WO2013162197A1 PCT/KR2013/003120 KR2013003120W WO2013162197A1 WO 2013162197 A1 WO2013162197 A1 WO 2013162197A1 KR 2013003120 W KR2013003120 W KR 2013003120W WO 2013162197 A1 WO2013162197 A1 WO 2013162197A1
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gas
mixing chamber
air
chamber
pipe
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PCT/KR2013/003120
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김형래
손승길
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주식회사 경동나비엔
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    • F23D2900/00003—Fuel or fuel-air mixtures flow distribution devices upstream of the outlet

Definitions

  • the present invention relates to a combustion apparatus having an improved turndown ratio, and more particularly, to improve the turndown ratio of the burner by designing the venturi structure in multiple stages and changing the venturi shape.
  • the present invention relates to a combustion apparatus having an improved turndown ratio capable of realizing a stable combustion state even at a low output region by forming a gas and air flow path inside a premixing chamber so that the ejection direction is the same as the air flow direction.
  • a turn-down ratio (TDR) of a burner is set in a gas combustion device such as a gas boiler or a gas water heater.
  • the turndown ratio (TDR) refers to the ratio of maximum gas consumption to minimum gas consumption in a gas combustion device in which the amount of gas is variably controlled. For example, if the maximum gas consumption is 30,000kcal / h and the minimum gas consumption is 6,000kcal / h, the turndown ratio (TDR) is 5: 1.
  • the turndown ratio (TDR) is limited by how low the minimum gas consumption can be adjusted to maintain a stable flame.
  • Patent No. 10-0805630 a blower for supplying air required for combustion, a proportional control valve for controlling the flow rate of the gas, connected to the proportional control valve gas by opening and closing the auxiliary valve Is supplied, a plurality of nozzles connected in parallel, a mixing chamber for mixing the air supplied from the blower with the gas passing through the nozzle unit and supplying it to the burner surface, the proportional control valve and the auxiliary valve opening and closing Accordingly, there is disclosed a gas boiler combustion apparatus including a control unit for controlling the rotation speed of the blower to supply only the amount of air required for combustion.
  • the turndown ratio (TDR) can be improved to improve the combustion stability in the low output region.
  • the relationship between the flow direction of air and gas and the combustion efficiency during mixing of air and gas in the mixing chamber has not been considered.
  • the air flow and the gas ejection direction are configured to be different from each other so that the air and the gas are mixed.
  • the flow of gas is affected by the flow, so that the desired air / gas ratio cannot be obtained, which causes a problem that the combustion becomes unstable and the combustion efficiency is lowered.
  • the pre-mixing chamber of the conventional combustion device is composed of a single venturi structure, and the turndown ratio (TDR) is limited to 5: 1 or less, so that combustion is caused by frequent on / off of the burner during the combustion of the low output area. The efficiency is lowered, there is a problem that the performance of the combustion device is lowered.
  • an object of the present invention is to provide a combustion apparatus that improves the turndown ratio of the burner to improve the turndown ratio of the burner even in a low load region to improve the stability.
  • Another object of the present invention is to provide a combustion apparatus that can improve combustion efficiency by minimizing the amount of change in mixing of air and gas when adjusting the flow rate of the mixer according to the size of the load.
  • Still another object of the present invention is to provide a combustion apparatus having an improved turndown ratio, which can simplify the structure of the flow rate control apparatus of the mixer corresponding to the size of the heating or hot water load.
  • Combustion apparatus to improve the turndown ratio of the present invention for achieving the above object is an example in which a space in which the air and gas for combustion is pre-mixed is provided in communication with the air supply pipe 100 and the gas supply pipe 200
  • the interior of the pre-mixing chamber 300 has a venturi structure in which the air and gas supplied from the air supply pipe 100 and the gas supply pipe 200 is premixed.
  • it may be configured to further include a mixer control unit 400 for controlling the flow rate of the mixer of the air and gas by opening and closing a partial region of the pre-mixing chamber 300 divided into multiple stages.
  • a mixer control unit 400 for controlling the flow rate of the mixer of the air and gas by opening and closing a partial region of the pre-mixing chamber 300 divided into multiple stages.
  • the pre-mixing chamber 300 is divided into two stages by the partition member 301, and the first pre-mixing chamber 310 and the second pre-mixing chamber 320 on both sides of the partition member 301.
  • the mixer control unit 400 may be configured to open and close the air passing through the second pre-mixing chamber 320 and the gas ejected to the second pre-mixing chamber 320.
  • the gas supply pipe 200 may include a first gas ejection pipe 210 for supplying gas to the first premixing chamber 310, and a second gas for supplying gas to the second premixing chamber 320.
  • Branched to the blower pipe 220, the first gas outlet 211 of the first gas outlet pipe 210 and the second gas outlet 221 of the second gas outlet tube 220 are the first pre-mixing chamber. It is characterized in that it is configured to eject the gas toward the exit (312, 322) direction of the 310 and the second pre-mixing chamber (320).
  • first gas ejection pipe 210 and the second gas ejection pipe 220 are disposed to cross the middle portion of the first premixing chamber 310 and the second premixing chamber 320 in the transverse direction,
  • the air flow passage may be formed around the first gas ejection pipe 210 and the second gas ejection pipe 220.
  • the mixer control unit 400 is reciprocated by the driving unit 410, the air passing through the second gas outlet 221 and the second pre-mixing chamber 320 of the second gas ejection pipe 220 It may be configured to include a moving block 420 to open and close the flow passage.
  • the driving unit 410 may be composed of a step motor or a solenoid.
  • first gas outlet 211 of the first gas outlet pipe 210 and the second gas outlet 221 of the second gas outlet tube 220 are the first premixing chamber 310 and the second premixing. It may be configured to be located in the throat portion inside the chamber 320.
  • the pre-mixing chamber is partitioned into a multi-stage venturi structure, and the ejection direction of the gas is in the same direction as the flow direction of the air. It is possible to realize stable combustion even in areas with low heating or hot water load, and to improve combustion efficiency and minimize the generation of pollutants by minimizing the amount of change of air and gas mixture when adjusting the flow rate of the mixer. There are advantages to it.
  • FIG. 1 is an external perspective view of a combustion apparatus having an improved turndown ratio according to the present invention
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.
  • FIG. 4 is a plan view showing an operating state when using a high calorie value in the combustion apparatus according to the present invention
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.
  • Figure 6 is a plan view showing an operating state when using low heat in the combustion apparatus according to the present invention.
  • first gas outlet pipe 211 first gas outlet
  • partition member 310 first mixing chamber
  • mixer control unit 410 drive unit
  • FIG. 1 is an external perspective view of a combustion apparatus having an improved turndown ratio according to the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of FIG. 1.
  • the air supply pipe 100 through which air is introduced is connected to the lower portion of the premixing chamber 300 based on the premixing chamber 300 in which the combustion air and the gas are premixed.
  • One side of the mixing chamber 300 is connected to the gas supply pipe 200 is supplied with the gas for combustion, the other side of the pre-mixing chamber 300 by adjusting the flow rate of air and gas flowing into the pre-mixing chamber 300
  • Mixer control unit 400 for adjusting the flow rate of the is provided.
  • the air supply pipe 100 transfers the outside air sucked by the rotation of the blower (not shown) to the premixing chamber 300.
  • the pre-mixing chamber 300 has a venturi structure and is divided into multiple stages in which a space in which the air introduced along the air supply pipe 100 and the gas supplied and ejected from the gas supply pipe 200 are premixed is formed. It consists of a structure.
  • the premixing chamber 300 is divided into two stages by a partition member 301 disposed in the longitudinal direction in the middle of the premixing chamber 300 in parallel with the flow direction of the mixer, and the partition member.
  • the first premix chamber 310 and the second premix chamber 320 are provided at both sides of the reference numeral 301.
  • the first pre-mixing chamber 310 and the second pre-mixing chamber 320 each have a venturi structure. As shown in FIG. 3, each of the inlets 311 and 321 and the outlets 312 and 322 has a wide cross-sectional area.
  • a middle portion between the inlets 311 and 321 and the outlets 312 and 322 is formed, and a throat portion having a minimum cross-sectional area is formed, and the cross sectional area gradually increases from the throat portion toward the inlets 311 and 321 and the outlets 312 and 322. It consists of an enlarged structure.
  • the flow rate increases as the cross-sectional area gradually decreases from the inlets 311 and 321 to the throat part.
  • the cross-sectional area is gradually increased from the throat to the outlets 312 and 322, the flow rate is slowed and the mixing efficiency of the air and the gas can be increased by the pressure fluctuation.
  • Combustion gas flowing into the pre-mixing chamber 300 is supplied to the gas supply pipe 200 by adjusting the supply amount by a gas control valve (not shown).
  • the gas introduced into the gas supply pipe 200 branches into the first gas ejection pipe 210 (see FIG. 3) and the second gas ejection pipe 220.
  • a first nozzle for supplying some of the gas flowing into the gas supply pipe 200 to the first gas ejection pipe 210 between the gas supply pipe 200 and the premixing chamber 300.
  • An orifice 240 having a second nozzle hole 242 for supplying the hole 241 and the remaining gas to the second gas ejection pipe 220 is interposed.
  • An airtight O-ring 240 is mounted between the gas supply pipe 200 and the orifice 240, and between the orifice 240 and the first gas ejection pipe 210 and the second gas ejection pipe 220.
  • the packing 250 in which the holes 251 and 252 corresponding to the first nozzle hole 241 and the second nozzle hole 242 are formed is inserted, and an airtight O-ring 260 is also formed at the end of the second gas ejection pipe 220. Is mounted.
  • the gas introduced into the first gas ejection pipe 210 is ejected into the first premixing chamber 310 through the first gas ejection opening 211 formed in the first gas ejection pipe 210, and the second gas ejection pipe 210.
  • Gas introduced into the 220 is ejected into the second pre-mixing chamber 320 through the second gas ejection opening 221 formed in the second gas ejection pipe 220.
  • the first gas outlet 211 of the first gas outlet tube 210 and the second gas outlet 221 of the second gas outlet tube 220 are respectively an outlet 312 of the first premixing chamber 310.
  • a blowing direction is formed to blow out the gas toward the outlet 322 of the second premixing chamber 320, so that the air flows through the first mixing chamber 310 and the second mixing chamber 320.
  • the ejecting directions of the gas ejected through the first gas ejection opening 211 and the second gas ejection opening 221 become the same direction. Accordingly, the gas jetted into the first premixing chamber 310 and the second premixing chamber 320 may obtain a mixer having an accurate flow rate having a predetermined air and gas ratio without being affected by the air flow.
  • the first gas ejection pipe 210 and the second gas ejection pipe 220 are installed vertically across the middle of the first premixing chamber 310 and the second premixing chamber 320 in a transverse direction.
  • a flow passage of air passing through the first premixing chamber 310 and the second premixing chamber 320 is formed around the first gas ejection pipe 210 and the second gas ejection pipe 220, respectively.
  • first gas outlet 211 and the second gas outlet tube 220 of the first gas outlet tube 210 so that the gas is smoothly discharged through the first gas outlet 211 and the second gas outlet 221.
  • the second gas outlet 221 is preferably disposed in the throat portion of the first pre-mixing chamber 310 and the second pre-mixing chamber 320 with the lowest pressure.
  • the mixer control unit 400 for controlling the flow rate of the mixer by opening and closing the flow passage of the air passing through the second pre-mixing chamber 320 and the blowing passage of the gas ejected to the second pre-mixing chamber 320.
  • the moving block 420 which is reciprocated by the driving unit 410, opens and closes a flow passage of air passing through the second gas ejection port 221 and the second premixing chamber 320 of the second gas ejection pipe 220. It is configured to include).
  • the driving unit 410 is to provide a driving force for the forward and backward movement of the moving block 420, it may be composed of a step motor or a solenoid. Therefore, since the forward and backward movement of the moving block 420 is performed by the rotation speed control set in the step motor or the signal control applied to the solenoid, the forward and backward movement control of the moving block 420 can be easily implemented by a simple device. There is this.
  • the moving block 420 is formed of a body 421 having a cross-sectional shape corresponding to the cross-sectional shape of the second premixing chamber 320, and the supporting rod 430 connected to the driving unit 410 is a supporting rod formed on the body 421. It is coupled to the insertion port 422 is configured to transmit the power of the drive unit 410 to the body 421 of the moving block 420, the central portion of the body 421 corresponds to the outer peripheral surface of the second gas ejection pipe 220 A second gas ejection pipe insertion port 423 having a diameter to be formed is formed.
  • a moving block guide portion 330 is formed to guide the body 421 of the moving block 420 to move forward and backward.
  • Figure 3 is a cross-sectional view A-A of Figure 1 showing the operating state when using a high calorie value in the combustion apparatus according to the present invention
  • Figure 4 is a plan view showing the operating state when using a high calorie value in the combustion apparatus according to the present invention.
  • both the first pre-mixing chamber 310 and the second pre-mixing chamber 320 are opened, so that the first pre-mixing chamber 310 and the second pre-mixing chamber 320 are opened.
  • Air and gas are mixed together.
  • the driving unit 410 of the mixer control unit 400 is driven so that the moving block 420 is pulled out of the mixing flow path of the second premixing chamber 320 to the inside of the moving block guide part 330.
  • the air flowing into the first premixing chamber 310 and the gas ejected through the first gas outlet 211 are mixed in the first premixing chamber 310 and the air flowing into the second premixing chamber 320.
  • the gas ejected through the second gas outlet 221 is mixed in the second premixing chamber 320 and then supplied by a mixer of air and gas to a burner (not shown) provided above the premixing chamber 300. do.
  • the flow rate of the air and gas flowing into the air supply pipe 100 and the gas supply pipe 200 is proportional to the set heating or hot water load, and the rotation speed of the blower (not shown) and the opening degree of the gas supply valve (not shown). The amount can be configured to be adjusted.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line A-A of FIG. 1 showing an operating state when using a low calorie value in a combustion apparatus according to the present invention
  • FIG. 6 is a plan view showing an operating state when using a low calorie value in a combustion apparatus according to the present invention.
  • the flow of air and gas are blocked in the second premixing chamber 320, and the air and gas are mixed only in the first premixing chamber 310. do.
  • the moving block 420 is moved to the mixing flow path side of the second premixing chamber 320 so that the body 420 of the moving block 420 is the second gas ejection pipe.
  • the second gas outlet 221 of the 220 is blocked and driven to block the flow passage of air passing through the second premixing chamber 320.
  • the flow rate of the mixer can be controlled by adjusting the rotational speed of the blower (not shown) and the opening amount of the gas supply valve (not shown) in proportion to the set load.
  • the premixing chamber 300 is formed in a double structure of the first premixing chamber 310 and the second premixing chamber 320 having a venturi structure, and considering the size of the heating or hot water load.
  • premixing is performed in both the first premixing chamber 310 and the second premixing chamber 320, and in the case of the relatively low output region, only the first premixing chamber 310 is used.
  • Premixing is performed and the second premixing chamber 320 is configured to stop premixing, thereby increasing the turndown ratio (TDR).
  • TDR turndown ratio
  • the present invention is configured to minimize the amount of change of the mixture of air and gas in the process of opening and closing the second pre-mixing chamber 320 by the movement of the moving block 420 by matching the flow direction of the air and the gas blowing direction.
  • Combustion can be stabilized even in the low load region, and the gas ejection outlet can be positioned so that the gas is ejected from the throat of the mixing chamber 300, thereby creating a mixer with a desired air and gas ratio. This improves combustion efficiency and reduces emissions of pollutants.

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Abstract

본 발명은 버너의 턴다운비를 향상시켜 저출력의 부하 영역에서도 연소상태를 안정적으로 구현할 수 있도록 하는 턴다운비를 향상시킨 연소장치를 제공함에 그 목적이 있다. 이를 구현하기 위한 본 발명은, 공기공급관(100)과 가스공급관(200)에 연통되어 연소용 공기와 가스가 예혼합되는 공간이 내부에 마련된 예혼합실(300)이 구비된 연소장치에 있어서, 상기 예혼합실(300)의 내부는 상기 공기공급관(100)과 가스공급관(200)으로부터 공급된 공기와 가스가 예혼합되는 공간이 벤투리 구조로 다단 구획되고; 상기 가스공급관(200)을 통해 상기 예혼합실(300) 내부로 분출되는 가스의 분출 방향은 상기 공기공급관(100)을 통해 상기 예혼합실(300) 내부로 공급되는 공기의 흐름 방향과 나란하게 형성된 것;을 특징으로 한다.

Description

턴다운비를 향상시킨 연소장치
본 발명은 턴다운비를 향상시킨 연소장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 벤투리 구조를 다단으로 설계하고 벤투리 형상을 가변시킴으로써 버너의 턴다운비를 향상시킴과 아울러 공기와 가스의 예혼합 시 가스의 분출 방향이 공기의 흐름 방향과 동일한 방향이 되도록 예혼합실 내부에 가스와 공기의 유로를 형성함으로써 낮은 출력 영역에서도 안정된 연소상태를 구현할 수 있는 턴다운비를 향상시킨 연소장치에 관한 것이다.
일반적으로 가스 보일러 또는 가스 온수기와 같은 가스 연소장치에는 버너의 턴다운비(Turn-Down Ratio; TDR)가 설정된다. 턴다운비(TDR)란 가스의 양이 가변 조절되는 가스 연소장치에 있어서 '최대가스소비량 대 최소가스소비량의 비'를 말한다. 예를 들면 최대가스소비량이 30,000kcal/h이고 최소가스소비량이 6,000kcal/h인 경우 턴다운비(TDR)는 5:1이 된다. 턴다운비(TDR)는 안정된 화염을 유지하기 위한 최소가스소비량을 얼마나 낮게 조절할 수 있는지 여부에 따라 제한된다.
가스 연소장치의 경우 턴다운비(TDR)가 클수록 난방 및 온수 사용시의 편리성이 증대된다. 즉, 연소 초기에는 빠른 시간내에 목표로 하는 난방온도에 도달하기 위해 최대한의 화력으로 연소를 수행하지만, 목표로 하는 난방온도에 가까이 도달하게 되면 점차 버너에 공급하는 가스량을 줄여 연소를 수행한다. 이 경우 최소가스소비량이 높아 턴다운비(TDR)가 작은 경우에는 버너의 출력을 줄이기 위해 가스량을 감소시켜 제어하기가 어려워진다.
특히, 난방 및 온수의 부하가 작은 영역에서 버너가 작동되는 경우에는 연소장치의 온/오프(On/Off)가 잦아지게 되어 연소상태가 불안정해져 온도 제어시의 편차가 커지고, 기기의 내구성이 저하된다. 따라서 연소장치에 적용되는 버너의 턴다운비(TDR)를 향상시키는 방법이 제시되어 왔다.
이와 관련된 선행기술로, 등록특허 제10-0805630호에는, 연소에 필요한 공기를 공급하기 위한 송풍기, 가스의 공급유량을 조절하는 비례제어밸브, 상기 비례제어밸브에 연결되어 보조밸브의 개폐에 의해 가스의 공급이 이루어지고, 복수개의 노즐이 병렬로 연결된 노즐부, 상기 송풍기로부터 공급된 공기와 상기 노즐부를 통과한 가스를 혼합시켜 버너 표면으로 공급하는 믹싱챔버, 상기 비례제어밸브 및 보조밸브의 개폐에 따라 송풍기의 회전수를 제어하여 연소에 필요한 공기량만을 공급하도록 하는 제어부를 포함하여 이루어진 가스보일러의 연소장치가 개시되어 있다.
이러한 구성에 의하면, 가스가 공급되는 노즐부를 병렬로 다단 배치하고 버너의 출력에 대응하여 각 노즐부의 개폐를 제어함으로써 턴다운비(TDR)를 향상시켜 낮은 출력 영역에서 연소 안정성을 높일 수 있는 이점이 있다.
그러나 상기 선행기술을 포함하여, 종래의 연소장치에서는 믹싱챔버(예혼합실) 내부에서 공기와 가스의 혼합시에 공기와 가스의 흐름 방향과 연소 효율의 관련성에 대해서는 고려된 바 없으며, 종래 연소장치에서는 예혼합실 내부에서 공기의 흐름 방향과 가스의 분출 방향이 서로 다른 방향이 되도록 하여 공기와 가스가 혼합되도록 구성되어 있어, 공기의 흐름 방향과 다른 방향으로 가스를 분출하여 혼합시키는 경우에는 공기의 흐름에 의해 가스의 분출이 영향을 받게 되어 원하는 공기/가스비를 얻을 수 없게 되며, 이로 인해 연소가 불안정해지고 연소 효율이 낮아지는 요인으로 작용하는 문제점이 있다.
또한 종래 연소장치의 예혼합실은 단일의 벤투리 구조로 이루어져 턴다운비(TDR)가 5:1 이하로 제한됨에 따라서 낮은 출력 영역의 연소시에는 버너의 잦은 온/오프(On/Off)로 인하여 연소 효율이 낮아져 연소장치의 성능이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 버너의 턴다운비를 향상시켜 낮은 부하 영역에서도 연소상태를 안정적으로 구현할 수 있도록 하는 턴다운비를 향상시킨 연소장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 부하의 크기에 대응하여 혼합기의 유량 조절 시에 공기와 가스의 혼합 변화량을 최소화함으로써 연소 효율을 향상시킬 수 있는 연소장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 난방 또는 온수 부하의 크기에 대응하는 혼합기의 유량 제어 장치의 구조를 간소화할 수 있는 턴다운비를 향상시킨 연소장치를 제공하는 것이다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 턴다운비를 향상시킨 연소장치는, 공기공급관(100)과 가스공급관(200)에 연통되어 연소용 공기와 가스가 예혼합되는 공간이 내부에 마련된 예혼합실(300)이 구비된 연소장치에 있어서, 상기 예혼합실(300)의 내부는 상기 공기공급관(100)과 가스공급관(200)으로부터 공급된 공기와 가스가 예혼합되는 공간이 벤투리 구조로 다단 구획되고; 상기 가스공급관(200)을 통해 상기 예혼합실(300) 내부로 분출되는 가스의 분출 방향은 상기 공기공급관(100)을 통해 상기 예혼합실(300) 내부로 공급되는 공기의 흐름 방향과 나란하게 형성된 것;을 특징으로 한다.
이 경우 상기 다단으로 구획된 예혼합실(300)의 일부 영역을 개폐하여 공기와 가스의 혼합기 유량을 조절하는 혼합기조절부(400)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
또한 상기 예혼합실(300)은 칸막이부재(301)에 의해 2단으로 구획되어, 상기 칸막이부재(301)를 기준으로 그 양측에 제1예혼합실(310)과 제2예혼합실(320)로 구획되고, 상기 혼합기조절부(400)는 상기 제2예혼합실(320)을 통과하는 공기와 상기 제2예혼합실(320)로 분출되는 가스를 개폐하는 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 가스공급관(200)은, 상기 제1예혼합실(310)로 가스를 공급하는 제1가스분출관(210)과, 상기 제2예혼합실(320)로 가스를 공급하는 제2가스분출관(220)으로 분기되고, 제1가스분출관(210)의 제1가스분출구(211)와 제2가스분출관(220)의 제2가스분출구(221)는, 상기 제1예혼합실(310)과 제2예혼합실(320)의 출구(312,322) 방향을 향하여 가스를 분출하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제1가스분출관(210)과 제2가스분출관(220)은, 상기 제1예혼합실(310)과 제2예혼합실(320)의 중간부를 횡방향으로 가로지르며 배치되고, 상기 제1가스분출관(210)과 제2가스분출관(220)의 둘레에 상기 공기의 흐름 통로가 형성된 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 혼합기조절부(400)는, 구동부(410)에 의해 왕복 운동되어 상기 제2가스분출관(220)의 제2가스분출구(221)와 상기 제2예혼합실(320)을 통과하는 공기의 흐름 통로를 개폐하는 이동블록(420)을 포함하여 구성될 수 있다.
또한 상기 구동부(410)는 스텝모터 또는 솔레노이드로 구성될 수 있다.
또한 상기 제1가스분출관(210)의 제1가스분출구(211)와 제2가스분출관(220)의 제2가스분출구(221)는, 제1예혼합실(310)과 제2예혼합실(320) 내부의 스로트부에 위치하는 것으로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 턴다운비를 향상시킨 연소장치에 의하면, 예혼합실 내부를 다단의 벤투리 구조로 구획함과 아울러 가스의 분출 방향이 공기의 흐름 방향과 같은 방향이 되도록 함으로써 10:1 이상의 턴다운비의 구현이 가능해져 난방 또는 온수 부하가 작은 영역에서도 연소상태를 안정적으로 구현할 수 있을 뿐만 아니라 혼합기의 유량 조절 시에 공기와 가스의 혼합 변화량을 최소화함으로써 연소 효율을 향상시키고 공해 물질의 발생을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명에 의하면, 구동부에 의해 왕복 운동되는 이동블록에 의해 예혼합실의 일부 영역을 개폐하여 공기와 가스의 혼합기 유량을 버너의 출력 크기에 대응하여 조절하도록 구성함으로써 혼합기의 유량 제어를 위한 장치 구조를 간소화할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 턴다운비를 향상시킨 연소장치의 외관 사시도,
도 2는 도 1의 분해 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 연소장치에서 고열량 사용 시의 작동 상태를 나타낸 도 1의 A-A 부 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 연소장치에서 고열량 사용 시의 작동 상태를 나타낸 평면도,
도 5는 본 발명에 따른 연소장치에서 저열량 사용 시의 작동 상태를 나타낸 도 1의 A-A 부 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 연소장치에서 저열량 사용 시의 작동 상태를 나타낸 평면도이다.
**부호의 설명**
100 : 공기공급관 200 : 가스공급관
210 : 제1가스분출관 211 : 제1가스분출구
220 : 제2가스분출관 221 : 제2가스분출구
230,260 : 오링 240 : 오리피스
250 : 패킹 300 : 예혼합실
301 : 칸막이부재 310 : 제1예혼합실
311,321 : 입구 312,322 : 출구
320 : 제2예혼합실 330 : 이동블록 가이드부
400 : 혼합기조절부 410 : 구동부
420 : 이동블록 430 : 지지봉
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 턴다운비를 향상시킨 연소장치의 외관 사시도, 도 2는 도 1의 분해 사시도이다.
본 발명에 따른 연소장치는, 연소용 공기와 가스가 예혼합되는 예혼합실(300)을 기준으로, 예혼합실(300)의 하부에는 공기가 유입되는 공기공급관(100)이 연결되고, 예혼합실(300)의 일측에는 연소용 가스가 공급되는 가스공급관(200)이 연결되며, 예혼합실(300)의 타측에는 예혼합실(300)로 유입되는 공기와 가스의 유량을 조절하여 혼합기의 유량을 조절하기 위한 혼합기조절부(400)가 구비된다.
상기 공기공급관(100)은 송풍기(미도시됨)의 회전에 의해 흡입된 외부의 공기를 예혼합실(300) 측으로 이송하게 된다.
상기 예혼합실(300)은, 공기공급관(100)을 따라 유입되는 공기와 가스공급관(200)으로부터 공급되어 분출되는 가스가 예혼합되는 공간이 벤투리(Venturi) 구조로 이루어지고 다단으로 구획된 구조로 이루어져 있다.
본 실시예에서 상기 예혼합실(300)은 혼합기의 유동 방향에 나란하게 예혼합실(300)의 중간부에 종방향으로 배치되는 칸막이부재(301)에 의해 2단으로 구획되어, 상기 칸막이부재(301)를 기준으로 그 양측에 제1예혼합실(310)과 제2예혼합실(320)이 마련된다. 상기 제1예혼합실(310)과 제2예혼합실(320)은 각각 벤투리 구조로 이루어져 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이 각 입구(311,321)와 출구(312,322)는 그 단면적이 넓게 형성되고, 그 입구(311,321)와 출구(312,322) 사이의 중간부는 단면적이 최소가 되는 스로트(throat)부가 형성되며, 스로트부로부터 상기 입구(311,321)와 출구(312,322) 측을 향하여 단면적이 점차 확대되는 구조로 이루어져 있다. 이와 같이 제1예혼합실(310)과 제2예혼합실(320)이 벤투리 구조로 구성됨에 따라 상기 입구(311,321)에서 스로트부까지는 단면적이 점차 감소됨에 따라 유속이 증가하여 공기가 빠른 속도로 유입될 수 있고, 스로트부에서 출구(312,322)까지는 단면적이 점차 커지게 됨에 따라 유속이 느려짐과 동시에 압력 변동에 의해 공기와 가스의 혼합 효율을 높일 수 있게 된다.
상기 예혼합실(300)로 유입되는 연소용 가스는 가스제어밸브(미도시됨)에 의해 그 공급량이 조절되어 가스공급관(200)으로 유입된다. 가스공급관(200)으로 유입된 가스는 제1가스분출관(210, 도 3 참조)과 제2가스분출관(220)으로 분기된다.
이러한 공급 가스의 분기를 위한 구성으로, 가스공급관(200)과 예혼합실(300) 사이에는 가스공급관(200)으로 유입되는 가스 중 일부를 제1가스분출관(210)으로 공급하는 제1노즐구멍(241)과 나머지 가스를 제2가스분출관(220)으로 공급하는 제2노즐구멍(242)이 형성된 오리피스(240)가 개재된다. 상기 가스공급관(200)과 오리피스(240) 사이에는 기밀유지용 오링(240)이 장착되고, 오리피스(240)와 제1가스분출관(210) 및 제2가스분출관(220) 사이에는 상기 제1노즐구멍(241)과 제2노즐구멍(242)에 대응되는 구멍(251,252)이 형성된 패킹(250)이 삽입되며, 제2가스분출관(220)의 단부에도 기밀유지용 오링(260)이 장착된다.
제1가스분출관(210)으로 유입된 가스는 제1가스분출관(210)에 형성된 제1가스분출구(211)를 통해 제1예혼합실(310) 내부로 분출되고, 제2가스분출관(220)으로 유입된 가스는 제2가스분출관(220)에 형성된 제2가스분출구(221)를 통해 제2예혼합실(320) 내부로 분출된다. 이 경우 제1가스분출관(210)의 제1가스분출구(211)와 제2가스분출관(220)의 제2가스분출구(221)는 각각 제1예혼합실(310)의 출구(312)와 제2예혼합실(320)의 출구(322) 방향을 향하여 가스를 분출하도록 분출 방향이 형성되어 있어, 제1혼합실(310)과 제2혼합실(320)을 통과하는 공기의 흐름 방향과 제1가스분출구(211)와 제2가스분출구(221)를 통해 분출되는 가스의 분출 방향이 동일한 방향이 된다. 이에 따라 제1예혼합실(310)과 제2예혼합실(320)로 분출되는 가스는 공기흐름의 영향을 받지 않고 설정된 공기와 가스비를 갖는 정확한 유량의 혼합기를 얻을 수 있게 된다.
상기 제1가스분출관(210)과 제2가스분출관(220)은 제1예혼합실(310)과 제2예혼합실(320)의 중간부를 횡방향으로 가로지르며 상하로 설치되며, 제1가스분출관(210)과 제2가스분출관(220)의 둘레에는 각각 제1예혼합실(310)과 제2예혼합실(320)을 통과하는 공기의 흐름 통로가 형성된다.
그리고 제1가스분출구(211)와 제2가스분출구(221)를 통해 가스가 원활하게 분출될 수 있도록 제1가스분출관(210)의 제1가스분출구(211)와 제2가스분출관(220)의 제2가스분출구(221)는 제1예혼합실(310)과 제2예혼합실(320) 내부에 압력이 상대적으로 가장 낮은 스로트부에 위치하도록 배치되는 것이 바람직하다.
상기 혼합기조절부(400)는, 제2예혼합실(320)을 통과하는 공기의 흐름통로와 제2예혼합실(320)로 분출되는 가스의 분출통로를 개폐함으로써 혼합기의 유량을 조절하기 위한 것으로, 구동부(410)에 의해 왕복 이동되어 제2가스분출관(220)의 제2가스분출구(221)와 제2예혼합실(320)을 통과하는 공기의 흐름 통로를 개폐하는 이동블록(420)을 포함하여 구성된다.
상기 구동부(410)는 이동블록(420)의 전후진 이동을 위한 구동력을 제공하는 것으로, 스텝모터 또는 솔레노이드로 구성될 수 있다. 따라서 이동블록(420)의 전후진 이동은 스텝모터에 설정되는 회전수 제어 또는 솔레노이드에 인가되는 신호 제어에 의해 이루어지므로 이동블록(420)의 전후진 이동 제어를 간단한 장치에 의해 손쉽게 구현할 수 있는 이점이 있다.
이동블록(420)은 제2예혼합실(320)의 단면 형상에 대응되는 단면 형상을 갖는 몸체(421)로 이루어지고, 구동부(410)에 연결된 지지봉(430)은 몸체(421)에 형성된 지지봉 삽입구(422)에 결합되어 구동부(410)의 동력이 이동블록(420)의 몸체(421)에 전달되도록 구성되어 있으며, 몸체(421)의 중앙부에는 제2가스분출관(220)의 외주면에 대응하는 직경을 갖는 제2가스분출관 삽입구(423)가 형성되어 있다. 또한 예혼합실(300)의 내부에는 이동블록(420)의 몸체(421)가 전후진 이동되도록 안내하는 이동블록 가이드부(330)가 형성되어 있다.
이하, 상기와 같이 구성된 연소장치에서 난방 또는 온수 부하에 따른 혼합기이 유량 조절 작용을 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 연소장치에서 고열량 사용 시의 작동 상태를 나타낸 도 1의 A-A 부 단면도, 도 4는 본 발명에 따른 연소장치에서 고열량 사용 시의 작동 상태를 나타낸 평면도이다.
난방 또는 온수 부하가 상대적으로 큰 고열량 사용 시에는, 제1예혼합실(310)과 제2예혼합실(320)이 모두 개방되어 제1예혼합실(310)과 제2예혼합실(320)에서 공기와 가스의 혼합이 함께 이루어지게 된다. 이 경우 혼합기조절부(400)의 구동부(410)는 이동블록(420)이 제2예혼합실(320)의 혼합 유로에서 벗어나 이동블록 가이드부(330)의 내측으로 당겨지도록 구동되며, 이로써 제1예혼합실(310)로 유입되는 공기와 제1가스분출구(211)를 통해 분출되는 가스는 제1예혼합실(310)에서 혼합되고, 제2예혼합실(320)로 유입되는 공기와 제2가스분출구(221)를 통해 분출되는 가스는 제2예혼합실(320)에서 혼합된 후에 예혼합실(300)의 상측에 구비되는 버너(미도시됨) 측으로 공기와 가스의 혼합기가 공급된다. 이때 공기공급관(100)과 가스공급관(200)으로 유입되는 공기와 가스의 공급 유량은 설정된 난방 또는 온수 부하에 비례하여 송풍기(미도시됨)의 회전수와 가스공급밸브(미도시됨)의 개도량이 조절되는 것으로 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 연소장치에서 저열량 사용 시의 작동 상태를 나타낸 도 1의 A-A 부 단면도, 도 6은 본 발명에 따른 연소장치에서 저열량 사용 시의 작동 상태를 나타낸 평면도이다.
난방 또는 온수 부하가 상대적으로 작은 저열량 사용 시에는, 제2예혼합실(320)에서는 공기의 흐름과 가스의 분출이 차단되고, 제1예혼합실(310)에서만 공기와 가스의 혼합이 이루어지게 된다. 이 경우 혼합기조절부(400)의 구동부(410)는 이동블록(420)이 제2예혼합실(320)의 혼합 유로 측으로 이동되어 이동블록(420)의 몸체(420)가 제2가스분출관(220)의 제2가스분출구(221)를 막음과 동시에 제2예혼합실(320)을 통과하는 공기의 흐름통로를 차단하도록 구동된다.
이에 따라 버너의 출력이 낮은 저부하 영역에서는 제1예혼합실(310)에서만 공기와 가스의 혼합이 이루어지게 되며, 공기공급관(100)과 가스공급관(200)으로 유입되는 공기와 가스의 공급 유량은 설정된 부하에 비례하여 송풍기(미도시됨)의 회전수와 가스공급밸브(미도시됨)의 개도량을 조절함으로써 혼합기의 유량 제어가 가능해진다.
이와 같이 본 발명에서는 예혼합실(300)을 벤투리 구조를 갖는 제1예혼합실(310)과 제2예혼합실(320)의 이중 구조로 형성하고, 난방 또는 온수 부하의 크기를 고려하여, 상대적으로 고출력 영역인 경우에는 제1예혼합실(310)과 제2예혼합실(320) 모두에서 예혼합이 이루어지도록 하고, 상대적으로 저출력 영역인 경우에는 제1예혼합실(310)에서만 예혼합이 이루어지고 제2예혼합실(320)에서는 예혼합이 중단되도록 구성함으로써 턴다운비(TDR)를 높일 수 있게 된다.
본 실시예에서는 예혼합실(300) 내부의 벤투리 구조를 2단으로 형성한 경우를 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 예혼합실(300)을 2단 이상의 다단 구조로 형성할 경우 10:1 이상의 턴다운비(TDR)를 얻을 수 있게 된다.
또한, 본 발명에서는 공기의 흐름 방향과 가스의 분출 방향을 일치시킴으로써 이동블록(420)의 이동에 의해 제2예혼합실(320)이 개폐되는 과정에서 공기와 가스의 혼합 변화량이 최소화되도록 구성함으로써 저부하 영역에서도 연소상태를 안정화시킬 수 있으며, 혼합실(300) 내부의 스로트부에서 가스가 분출되도록 가스분출구를 위치시킴으로써 원하는 공기와 가스비로 혼합기를 생성할 수 있게 되며, 이에 따라 완전 연소에 의해 연소 효율을 향상시키고 공해물질의 배출량을 줄일 수 있게 된다.

Claims (8)

  1. 공기공급관(100)과 가스공급관(200)에 연통되어 연소용 공기와 가스가 예혼합되는 공간이 내부에 마련된 예혼합실(300)이 구비된 연소장치에 있어서,
    상기 예혼합실(300)의 내부는 상기 공기공급관(100)과 가스공급관(200)으로부터 공급된 공기와 가스가 예혼합되는 공간이 벤투리 구조로 다단 구획되고;
    상기 가스공급관(200)을 통해 상기 예혼합실(300) 내부로 분출되는 가스의 분출 방향은 상기 공기공급관(100)을 통해 상기 예혼합실(300) 내부로 공급되는 공기의 흐름 방향과 나란하게 형성된 것;을 특징으로 하는 턴다운비를 향상시킨 연소장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다단으로 구획된 예혼합실(300)의 일부 영역을 개폐하여 공기와 가스의 혼합기 유량을 조절하는 혼합기조절부(400)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 턴다운비를 향상시킨 연소장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 예혼합실(300)은 칸막이부재(301)에 의해 2단으로 구획되어, 상기 칸막이부재(301)를 기준으로 그 양측에 제1예혼합실(310)과 제2예혼합실(320)로 구획되고,
    상기 혼합기조절부(400)는 상기 제2예혼합실(320)을 통과하는 공기와 상기 제2예혼합실(320)로 분출되는 가스를 개폐하는 것을 특징으로 하는 턴다운비를 향상시킨 연소장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가스공급관(200)은, 상기 제1예혼합실(310)로 가스를 공급하는 제1가스분출관(210)과, 상기 제2예혼합실(320)로 가스를 공급하는 제2가스분출관(220)으로 분기되고,
    제1가스분출관(210)의 제1가스분출구(211)와 제2가스분출관(220)의 제2가스분출구(221)는, 상기 제1예혼합실(310)과 제2예혼합실(320)의 출구(312,322) 방향을 향하여 가스를 분출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 턴다운비를 향상시킨 연소장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1가스분출관(210)과 제2가스분출관(220)은, 상기 제1예혼합실(310)과 제2예혼합실(320)의 중간부를 횡방향으로 가로지르며 배치되고,
    상기 제1가스분출관(210)과 제2가스분출관(220)의 둘레에 상기 공기의 흐름 통로가 형성된 것을 특징으로 하는 턴다운비를 향상시킨 연소장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 혼합기조절부(400)는, 구동부(410)에 의해 왕복 운동되어 상기 제2가스분출관(220)의 제2가스분출구(221)와 상기 제2예혼합실(320)을 통과하는 공기의 흐름 통로를 개폐하는 이동블록(420)을 포함하는 것을 특징으로 하는 턴다운비를 향상시킨 연소장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 구동부(410)는 스텝모터 또는 솔레노이드로 구성된 것을 특징으로 하는 턴다운비를 향상시킨 연소장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 제1가스분출관(210)의 제1가스분출구(211)와 제2가스분출관(220)의 제2가스분출구(221)는, 제1예혼합실(310)과 제2예혼합실(320) 내부의 스로트부에 위치하는 것을 특징으로 하는 턴다운비를 향상시킨 연소장치.
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