(57)【要約】本発明は、バーナーのターンダウン比を向上させて低出力の負荷領域でも燃焼状態を安定的に具現することができるターンダウン比を向上させた燃焼装置を提供することにその目的がある。それを具現するために、本発明は空気供給管とガス供給管に連通されて燃焼用空気とガスが予混合される空間が内部に設けられた予混合室が具備された燃焼装置において、前記予混合室の内部は前記空気供給管とガス供給管から供給された空気とガスが予混合される空間がベンチュリ構造で多段区画され、前記ガス供給管を介して前記予混合室の内部に噴出されるガスの噴出方向は前記空気供給管を介して前記予混合室の内部に供給される空気が流れる方向と平行に形成されることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気供給管とガス供給管に連通されて燃焼用空気とガスが予混合される空間が内部に設けられた予混合室が具備された燃焼装置において、
前記予混合室の内部は前記空気供給管とガス供給管から供給された空気とガスが予混合される空間がベンチュリ構造で多段区画され、
前記ガス供給管を介して前記予混合室の内部に噴出されるガスの噴出方向は前記空気供給管を介して前記予混合室の内部に供給される空気が流れる方向と平行に形成されることを特徴とする、
ターンダウン比を向上させた燃焼装置。
【請求項２】
前記多段に区画された予混合室の一部領域を開閉して空気とガスの混合気の流量を調節する混合気調節部を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のターンダウン比を向上させた燃焼装置。
【請求項３】
前記予混合室は仕切り部材によって２段に区画され、前記仕切り部材を基準にその両側に第１予混合室と第２予混合室に区画され、前記混合気調節部は前記第２予混合室を通過する空気と前記第２予混合室に噴出されるガスを開閉することを特徴とする請求項２に記載のターンダウン比を向上させた燃焼装置。
【請求項４】
前記ガス供給管は前記第１予混合室にガスを供給する第１ガス噴出管と前記第２予混合室にガスを供給する第２ガス噴出管に分岐され、第１ガス噴出管の第１ガス噴出口と第２ガス噴出管の第２ガス噴出口は、前記第１予混合室と第２予混合室の出口方向に向かってガスを噴出するように構成されることを特徴とする請求項３に記載のターンダウン比を向上させた燃焼装置。
【請求項５】
前記第１ガス噴出管と第２ガス噴出管は前記第１予混合室と第２予混合室の中間部を横方向に横切って配置され、前記第１ガス噴出管と第２ガス噴出管の周縁に前記空気が流れる通路が形成されることを特徴とする請求項４に記載のターンダウン比を向上させた燃焼装置。
【請求項６】
前記混合気調節部は、駆動部によって往復運動されて前記第２ガス噴出管の第２ガス噴出口と前記第２予混合室を通過する空気が流れる通路を開閉する移動ブロックを含むことを特徴とする請求項４に記載のターンダウン比を向上させた燃焼装置。
【請求項７】
前記駆動部はステップモータ又はソレノイドで構成されることを特徴とする請求項６に記載のターンダウン比を向上させた燃焼装置。
【請求項８】
前記第１ガス噴出管の第１ガス噴出口と第２ガス噴出管の第２ガス噴出口は、第１予混合室と第２予混合室内部のスロート部に位置することを特徴とする請求項４に記載のターンダウン比を向上させた燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はターンダウン比を向上させた燃焼装置に関するものであり、より詳しくは、ベンチュリ構造を多段に設計しベンチュリ形状を可変させることでバーナーのターンダウン比を向上させると共に、空気とガスを予混合する際にガスの噴出方向が空気が流れる方向と同じ方向になるように予混合室の内部にガスと空気の流路を形成することで、低い出力領域でも安定した燃焼状態を具現することができるターンダウン比を向上させた燃焼装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガスボイラ又はガス温水器のようなガス燃焼装置にはバーナーのターンダウン比（Ｔｕｒｎ−Ｄｏｗｎ  Ｒａｔｉｏ；ＴＤＲ）が設定される。ターンダウン比（ＴＤＲ）とは、ガスの量が可変調節されるガス燃焼装置における「最大ガス消費量対最小ガス消費量の比」をいう。例えば、最大ガス消費量が３０，０００ｋｃａｌ／ｈで最小ガス消費量が６，０００ｋｃａｌ／ｈであればターンダウン比は５：１になる。ターンダウン比は安定した火炎を維持するための最小ガス消費量をどれだけ低く調節することができるのかによって制限される。
【０００３】
ガス燃焼装置の場合、ターンダウン比が大きいほど暖房及び温水の使用時の便利性が増大する。即ち、燃焼初期には早い時間内に目標とする暖房温度に到達するために最大限の火力で燃焼を行うが、目標とする暖房温度の近くに到達すると次第にバーナーに供給するガス量を減らして燃焼を行う。この場合、最小ガス消費量が高くてターンダウン比が低ければバーナーの出力を減らすためにガス量を減少させて制御することが難しくなる。
特に、暖房及び温水の負荷が小さい領域でバーナーが作動すれば燃焼装置のオン／オフ（Ｏｎ／Ｏｆｆ）転換が頻繁になって燃焼状態が不安定になり、温度制御の際の偏差が大きくなって機器の耐久性が低下する。よって、燃焼装置に適用されるバーナーのターンダウン比を向上させる方法が提示されてきた。
【０００４】
これに関する先行技術として、特許文献１には燃焼に必要な空気を供給するための送風機と、ガスの供給流量を調節する比例制御バルブと、前記比例制御バルブに連結されて補助バルブの開閉によってガス供給が行われ、複数個のノズルが並列に連結されたノズル部と、前記送風機から供給された空気と前記ノズル部を通過したガスを混合してバーナーの表面に供給するミキシングチェンバーと、前記比例制御バルブ及び補助バルブの開閉によって送風機の回転数を制御し燃焼に必要な空気量のみ供給するようにする制御部を含んで構成されるガスボイラの燃焼装置が開示されている。
このような構成によると、ガスが供給されるノズル部を並列に多段配置し、バーナーの出力に対応して各ノズル部の開閉を制御することでターンダウン比を向上させて低い出力領域で燃焼安定性を上げることができる利点がある。
【０００５】
しかし、前記先行技術を含む前記従来の燃焼装置ではミキシングチェンバー（予混合室）内部で空気とガスを混合する際に空気とガスが流れる方向と燃焼効率との関連性に対しては考慮されておらず、従来の燃焼装置では予混合室の内部で空気が流れる方向とガスの噴出方向が互いに異なる方向になるようにして空気とガスが混合されるように構成されていて、空気が流れる方向とは異なる方向にガスを噴出して混合する場合には空気の流れによってガスの噴出が影響を受けるようになって望みの空気／ガス費を得ることができず、そのため燃焼が不安定になって燃焼効率が落ちる要因として作用する問題点がある。
また、従来の燃焼装置の予混合室は単一のベンチュリ構造で形成されてターンダウン比が５：１以下に制限されることで低い出力領域の燃焼の際にはバーナーの頻繁なオン／オフ転換によって燃焼効率が落ちて燃焼装置の性能が低下される問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】登録特許第１０−０８０５６３０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は前記のような問題点を解決するために案出されたものであり、バーナーのターンダウン比を向上させて低い負荷領域でも燃焼状態を安定的に具現することができるターンダウン比を向上させた燃焼装置を提供することにその目的がある。
本発明の他の目的は、負荷の大きさに対応して混合気の流量を調節する際に空気とガスの混合変化量を最小化することで燃焼効率を向上させる燃焼装置を提供することにある。
本発明のまた他の目的は、暖房又は温水負荷の大きさに対応する混合気の流量制御装置の構造を簡素化することができるターンダウン比を向上させた燃焼装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した目的を具現するために、本発明のターンダウン比を向上させた燃焼装置は、空気供給管１００とガス供給管２００に連通されて燃焼用空気とガスが予混合される空間が内部に設けられた予混合室３００が具備された燃焼装置において、前記予混合室３００の内部は前記空気供給管１００とガス供給管２００から供給された空気とガスが予混合される空間がベンチュリ構造で多段区画され、前記ガス供給管２００を介して前記予混合室３００の内部に噴出されるガスの噴出方向は前記空気供給管１００を介して前記予混合室３００の内部に供給される空気が流れる方向と平行に形成されることを特徴とする。
【０００９】
この際、前記多段に区画された予混合室３００の一部領域を開閉して空気とガスの混合気の流量を調節する混合気調節部４００を更に含んで構成される。
【００１０】
また、前記予混合室３００は仕切り部材３０１によって２段に区画され、前記仕切り部材３０１を基準にその両側に第１予混合室３１０と第２予混合室３２０に区画され、前記混合気調節部４００は前記第２予混合室３２０を通過する空気と前記第２予混合室３２０に噴出されるガスを開閉するように構成される。
【００１１】
また、前記ガス供給管２００は前記第１予混合室３１０にガスを供給する第１ガス噴出管２１０と前記第２予混合室３２０にガスを供給する第２ガス噴出管２２０に分岐され、第１ガス噴出管２１０の第１ガス噴出口２１１と第２ガス噴出管２２０の第２ガス噴出口２２１は前記第１予混合室３１０と第２予混合室３２０の出口３１２，３２２方向に向かってガスを噴出するように構成される。
【００１２】
また、前記第１ガス噴出管２１０と第２ガス噴出管２２０は前記第１予混合室３１０と第２予混合室３２０の中間部を横方向に横切って配置され、前記第１ガス噴出管２１０と第２ガス噴出管２２０の周縁に前記空気が流れる通路が形成されるように構成される。
【００１３】
また、前記混合気調節部４００は駆動部４１０によって往復運動されて前記第２ガス噴出管２２０の第２ガス噴出口２２１と前記第２予混合室３２０を通過する空気が流れる通路を開閉する移動ブロック４２０を含んで構成される。
【００１４】
また、前記駆動部４１０はステップモータ又はソレノイドで構成される。
【００１５】
また、前記第１ガス噴出管２１０の第１ガス噴出口２１１と第２ガス噴出管２２０の第２ガス噴出口２２１は第１予混合室３１０と第２予混合室３２０内部のスロート部に位置するように構成される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によるターンダウン比を向上させた燃焼装置によると、予混合室の内部を多段のベンチュリ構造に区画すると共にガスの噴出方向が空気が流れる方向と同じ方向になるようにすることで１０：１以上のターンダウン比を具現することが可能となり、暖房又は温水負荷が小さい領域でも燃焼状態を安定的に具現するだけでなく、混合気の流量を調節する際に空気とガスの混合変化量を最小化することで燃焼効率を向上させ公害物質の発生を最小化する長所がある。
また、本発明によると、駆動部によって往復運動する移動ブロックによって予混合室の一部領域を開閉して空気とガスの混合気の流量をバーナーの出力の大きさに対応して調節するように構成することで、混合気の流量制御のための装置構造を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明によるターンダウン比を向上させた燃焼装置の外観斜視図である。
【図２】図１の分解斜視図である。
【図３】本発明による燃焼装置における高熱量使用時の作動状態を示す図１のＡ−Ａ部の断面図である。
【図４】本発明による燃焼装置における高熱量使用時の作動状態を示す平面図である。
【図５】本発明による燃焼装置における低熱量使用時の作動状態を示す図１のＡ−Ａ部の断面図である。
【図６】本発明による燃焼装置における低熱量使用時の作動状態を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施例に対する構成及びその作用を詳しく説明する。
図１は本発明によるターンダウン比を向上させた燃焼装置の外観斜視図、図２は図１の分解斜視図である。
本発明による燃焼装置は、燃焼用空気とガスが予混合される予混合室３００を基準に予混合室３００の下部には空気が流入される空気供給管１００が連結され、予混合室３００の一側には燃焼用ガスが供給されるガス供給管２００が連結され、予混合室３００の他側には予混合室３００に流入される空気とガスの流量を調節して混合気の流量を調節するための混合気調節部４００が具備される。
前記空気供給管１００は送風機（図示せず）の回転によって吸入された外部の空気を予混合室３００側に移送する。
前記予混合室３００は、空気供給管１００に沿って流入される空気とガス供給管２００から供給されて噴出されるガスが予混合される空間がベンチュリ（Ｖｅｎｔｕｒｉ）構造で形成されて多段に区画された構造で形成される。
【００１９】
本実施例において、前記予混合室３００は混合気の流動方向に平行して予混合室３００の中間部に縦方向に配置される仕切り部材３０１によって２段に区画され、前記仕切り部材３０１を基準にその両側に第１予混合室３１０と第２予混合室３２０が設けられる。前記第１予混合室３１０と第２予混合室３２０はそれぞれベンチュリ構造で形成されており、図３に示したように各入口３１１，３２１と出口３１２，３２２はその断面積が広く形成され、その入口３１１，３２１と出口３１２，３２２との間の中間部は断面積が最小になるスロート（ｔｈｒｏａｔ）部が形成され、スロート部から前記入口３１１，３２１と出口３１２，３２２側に向かって断面積が次第に拡大される構造で形成される。
このように第１予混合室３１０と第２予混合室３２０がベンチュリ構造で構成されることで、前記入口３１１，３２１からスロート部までは断面積が次第に減少されて流速が増加して空気が速い速度で流入され、スロート部から出口３１２，３２２までは断面積が次第に大きくなって流速が遅くなると共に圧力変動によって空気とガスの混合効率を上げることができる。
【００２０】
前記予混合室３００に流入される燃焼用ガスはガス制御バルブ（図示せず）によってその供給量が調節されてガス供給管２００に流入される。ガス供給管２００に流入されたガスは第１ガス噴出管２１０（図３を参照）と第２ガス噴出管２２０に分岐される。
このような供給ガスの分岐のための構成として、ガス供給管２００と予混合室３００との間にはガス供給管２００に流入されるガスのうち一部を第１ガス噴出管２１０に供給する第１ノズル孔２４１と残りのガスを第２ガス噴出管２２０に供給する第２ノズル孔２４２が形成されたオリフィス２４０が介在される。前記ガス供給管２００とオリフィス２４０との間には気密維持用のオーリング２４０が装着され、オリフィス２４０と第１ガス噴出管２１０及び第２ガス噴出管２２０との間には前記第１ノズル孔２４１と第２ノズル孔２４２に対応する孔２５１，２５２が形成されたパッキング２５０が挿入され、第２ガス噴出管２２０の端部にも気密維持用のオーリング２６０が装着される。
【００２１】
前記第１ガス噴出管２１０に流入されたガスは第１ガス噴出管２１０に形成された第１ガス噴出口２１１を介して第１予混合室３１０の内部に噴出され、第２ガス噴出管２２０に流入されたガスは第２ガス噴出管２２０に形成された第２ガス噴出口２２１を介して第２予混合室３２０の内部に噴出される。
この場合、前記第１ガス噴出管２１０の第１ガス噴出口２１１と第２ガス噴出管２２０の第２ガス噴出口２２１はそれぞれ第１予混合室３１０の出口３１２と第２予混合室３２０の出口３２２の方向に向かってガスを噴出するように噴出方向が形成されており、第１予混合室３１０と第２予混合室３２０を通過する空気が流れる方向と第１ガス噴出口２１１と第２ガス噴出口２２１を介して噴出されるガスの噴出方向が同じ方向になる。それによって、第１予混合室３１０と第２予混合室３２０に噴出されるガスは空気の流れに影響されずに設定された空気とガス比を有する正確な流量の混合気を得ることができる。
【００２２】
前記第１ガス噴出管２１０と第２ガス噴出管２２０は第１予混合室３１０と第２予混合室３２０の中間部を横方向に横切って上下に設置され、第１ガス噴出管２１０と第２ガス噴出管２２０の周縁にはそれぞれ第１予混合室３１０と第２予混合室３２０を通過する空気が流れる通路が形成される。
そして、前記第１ガス噴出口２１１と第２ガス噴出口２２１を介してガスが円滑に噴出されるように、第１ガス噴出管２１０の第１ガス噴出口２１１と第２ガス噴出管２２０の第２ガス噴出口２２１には第１予混合室３１０と第２予混合室３２０内部で圧力が相対的に低いスロート部に位置するように配置されることが好ましい。
【００２３】
前記混合気調節部４００は第２予混合室３２０を通過する空気が流れる通路と第２予混合室３２０に噴出されるガスの噴出通路を開閉することで混合気の流量を調節するためのものであり、駆動部４１０によって往復運動されて第２ガス噴出管２２０の第２ガス噴出口２２１と第２予混合室３２０を通過する空気が流れる通路を開閉する移動ブロック４２０を含んで構成される。
前記駆動部４１０は移動ブロック４２０の前後進移動のための駆動力を提供するものであって、ステップモータ又はソレノイドで構成される。よって、移動ブロック４２０の前後進移動はステップモータに設定される回転数制御又はソレノイドに印加される信号制御によって行われるため、移動ブロック４２０の前後進移動制御を簡単な装置によって容易に具現することができる利点がある。
【００２４】
移動ブロック４２０は第２予混合室３２０の断面形状に対応する断面形状を有する本体４２１で形成され、駆動部４１０に連結された支持棒４３０は本体４２１に形成された支持棒挿入口４２２に結合されて駆動部４１０の動力が移動ブロック４２０の本体４２１に伝達されるように構成されており、本体４２１の中央部には第２ガス噴出管２２０の外周面に対応する直径を有する第２ガス噴出管挿入口４２３が形成される。また、予混合室３００の内部には移動ブロック４２０の本体４２１が前後進移動するように案内する移動ブロックガイド部３３０が形成される。
【００２５】
以下、前記のように構成された燃焼装置における暖房又は温水負荷による混合気の流量調節作用を説明する。
図３は本発明による燃焼装置における高熱量使用時の作動状態を示す図１のＡ−Ａ部の断面図であり、図４は本発明による燃焼装置における高熱量使用時の作動状態を示す平面図である。
暖房又は温水負荷が相対的に大きい高熱量の使用の際には、第１予混合室３１０と第２予混合室３２０が全て開放されて第１予混合室３１０と第２予混合室３２０で空気とガスの混合が一緒に行われる。この場合、混合気調節部４００の駆動部４１０は移動ブロック４２０が第２予混合室３２０の混合流路から逸脱して移動ブロックガイド部３３０の内側に引っ張られるように駆動され、それによって第１予混合室３１０に流入される空気と第１ガス噴出口２１１を介して噴出されるガスは第１予混合室３１０で混合され、第２予混合室３２０に流入される空気と第２ガス噴出口２２１を介して噴出されるガスは第２予混合室３２０で混合されてから予混合室３００の上側に具備されるバーナー（図示せず）の方に空気とガスの混合気が供給される。この際、空気供給管１００とガス供給管２００に流入される空気とガスの供給流路は設定された暖房又は温水負荷に比例して送風機（図示せず）の回転数とガス供給バルブ（図示せず）の開度量が調節されるように構成される。
【００２６】
図５は本発明による燃焼装置における低熱量使用時の作動状態を示す図１のＡ−Ａ部の断面図であり、図６は本発明による燃焼装置における低熱量使用時の作動状態を示す平面図である。
暖房又は温水負荷が相対的に小さい低熱量の使用の際には第２予混合室３２０では空気の流れとガスの噴出が遮断され、第１予混合室３１０でのみ空気とガスの混合が行われる。この場合、混合調節器４００の駆動部４１０は移動ブロック４２０が第２予混合室３２０の混合流路側に移動されて移動ブロック４２０の本体４２０が第２ガス噴出管２２０の第２ガス噴出口２２１を塞ぐと共に第２予混合室３２０を通過する空気が流れる通路を遮断するように駆動される。
それによって、バーナーの出力が低い低負荷領域では第１予混合室３１０でのみ空気とガスの混合が行われ、空気供給管１００とガス供給管２００に流入される空気とガスの供給流路は設定された負荷に比例して送風機（図示せず）の回転数とガス供給バルブ（図示せず）の開度量を調節することで混合気の流量制御が可能になる。
【００２７】
このように、本発明では予混合室３００をベンチュリ構造を有する第１予混合室３１０と第２予混合室３２０の二重構造で形成し、暖房又は温水負荷の大きさを考慮して相対的に高出力領域である場合には第１予混合室３１０と第２予混合室３２０全てで予混合が行われるようにし、相対的に低出力領域である場合には第１予混合室３１０でのみ予混合が行われて第２予混合室３２０では予混合が中断されるように構成することでターンダウン比を上げることができる。
【００２８】
本実施例では予混合室３００内部のベンチュリ構造を２段に形成した場合を例に挙げて説明したがそれに限ることはなく、予混合室３００を２段以上の多段構造で形成すれば１０：１以上のターンダウン比を得ることができる。
また、本発明では空気が流れる方向とガスの噴出方向を一致させることで移動ブロック４２０の移動によって第２予混合室３２０が開閉される過程で空気とガスの混合変化量が最小化されるように構成することで低負荷領域でも燃焼状態を安定化させることができ、予混合室３００内部のスロート部からガスが噴出されるようにガス噴出口を位置させることで望みの空気とガス比で混合気を生成することができるようになり、それによって完全燃焼によって燃焼効率を向上させ公害物質の排出量を減らすことができる。
【符号の説明】
【００２９】
１００  空気供給管        
２００  ガス供給管
２１０  第１ガス噴出管    
２１１  第１ガス噴出口
２２０  第２ガス噴出管    
２２１  第２ガス噴出口
２３０，２６０  オーリング              
２４０  オリフィス
２５０  パッキング        
３００  予混合室
３０１  仕切り部材        
３１０  第１予混合室
３１１，３２１  入口      
３１２，３２２  出口
３２０  第２予混合室      
３３０  移動ブロックガイド部
４００  混合気調節部      
４１０  駆動部
４２０  移動ブロック      
４３０  支持棒
【図１】
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【図２】
2015519532.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
2015519532.tif 000009
2015519532.tif 000010
2015519532.tif 000011
2015519532.tif 000012