KR100708445B1 - 가스용 버너기의 예혼합구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스용 버너기의 예혼합구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 예혼합부의 내부몸체의 내측을 흐르는 공기에 가스분출관을 통하여 공급된 가스가 회전 유동되며 공급되는 구조에 의하여 공기와 가스가 상호 균일 혼합될 수 있도록 하는 장치에 관한 것이다.

상기와 같은 본 발명에 의하면, 가스와 공기의 예혼합공간이 줄어들게 되어 공간활용을 극대화 할 수 있으며, 균일 혼합된 가스와 공기에 의하여 열효율이 향상된다.

가스용 버너기, 예혼합부, 가스분출관, 유동

Description

가스용 버너기의 예혼합구조{Pre-mixing structure of burner for gas}

도 1은 종래 가스용 버너기의 외관을 보이는 사시도.

도 2는 도 1의 측단면도.

도 3은 도 1에서 예혼합부를 도시한 부분절개 사시도.

도 4는 종래 가스용 버너기의 다른 구조를 도시한 측단면도.

도 5는 도 4에서 예혼합부를 도시한 부분절개 사시도.

도 6은 본 발명 실시예에 의한 가스용 버너기의 측단면도.

도 7은 도 6에서 예혼합부를 도시한 부분절개 사시도.

도 8은 도 7의 단면도.

도 9는 도 7의 분해 사시도.

도 10은 본 발명 다른 실시예에 의한 예혼합부를 도시한 부분절개 사시도.

도 11은 도 10의 단면도.

도 12는 본 발명 실시예에 의한 가스분출관을 도시한 사시도.

도 13은 본 발명의 다른 실시예에 의한 가스분출관을 도시한 사시도.

도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 가스분출관을 도시한 사시도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

70 : 가스용 버너기기 71 : 공기공급팬

72 : 공기공급부 74 : 가스공급구

80 : 예혼합부 82 : 분배부

84 : 외부몸체 90 : 플랜지

92 : 내부몸체 94 : 이송공간

96 : 혼합공간 98 : 결합공

100 : 가스분출관 102 : 가스연료 유입구

104 : 몸체부 106 : 노즐

110 : 가스유동홈 120 : 꼬리부

본 발명은 가스용 버너기기의 예혼합구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 예혼합 방식의 가스용 버너기기에 공급되는 가스와 공기를 사전에 충분히 혼합시켜 혼합 가스가 연소될 시에 완전 연소가 이루어지도록 함으로써 연소 효율이 최대화하고, 공해 물질이 최소화하는 고효율, 저공해 연소를 가능하도록 함과 아울러 가스용 버너기기의 설치 면적을 줄일 수 있는 가스용 버너기기의 예혼합구조에 관한 것이다.

일반적으로, 버너기기는 연료를 안전하고 효율이 좋게 연소시켜서 열을 얻는 장치로서, 연료의 종류에 따라서 가스연소용의 가스버너기기, 등유나 중유 등 액체연료의 연소용인 오일버너기기, 석탄연소용의 미분탄버너기기 등이 있다.

또한, 연료와 공기를 혼합하는 방법에 따라 예혼합형 버너기기와 확산형 버너기기로 나뉜다.

상기 예혼합형 버너기기는 연료와 공기를 미리 혼합하여 연소시키며, 확산형 버너기기는 연료와 공기를 연소기로 따로 보내어 연소기 속에서 혼합하여 연소시키는 것이다.

특히, 상기 예혼합형 버너기기는 가스와 공기를 연소 전에 충분히 혼합한 혼합 가스를 연소시키는 것을 특징으로, 연소 효율이 높고, 공해 물질이 적게 배출되는 고효율 및 저공해 연소를 그 기술의 목적으로 하는 연소 발열 장치이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 일반적인 예혼합형 버너기기(1)는 공기를 승압하여 공급하는 공기공급부(2)와, 가스와 공기를 혼합하는 예혼합부(4)와, 혼합된 가스를 균일한 압력 분포를 갖도록 하는 분배부(6)와, 혼합된 기체를 연소시키는 버너부(8) 및 그 연소열을 회수하여 목적에 맞도록 사용하도록 하는 전열부(9)로 구성되어 있다.

상기 공기공급부(2)는 내부에 공기를 공급하도록 공기공급팬(3)이 구비되어 있다.

상기 공기공급팬(3)은 공기공급부(2) 내부에서 통상적인 구조로 고정 설치되어 있다.

그리고, 상기 예혼합부(4)는 예혼합형 버너기기(1)에 사용되는 가스와 공기를 연소 전에 혼합하고, 그 혼합가스를 버너부(8)에 공급하는 장치로써 이하 그 일실시예에 따른 구성을 설명한다.

상기 예혼합부(4)는 양측에 각각 공기공급부(2) 및 분배부(6)와 플랜지(12)로 결합되고, 공기공급부(2)로부터 공급된 공기와 가스공급부(도시하지 않음)를 통해 가스공급구(14)로부터 공급된 가스를 예혼합부(4) 내부로 공급받아, 그 내부에서 혼합하여 혼합된 혼합 가스를 분배부(6)에 공급하도록 형성된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 예혼합부(4)는 양단에 플랜지(12)가 형성되며 공기가 유동되는 공기공급관(10)과, 상기 공기공급관(10)의 일측으로 일부 삽입되어 끝단이 밀폐된 그 끝단부를 축방향으로 굴곡되며 가스를 공급하는 가스공급구(14)와, 상기 가스공급구(14)의 끝단부 외주면에 통공된 가스공급홀(16) 및 공기와 가스를 혼합하기 위해 공기공급관(10)의 일정 위치에 구비되는 선회기(18)로 이루어져 있다.

통상적으로, 상기 선회기(18)는 공기공급관(10) 내부에 고정 설치되어 있다.

상기 플랜지(12)는 공기공급부(2)와 분배부(6)에 예혼합부(4)를 체결하기 위해 형성된다.

상기 플랜지(12)는 통상적으로 볼트와 너트(도시하지 않음)에 의해 체결된다.

또한, 상기 예혼합부(4)는 가스공급구(14)가 공기공급관(10)을 관통하여 공기공급관(10)의 대략 중심까지 연장된 후 축방향으로 굴곡시켜 가스를 공기 흐름 방향으로 분출하도록 형성된다.

이때, 상기 가스공급구(14)의 끝단은 밀폐되고, 공기공급관(10)의 중심에서 내측면 방향으로 가스가 분출될 수 있도록 끝단부의 외주면에 일정 간격으로 다수개의 가스공급홀(16)이 형성되어 있다.

한편, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 가스형 버너기기(20)의 다른 실시예에서 예혼합부(24)는 이중 관 형상의 외부몸체(40)와 내부몸체(50)로 이루어져 있다.

상기 외부몸체(40)와 내부몸체(50)의 사이에는 공간(60)이 형성되어 있다.

그리고, 상기 외부몸체(40)의 일측에는 가스공급구(34)가 삽입되어 그 끝단이 공간(60) 상에 위치하도록 형성된다.

또한, 상기 가스공급구(34)로 유입된 가스가 내부몸체(50)의 내부로 공급되도록 내부몸체(50)의 원주면에는 일정 간격으로 다수개의 가스공급홀(36)이 통공되어 있다.

이때, 상기 내부몸체(50)는 중공으로써 공기공급부(22)의 내부에 구비된 공기공급팬(23)의 작동으로 공급되는 공기가 유동되기 위해 형성된다.

상기 내부몸체(50)의 내부로 유입되는 공기와 가스는 그 내부에 구비된 선회기(38)에 의하여 균일하게 혼합되게 된다.

그리고, 상기 공기공급팬(23)은 공기공급부(22)의 내부에 통상적인 방법으로 설치되고, 선회기(38)는 내부몸체(50)의 내부에 고정 설치된다.

한편, 상기 외부몸체(40)와 내부몸체(50)의 양측면을 함께 접하며 형성된 플 랜지(32)는 공간(60)을 밀폐하여 가스의 외부 유출을 방지함과 아울러 예혼합부(24)를 공기공급부(22)와 분배부(26)에 결합하기 위한 것이다.

상기 플랜지(32)는 통상적으로 볼트와 너트(도시하지 않음)에 의해 체결된다.

상기 예혼합부(24)는 외부몸체(40)와 내부몸체(50)의 이중 관 형상으로 형성하여, 가스공급구(34)가 외부몸체(40)에 연결되어 외부몸체(40)와 내부몸체(50) 사이의 공간(60) 상에 가스를 공급하게 된다.

이때, 상기 내부몸체(50)의 측면에는 일정 간격의 가스공급홀(36)이 통공되어 내부몸체(50)의 내부로 가스를 분출하도록 한다.

그러나, 종래의 가스용 버너기기의 예혼합부는 균일한 가스 분출을 위하여 가스공급관의 끝단부에 다수개의 가스공급홀을 형성하여야 하며, 가스의 분출 시 공기와의 충분한 혼합을 위해 하나 이상의 선회기(swirler)를 형성하여야 함으로써 예혼합부의 장치가 크고, 복잡해지며, 다수의 선회기에 의한 압력 손실이 크다는 문제점이 있었다.

그리고, 상기 선회기에 의한 와류 형성에 의하여 혼합된 가스의 중심부분에는 상대적으로 혼합 가스의 밀도가 낮아져서, 예혼합부와 연결된 분배부가 혼합된 가스의 고른 분포를 위하여 부피가 커져야 하는 문제점도 있었다.

상기 열거된 종래 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 별도의 선회기 를 설치하지 않고서도 가스와 공기가 균일 혼합을 이루게 되는 것에 의하여 압력손실을 감소시키며 설치공간을 축소할 수 있는 가스용 버너기의 예혼합 구조를 제공하는 것이다.

상기 목적을 이루기 위한 본 발명은, 가스를 예혼합부에서 혼합하여 연소하는 가스용 버너기에 있어서, 상기 예혼합부의 외측 몸체를 구성하며 상기 가스가 내측으로 유입되기 위한 가스공급구가 일측에 구비되고 이에 연통되어 내측에 중공이 형성된 외부몸체와, 상기 외부몸체와 일정 간격을 이루며 내측에 설치되어 상기 가스공급구를 통하여 유입된 가스가 원주방향으로 유동되기 위한 이송공간을 형성하며 내측에는 가스와 공기가 상호 혼합되기 위한 혼합공간이 구비된 내부몸체와, 상기 내부몸체와 외부몸체 사이에 형성된 이송공간으로 양단에 형성된 가스연료 유입구가 연통되어 설치되며 상기 내부몸체의 혼합공간을 흐르는 공기와 회전유동으로 가스가 혼합되도록 상기 혼합공간의 중심축을 지나는 몸체부에서 축방향의 중심을 경계로 하여 가스가 분출되는 노즐이 상기 몸체부 양측면의 일측에만 형성된 가스분출관으로 구성된다.

바람직하게, 상기 가스분출관의 가스연료 유입구와 상기 가스공급구는 상기 내부몸체 축방향 단면을 중심으로 하여 60도 내지 90도의 각도 범위내에서 설치된다.

그리고, 상기 가스분출관에 형성된 노즐은 양단에서 중심으로 갈수록 점차 직경이 감소된다.

그리고, 상기 가스분출관은 상기 내부몸체 내부에 장착시 공기 유동의 하류 방향으로 유선형의 꼬리부가 형성된다.

그리고, 상기 내부몸체는 상기 외부몸체의 내측에 밀접되도록 형성되며, 상기 가스분출관과 연통된 상기 외부몸체 내측에는 가스 이송통로가 되도록 상기 외부몸체 내측을 따라서 원주방향으로 가스유동홈이 형성된다.

그리고, 상기 가스분출관은 2개 이상 구비되어 상기 내측몸체의 혼합공간을 따라서 상호 등각도를 이루며 일정 간격 설치되거나 혼합공간의 중심축에서 상호 연결된다.

상기와 같은 본 발명에 의하면, 가스와 공기의 예혼합공간이 줄어들게 되어 공간활용을 극대화 할 수 있으며, 균일 혼합된 가스와 공기에 의하여 열효율이 향상된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 가스용 버너기(70)는 공기공급팬(71)의 회전에 의하여 공기를 승압하여 공급하는 공기공급부(72)와, 상기 공기공급부(72)에 의하여 공급된 산소와 가스공급구(74)에 의하여 공급된 가스를 혼합하는 예혼합부(80)와, 혼합된 가스를 균일한 압력 분포를 갖도록 하는 분배부(82)로 크게 구성된다.

상기에서 가스용 버너기(70)의 예혼합부(80)의 구조를 도 7 내지 도 9를 참조하여 설명하기로 한다.

가스용 버너기(70)의 예혼합구조는 외부몸체(84)의 일측에 가스를 공급하기 위한 가스공급구(74)가 내측 공간인 중공(86)과 연통되어 고정되며, 양단에는 플랜지(90)가 구비되어 상기 공기공급부(72)와 분배부(82) 사이에 상기 예혼합부(80)가 고정될 수 있도록 한다.

상기 외부몸체(84) 내측 중공(86)에는 내부몸체(92)가 삽입되어 결합되며 상기 외부몸체(84)와 내부몸체(92)는 일정 간격으로 이격되어 원주 방향으로 가스가 흐르는 공간인 이송공간(94)을 형성하게 된다.

상기 내부몸체(92)의 내측에는 공기와 가스가 상호 혼합되기 위한 공간부인 혼합공간(96)이 구비되며, 가스가 내측으로 이동하기 위한 통로인 결합공(98)이 내부몸체(92) 측면에 형성된다.

상기 결합공(98)에 장착되는 가스분출관(100)은 양단에 형성된 가스연료 유입구(102)가 상기 결합공(98)에 결합되며, 상기 가스연료 유입구(102)를 통하여 유입된 가스가 흐르는 통로인 몸체부(104)가 구비된다.

상기 몸체부(104) 측면에는 축방향을 경계로 하여 가스가 분출되는 노즐(106)이 공기 흐름의 측면 방향으로 가스를 회전시켜 분사하도록 상기 몸체부(104)에서 양측면의 일측에만 형성된다. 즉, 상기 노즐(106)의 형성은 상기 가스분출관(100)을 통하여 혼합공간(96)으로 분사되는 가스가 회전유동을 하며 공기와 혼합이 원할하게 이루어지도록 몸체부(104) 일측의 상측과 몸체부(104) 타측의 하측에 노즐(106)이 각각 형성된다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 도 10과 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 내부몸체(92)의 외측면과 외부몸체(84)의 내측면은 상호 접하도록 설치되며, 상기 가스공급구(74)와 연통된 상기 외부몸체(84) 내측에는 원주방향을 따라서 홈 형상의 가스유동홈(110)이 형성되어 상기 가스공급구(74)에서 공급된 가스가 외부몸체(84)의 원주 방향을 따라서 균일하게 공급되도록 한다.

본 발명 실시예에 의한 가스분출관(100)은 도 12에 도시된 바와 같이, 노즐(106) 형상이 중심축을 대칭으로 대각선 방향으로 형성되어 있으며, 상기 노즐(106)이 도 13에 도시된 바와 같이, 외측에서 내측으로 갈수록 직경크기가 점점 작아지게 되는 것도 본 발명의 다른 실시예라 할 것이다.

그리고, 상기 가스분출관(100)은 압력손실을 줄이기 위해서 도 14에 도시된 바와같이, 공기 흐름방향의 하류쪽에 유선형의 꼬리부(120)를 형성시키게 된다.

상기에서 외부몸체(84)와 내부몸체(92) 사이의 이송공간(94)은 상기 가스공급구(74)와 가스분출관(100)의 가스연료 유입구(102)가 적정한 각도를 이루기만 하면, 편리를 위하여 다양한 크기와 모양으로 형성할 수 있다.

그리고, 상기 가스분출관(100)은 2개 이상 설치될 수 있으며, 이 경우 내부몸체(92)의 혼합공간(96)의 단면 중심을 기준으로 등각도로 위치시키고 연속된 가스연료 유입구(102)의 중간에 가스공급구(74)를 형성한다.

상기에서 도 8과 도 11에 도시된 바와 같이, 가스공급구(74)와 가스분출관(100)의 가스연료 유입구(102)가 이루는 각도는 60도 내지 90도의 범위를 갖게 되며, 이는 상기 가스공급구(74)를 통하여 공급된 가스가 이송공간(94) 또는 가스유동홈(110)을 따라서 균일 분배되도록 하기 위함이며, 이와 같은 균일 밀 도를 가지는 가스가 상기 가스연료 유입구(102)로 유입되어 가스분출관(100)에서 균일 분사가 이루어지게 하기 위함이다.

한편, 상기 외부몸체(84)와 내부몸체(92)를 상호 결합시키기 위한 플랜지(90)의 구성은 도 9와 도 10에 도시된 바와 같이, 외부몸체(84)의 양단에 구비된 제1프랜지(90a) 및 제2플랜지(90b)와 상기 내부몸체(92) 일단에 구비된 제3플랜지(90c)로 구성된다.

상기 제1플랜지(90a)는 공기공급부(72)와 접하여 고정되며, 상기 제3플랜지(90c)는 상기 제2플랜지(90b)의 단턱(91)에 장착되어 상호 고정을 이루게 된다.

본 발명 실시예에 의한 가스분출관(100)은 상기 혼합공간(96)에 1개만 설치될 수 있으며, 2개 이상 설치될 수 도 있다.

2개 이상 설치되는 경우, 상기 혼합공간(96)을 따라서 일정 간격을 이루며 설치되며, 이때, 상기 가스분출관(100)의 갯수에 따라서 일정 각도를 상호 이루며 설치된다.

다른 실시예에 의하면, 2개 이상의 가스분출관(100)의 동일 단면상에 설치되며 혼합공간(96)의 중심축에서 상호 연결되기도 한다.

상기 구성을 갖는 본 발명 실시예에 의한 작용을 설명하기로 한다.

공기공급팬(71)의 작동에 의하여 승압된 공기는 예혼합부(80)의 내측공간으로 유입되며, 가스공급구(74)에 의하여 공급된 가스는 이송공간(94) 또는 가스유동홈(110)을 따라서 내부몸체(92)의 외측 원주방향을 따라서 균일하게 분배된다.

상기 내부몸체(92)의 결합공(98)에 결합된 가스분출관(100)은 가스연료 유입구(102)를 따라서 내부몸체(92) 외측으로 부터 가스가 유입되어 노즐(106)을 통하여 혼합공간(96)으로 가스가 분출되며, 상기 노즐(106)의 형상이 대각선 외측 방향을 향하여 각각 형성된 것에 의하여 상기 노즐(106)을 통하여 분출된 가스는 회전유동을 하게 된다.

상기와 같이, 회전유동을 하게 되는 가스에 의하여 혼합공간(96)을 흐르는 공기와 가스 간에 균일 혼합이 더욱 잘 일어나게 되며, 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 노즐(106)의 형상이 몸체부(104)의 양단으로 갈 수록 더욱 커지는 것에 의하여 더욱 원할한 가스의 회전유동 운동을 제공하게 된다.

그리고, 도 14에 도시된 바와 같이, 가스분출관(100)의 후측인 공기가 흐르는 방향으로 유선형의 꼬리부(120)를 형성하는 것에 의하여, 상기 가스분출관(100)을 지나면서 발생될 수 있는 공기의 박리현상을 억제하여 압력손실의 발생을 방지하게 된다.

한편, 상기 가스분출관(100)을 다수개 설치할 경우, 더욱 원할한 가스의 회전유동 운동을 제공하게 되어, 단일개의 가스분출관(100)을 사용하는 경우에 비하여 향상된 공기와 가스의 혼합구조를 제공하게 된다.

이때, 상기 가스분출관(100)의 직경에 따라 공급되는 가스의 속도가 달라지고, 공급되는 가스의 속도에 따라 가스의 회전유동 속도가 달라지며, 가스의 회전속도에 따라 공기와의 혼합이 잘 되게 되므로 조절하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명은 가정용 가스보일러 뿐만 아니라 연구용, 산업용 등의 가스 보일러에도 적용 가능하다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 가스용 버너기의 예혼합구조에 의하면, 가스가 내부몸체 내부 혼합공간에서 회전 유동되면서 공기와 혼합되기 때문에 충분한 혼합이 이루어지므로 연소가 완전연소에 가깝게 되고 연소효율도 향상됨은 물론 일산화탄소의 배출량이 현저하게 감소되는 효과가 있다.

그리고, 상기 내부몸체 내부 혼합공간에는 종래의 선회기를 구비하지 않아도 되기 때문에 종래에 비하여 예혼합부의 체적이 줄어들게 되어 가스용 버너기의 설치면적을 줄여 공간활용을 극대화 하는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 예혼합부의 외측 몸체를 구성하며 가스가 내측으로 유입되기 위한 가스공급구가 일측에 구비되고 이에 연통되어 내측에 중공이 형성된 외부몸체와, 상기 외부몸체와 일정 간격을 이루며 내측에 설치되어 상기 가스공급구를 통하여 유입된 가스가 원주방향으로 유동되기 위한 이송공간을 형성하며 내측에는 가스와 공기가 상호 혼합되기 위한 혼합공간이 구비된 내부몸체를 포함한 가스용 버너기에 있어서;

   상기 내부몸체와 외부몸체 사이에 형성된 이송공간으로 양단에 형성된 가스연료 유입구가 연통되어 설치되며, 상기 내부몸체의 혼합공간을 흐르는 공기와 회전유동으로 가스가 혼합되도록 상기 혼합공간의 중심축을 지나는 몸체부에서 축방향의 중심을 좌우경계로 하여 가스가 분출되는 노즐이 상호 반대되는 방향으로 각각 형성된 가스분출관을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 가스용 버너기의 예혼합구조.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 가스분출관의 가스연료 유입구와 상기 가스공급구는 상기 내부몸체 축방향 단면을 중심으로 하여 60도 내지 90도의 각도 범위내에서 설치됨을 특징으로 하는 가스용 버너기의 예혼합구조.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 가스분출관에 형성된 노즐은 양단에서 중심으로 갈수록 점차 직경이 감소됨을 특징으로 하는 가스용 버너기의 예혼합구조.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 가스분출관은 상기 내부몸체 내부에 장착시 공기 유동의 하류 방향으로 유선형의 꼬리부가 형성됨을 특징으로 하는 가스용 버너기의 예혼합구조.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 내부몸체는 상기 외부몸체의 내측에 밀접되도록 형성되며, 상기 가스공급관과 연통된 상기 외부몸체 내측에는 가스 이송통로가 되도록 상기 외부몸체 내측을 따라서 원주방향으로 홈이 형성된 가스유동홈을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 가스용 버너기의 예혼합구조.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 가스분출관은 2개 이상 구비되어 상기 내측몸체의 혼합공간을 따라서 상호 등각도를 이루며 일정 간격 설치되거나 혼합공간의 중심축에서 상호 연결됨을 특징으로 하는 가스용 버너기의 예혼합구조.

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