KR20230058897A - 공기 예혼합을 구현하는 컵 버너 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 공기 예혼합을 구현하는 컵 버너는, 버너; 일단이 상기 버너에 연결되고 타단에 분기관이 결합된 메인 관체; 일단이 상기 분기관의 제1 유입관에 연결되고 타단이 밸브체에 연결되어 연료 가스를 상기 메인 관체를 경유하여 상기 버너에 공급하는 제1 관체; 및 일단이 상기 분기관의 제2 유입관에 연결되어 공기를 상기 메인 관체를 경유하여 상기 버너에 공급하는 제2 관체;를 포함하고, 상기 제2 관체의 타단에는 에어 펌프가 설치되고, 상기 제2 유입관에는 제2 관체에서 유입된 공기의 역류를 방지하도록 체크 밸브가 설치된다.

Description

공기 예혼합을 구현하는 컵 버너{A CUP BURNER IMPLEMENT AIR PREMIXING}

본 발명은 공기 예혼합을 구현하는 컵 버너에 관한 것으로서, 특히 버너에 공기를 강제 주입하여 컵 버너의 효율을 높이는 컵 버너에 관한 것이다.

조리용 가스 버너는 통상 벤츄리 타입 버너가 컵 타입 버너의 2가지 타입으로 존재한다.

종래의 컵 타입 버너는 도 1에 도시된 바와 같이, 가스 공급부와 연결되며 내부공간을 형성하도록 설치되는 바디(10)와, 바디(10)의 내부 중심에 상기 가스 공급부와 연통되게 설치되어 가스를 분출시키기 위한 분사 노즐(20)과, 바디(10)의 상부에 설치되어 가스와 공기를 혼합시키는 스프레더(30)와, 바디(10)의 측면에 지지되어 스프레더(30) 주위에 혼합된 가스에 불꽃을 점화시키는 점화 플러그(50)와, 불꽃 연소시 전기적인 신호를 통해 가스밸브를 개폐시키는 써머커플(40) 및 스프레더(30) 상부로의 가스 분출을 막아 점화를 안내하는 버너캡(60)으로 구성된다.

이러한 조리용 가스버너의 경우 일반적으로 LNG(액화 천연 가스)나, LPG(액화 석유 가스)를 주연료로 사용하는데, 벤츄리 타입 버너의 경우, 주연료는 연소에 적합한 조건으로 변환되기 위하여 벤츄리를 이용하여 1차 공기와 LNG 또는 LPG를 서로 혼합하는 과정을 거치게 되는데, 이와 같은 혼합과정에서 1차 공기와 주연료의 혼합이 적절한 비율로 이루어져 버너는 최적의 성능을 발휘한다.

한편, 가스레인지를 점화하였을 때 버너의 화염 형상은 토출되는 연료의 양과 혼합되는 공기의 양에 따라 달라지며, 일반적으로 컵 타입 버너보다 벤츄리 타입 버너의 화염 형상이 우수하다고 알려져 있다. 그 이유는 벤츄리 타입의 버너가 공기 유입 공간이 크고 연료와 공기가 혼합되는 시간이 더 많은 구조로 되어 있어 연료와 혼합되는 1차 공기의 양이 많기 때문이다.

이러한 상황에서, 전술한 컵 버너의 성능을 향상시키고 화염 형상을 개선하기 위한 컵 버너의 개선 구조에 대한 수요가 큰 실정이다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 본 발명의 목적은, 벤추리 타입 버너에 적용되는 1차 공기의 강제 급기 구조를 컵 타입 버너 구조에도 적용함으로써 컵 타입 버너의 연소 성능 및 화염 형상을 개선하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 예혼합을 구현하는 컵 버너는, 버너; 일단이 상기 버너에 연결되고 타단에 분기관이 결합된 메인 관체; 일단이 상기 분기관의 제1 유입관에 연결되고 타단이 밸브체에 연결되어 연료 가스를 상기 메인 관체를 경유하여 상기 버너에 공급하는 제1 관체; 및 일단이 상기 분기관의 제2 유입관에 연결되어 공기를 상기 메인 관체를 경유하여 상기 버너에 공급하는 제2 관체;를 포함하고, 상기 제2 관체의 타단에는 에어 펌프가 설치되고, 상기 제2 유입관에는 제2 관체에서 유입된 공기의 역류를 방지하도록 체크 밸브가 설치된다.

또한, 제2 관체에서 공기가 유입되지 않을 때, 상기 체크 밸브는 제2 유입관을 폐쇄시켜 상기 제1 관체만 상기 메인 관체와 연통시키고, 제2 관체에서 공기가 유입되면, 상기 체크 밸브는 분기관의 내측을 향해 개방되어 상기 제1 관체와 상기 제2 관체를 상기 메인 관체에 동시에 연통시킬 수 있다.

또한, 상기 제1 관체와 제2 관체는 각각 상기 메인 관체에 대하여 110도와 150도 사이의 사잇각을 갖도록 배치될 수 있다.

또한, 상기 제1 관체는 상기 메인 관체에 대하여 135도의 사잇각을 갖도록 배치될 수 있다.

또한, 상기 제2 관체는 상기 메인 관체에 대하여 135도의 사잇각을 갖도록 배치될 수 있다.

또한, 상기 분기관 내에는 연료 가스와 공기의 예혼합 가스에 존재하는 연료 가스 또는 공기의 함량을 감지하는 가스 센서가 설치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 공기와 연료 가스를 강제로 예혼합시켜 버너에 공급함으로써, 벤츄리 버너보다 연소 효율이 떨어지는 컵 버너도 연소 효율을 증가시킬 수 있다.

또한, 강제 예혼합을 위해 필요한 부품이 단순하고 경제성이 높은 이점이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 컵 버너의 구조를 나타낸 개념도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 컵 버너의 연소 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 예혼합을 구현하는 컵 버너의 개념도이다.
도 4a는 도 3의 분기관 내에서 체크 밸브가 폐쇄되어 공기 유입이 차단된 상태를 도시한 개념도이다.
도 4b는 도 3의 분기관 내에서 체크 밸브가 개방되어 공기가 연료와 혼합된 상태를 도시한 개념도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.

또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다. 본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.

"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 예혼합을 구현하는 컵 버너의 개념도, 도 4a는 도 3의 분기관 내에서 체크 밸브가 폐쇄되어 공기 유입이 차단된 상태를 도시한 개념도, 도 4b는 도 3의 분기관 내에서 체크 밸브가 개방되어 공기가 연료와 혼합된 상태를 도시한 개념도이다. 이하에서는 상기 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 예혼합을 구현하는 컵 버너에 대하여 설명한다.

본 발명의 공기 예혼합을 구현하는 컵 버너는 버너(101)를 포함하고, 버너(101)는 상부가 개방된 컵 형태의 바디와, 스프레더, 스프레더의 상부를 덮는 버너캡, 점화플러그, 써머커플을 포함하여 구성된다. 이와같은 버너는 공지된 구조이며 그 구체적인 특징은 특허출원 제10-2012-0088745호의 상세한 설명을 참조할 수 있다.

한편, 메인 관체(130)는 일단이 버너(101)에 연결되고 타단에 분기관(140)이 결합된다. 바디에는 내부에 공간부(110a)가 형성되고 공간부의 하방에 노즐(113)이 설치되며, 가스 공급부(112)가 노즐(113)을 통해 공간부(110a)와 연통하도록 구성되어 있다(도 2 참조). 메인 관체(130)의 일단은 전술한 가스 공급부(112)에 연결된다. 또한, 메인 관체(130)의 타단은 분기관(140)에 결합되는데, 분기관(140)은 도시된 바와 같이 Y자 배관을 채용하는 것이 바람직하다. 분기관(140)은 세개의 관체로 구성되는데, 본 발명에서는 2개의 관체를 제1 유입관(141) 및 제2 유입관(142)으로 지칭하고, 나머지 하나의 관체를 배출관(144)으로 지칭한다. 메인 관체(130)의 타단은 Y자 배관의 배출관(144)에 결합한다.

한편, 제1 관체(110)는 일단이 분기관(140)의 제1 유입관(141)에 연결되고 타단이 밸브체(150)에 연결된다. 밸브체(150)로부터 공급되는 연료 가스는 제1 관체(110)를 통과하고 분기관(140)을 거친 후 메인 관체(130)를 통과하여 최종적으로 버너(101)에 공급된다.

한편, 제2 관체(120)는 일단이 분기관(140)의 제2 유입관(142)에 연결되고 타단에는 에어 펌프가 설치되어 있다. 에어 펌프로부터 공급되는 공기는 제2 관체(120)를 통과하고 분기관(140)을 거친 후 메인 관체(130)를 통과하여 최종적으로 버너(101)에 공급된다.

이때, 제1 관체(110)와 메인 관체(130)는 분기관(140)을 통해 연료 가스가 서로 연통되는데, 분기관(140) 내에는 연료 가스의 유동을 차단하는 밸브 등의 추가 구성이 설치되어 있지 않다. 이에 따라, 연료 가스는 분기관(140)을 경유하면서 유동의 진행 방향이 달라질 뿐, 밸브체(150)에서 밸브가 오픈되어 연료 가스가 유입될 때에는 항시 연통 상태를 유지한다.

한편, 제2 관체(120)와 메인 관체(130)는 역시 분기관(140)을 통해 공기가 서로 연통되는데, 분기관(140)의 제2 유입관(142)에는 제2 관체(120)에서 유입된 공기의 역류를 방지하도록 체크 밸브(143)가 설치되어 있다. 체크 밸브(143)는 예컨대, 도 4a와 도 4b를 참조하면, 피벗 핀이 분기관(140)의 제1 유입관(141)과 제2 유입관(142)이 분기되는 지점에 회동 가능하게 설치되어 있고, 원판 장치가 피벗 핀에 결합되어 상하 방향으로 스윙 이동한다. 분기관(140) 내에 유체의 유동이 없거나 도 4a와 같이 연료 가스의 유동이 있을 때에는 원판 장치가 도면 상의 하방으로 회동하여 제2 유입관(142)을 막는다. 반면, 도 4b와 같이 공기의 유동이 발생하였을 때에는 원판 장치가 공기압을 받아 분기관(140)의 내측을 향하는 방향, 즉 도면 상에서 상방으로 회동하여 제2 유입관(142)을 개방한다. 이때, 원판 장치는 제2 유입관(142)을 향하는 외측 방향으로 열리지 않게 구조화되어 있다.

이와 같은 체크 밸브(143)의 제2 유입관(142)을 선택적으로 개폐하는 원리에 따라, 제1 관체(110)와 제2 관체(120)의 메인 관체(130)에 대한 개폐 상태가 제어된다.

제2 관체(120)에서 공기가 유입되지 않을 때에는 체크 밸브(143)는 제2 유입관(142)을 폐쇄하여 제1 관체(110)만 메인 관체(130)와 연통시킨다. 제2 유입관(142)과 체크 밸브(143)는 실링 처리되어 있으며, 연료 가스의 압력 및 유속에 의해 체크 밸브(143)가 제2 유입관(142)을 가압하므로 연료 가스는 제2 유입관(142)으로 누설되지 않는다. 즉, 기존 컵 버너와 동일한 연소 반응을 일으킨다.

반면, 전술한 에어 펌프에 의해 제2 관체(120)에서 공기가 유입되면, 공기의 압력 및 유속으로 체크 밸브(143)가 분기관(140)의 내측을 향하는 방향으로 열려 제2 유입관(142)을 개방한다. 이에 따라, 제2 관체(120)는 메인 관체(130)와 연통되며, 이 때 제1 관체(110)와 제2 관체(120)는 메인 관체(130)에 동시에 연통된다. 이로써 연료 가스와 공기가 분기관(140)과 메인 관체(130) 내에서 예혼합된다.

사용자는 버너(101)에서 보이는 화염으로 연료 가스와 공기가 예혼합되는 정도와 상황을 파악할 수 있으며, 에어 펌프의 RPM을 제어하여 예혼합되는 공기의 양을 조절, 최적의 연소 효율을 맞출 수 있다.

한편, 분기관 내에는 공기와 연료 가스의 혼합 기체 중 연료 가스 또는 공기의 함유량을 검출하는 가스 센서가 설치될 수 있다.

가스 센서는 공기와 연료 가스가 예혼합된 예혼합 기체 중의 가스 조성을 측정하는 센서이다. 가스 검지부의 검지 방식에 따라, 촉매식, 열전도도식, 적외선식, 전기화학식 등이 있으며, 이러한 원리를 구현하는 가스 센서를 분기부 내에 구비함으로써, 예혼합 기체 중에 존재하는 공기의 양을 파악할 수 있다. 이에 따라, 에어 펌프의 RPM을 제어하여 예혼합되는 공기의 양을 조절할 수 있다.

한편, 제1 관체(110)와 제2 관체(120)는 각각 메인 관체(130)에 대하여 110도와 150도 사이의 사잇각을 갖도록 배치될 수 있다. 구체적으로, 제1 관체(110)는 메인 관체(130)에 대하여 135도의 사잇각을 갖도록 배치되고, 제2 관체(120)는 메인 관체(130)에 대하여 135도의 사잇각을 갖도록 배치되는 것이 바람직하다. 만일, 연료 가스의 유입 방향과 공기의 유입 방향이 서로 맞서는 방향일 경우에는 압력의 차이에 의해 분기관(140) 내에서 와류가 생길 수 있다. 이러한 문제를 방지하기 위해, 연료 가스와 공기의 유입 방향을 각각 운동 방향에서 135도로 설정하는 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 공기 예혼합을 구현하는 컵 버너를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

101: 버너 110: 제1 관체
120: 제2 관체 130: 메인 관체
140: 분기관 141: 제1 유입관
142: 제2 유입관 143: 체크 밸브
144: 배출관 150: 밸브체

Claims (5)

1. 버너;
   일단이 상기 버너에 연결되고 타단에 분기관이 결합된 메인 관체;
   일단이 상기 분기관의 제1 유입관에 연결되고 타단이 밸브체에 연결되어 연료 가스를 상기 메인 관체를 경유하여 상기 버너에 공급하는 제1 관체; 및
   일단이 상기 분기관의 제2 유입관에 연결되어 공기를 상기 메인 관체를 경유하여 상기 버너에 공급하는 제2 관체;
   를 포함하고,
   상기 제2 관체의 타단에는 에어 펌프가 설치되고,
   상기 제2 유입관에는 제2 관체에서 유입된 공기의 역류를 방지하도록 체크 밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는, 공기 예혼합을 구현하는 컵 버너.
2. 제1항에 있어서,
   제2 관체에서 공기가 유입되지 않을 때, 상기 체크 밸브는 제2 유입관을 폐쇄시켜 상기 제1 관체만 상기 메인 관체와 연통시키고,
   제2 관체에서 공기가 유입되면, 상기 체크 밸브는 분기관의 내측을 향해 개방되어 상기 제1 관체와 상기 제2 관체를 상기 메인 관체에 동시에 연통시키는 것을 특징으로 하는, 공기 예혼합을 구현하는 컵 버너.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 관체와 제2 관체는 각각 상기 메인 관체에 대하여 110도와 150도 사이의 사잇각을 갖도록 배치되는 것을 특징으로 하는, 공기 예혼합을 구현하는 컵 버너.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 관체는 상기 메인 관체에 대하여 135도의 사잇각을 갖도록 배치되는 것을 특징으로 하는, 공기 예혼합을 구현하는 컵 버너.
5. 제3항에 있어서,
   상기 제2 관체는 상기 메인 관체에 대하여 135도의 사잇각을 갖도록 배치되는 것을 특징으로 하는, 공기 예혼합을 구현하는 컵 버너.
   

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