KR20240002488A - 버너 및 이를 포함하는 물 가열기 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 버너는, 연료와 공기가 혼합되어 혼합물을 형성하기 위한 공간을 내부에 가지는 믹싱 챔버; 상기 믹싱 챔버에 기준방향을 향해 형성된 개구를 덮으며 상기 믹싱 챔버에 결합되고, 기준방향을 따라 개구된 연소개구를 가지는 챔버 하부커버; 상기 혼합물이 기준방향을 따라 통과할 수 있는 금속소재의 소결재로 형성되고, 상기 연소개구를 가리는 다공분배부; 상기 다공분배부를 통과한 혼합물이 통과하도록 복수의 분배통공을 가지며, 기준방향을 기준으로 상기 다공분배부의 하류측에서 상기 연소개구를 가리는 분배판; 및 상기 분배판을 통과한 혼합물을 발화시키도록 상기 분배판의 하류측에서 상기 연소개구를 가리는 착화부를 포함한다.

Description

버너 및 이를 포함하는 물 가열기 {BURNER AND WATER HEATING APPARATUS INCLUDING SAME}
본 발명은 버너와 이를 포함하는 물 가열기에 관한 것이다.
물 가열기는 연소반응에 의해 발생한 열을 물에 전달해 이를 난방 또는 온수공급에 사용하는 장치이다. 물이 유입되고, 유입된 물이 가열된 뒤 배출되는 과정이 물 가열기를 통해 이루어진다.
연소반응은 버너에서 일어날 수 있는데, 버너가 연소반응을 일으키기 위해서는, 공기와 연료가 필요하다. 연료와 공기가 믹싱챔버에서 혼합되어 혼합물을 형성해 화염을 형성하기에 좋은 상태를 가지고, 혼합물이 분배판에 형성된 미세한 구멍을 통과하여 분배된 뒤 점화가 일어나 연소반응과 함께 화염이 발생할 수 있다. 이러한 방식으로 연소반응을 일으키는 버너를 프리믹스(premix) 버너라고 한다.
??칭 갭(quenching distance)이라고도 하는 소염거리란, 평행한 두 판 사이로 화염이 지나갈 때 화염을 그대로 유지할 수 있는 거리의 하한을 의미한다. 분배판에 형성된 구멍은 연료의 소염거리보다 작은 폭을 가져, 혼합물의 분배는 잘 일어나되 화염의 역류인 역화는 일어나지 않도록 할 수 있다. 역화가 일어날 경우, 화재가 발생하거나 물 가열기가 고장날 수 있다.
LNG를 연료로 사용하는 물 가열기의 경우 연료의 소염거리가 2mm에 달해, 그 이하의 폭을 가지는 슬릿을 포함하는 분배판을 버너에 배치해 둘 경우, 연료와 공기가 화염을 형성하도록 분배판을 통과하는 것은 막지 않으면서, 역화를 방지할 수 있었다. 그러나 수소와 같은 연료의 경우, 소염거리가 약 0.6mm로 LNG에 비해 매우 작다. 따라서 수소를 연료로 이용하는 물 가열기의 경우, 역화가 일어나지 않으면서 정상적인 연소가 이루어지도록 하기 위해 매우 작은 슬릿이 아주 많이 배치된 분배판을 사용하여야 한다. 그러나 현실적으로 0.6mm보다 작은 폭을 가지는 슬릿을 복수 개 가지는 분배판을 형성하는 것에 어려움이 있다.
본 발명은 이와 같은 문제들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 수소와 같이 작은 소염거리를 가지는 연료를 사용하면서도 역화를 저지할 수 있는 물 가열기용 버너와 이를 포함하는 물 가열기를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 버너는, 연료와 공기가 혼합되어 혼합물을 형성하기 위한 공간을 내부에 가지는 믹싱 챔버; 상기 믹싱 챔버에 기준방향을 향해 형성된 개구를 덮으며 상기 믹싱 챔버에 결합되고, 기준방향을 따라 개구된 연소개구를 가지는 챔버 하부커버; 상기 혼합물이 기준방향을 따라 통과할 수 있는 금속소재의 소결재로 형성되고, 상기 연소개구를 가리는 다공분배부; 상기 다공분배부를 통과한 혼합물이 통과하도록 복수의 분배통공을 가지며, 기준방향을 기준으로 상기 다공분배부의 하류측에서 상기 연소개구를 가리는 분배판; 및 상기 분배판을 통과한 혼합물을 발화시키도록 상기 분배판의 하류측에서 상기 연소개구를 가리는 착화부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 물 가열기는, 연소반응을 일으키게 마련되는 버너; 및 상기 연소반응에 의해 생성된 열을 이용해 내부를 통해 유동하는 물을 가열하게 마련되는 열교환기를 포함하고, 상기 버너는, 연료와 공기가 혼합되어 혼합물을 형성하기 위한 공간을 내부에 가지는 믹싱 챔버; 상기 믹싱 챔버에 기준방향을 향해 형성된 개구를 덮으며 상기 믹싱 챔버에 결합되고, 개구된 연소개구를 가지는 챔버 하부커버; 상기 혼합물이 기준방향을 따라 통과할 수 있는 금속소재의 소결재로 형성되고, 상기 연소개구에 배치되는 다공분배부; 상기 다공분배부를 통과한 혼합물이 통과하도록 상기 연소개구에 배치되는 분배판; 및 상기 분배판을 통과한 혼합물을 발화시키도록 상기 연소개구에 배치되는 착화부를 포함하고, 기준방향을 따라, 상기 다공분배부, 상기 분배판 및 상기 착화부가 배치된다.
이에 따라, 물 가열기의 버너에 수소와 같이 작은 소염거리를 가지는 연료를 사용하면서도 역화를 저지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기를 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 버너를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 버너를 다른 각도에서 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 버너의 일부분을 분해한 모습을 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 버너의 믹싱 챔버를 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 4의 버너에서 패킹들을 더 분해한 모습을 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 챔버 하부커버와 그로부터 분리된 다공분배부, 분배판 및 착화부를 나타낸 분해사시도이다.
도 8은 도 7의 구성을 다른 각도에서 바라본 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공분배부의 일부분을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공분배부가 금속 섬유를 이용해 형성될 경우, 이를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 버너를 개념적으로 나타낸 도면이다.
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.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기(100)를 개념적으로 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기(100)는, 버너(1)와 열교환기(3, 4)를 포함한다. 연소반응에 의해 생성된 연소가스가 유동하는 방향을 기준방향이라 한다. 본 발명의 명세서에서 기준방향은 하방일 수 있다. 본 명세서에서 서로 직교하는 방향인 상하방향, 좌우방향 및 전후은 설명의 편의를 위해서 지칭된 것이다. 이러한 방향은 물 가열기(100)가 배열된 방향에 대해 상대적으로 결정될 수 있다. 물 가열기(100)는 보일러 또는 온수기 중 적어도 하나의 역할을 수행할 수 있으며, 가열된 물이 사용되는 장치라면 위 예시에 물 가열기가 제한되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기(100)는 연소실(2)을 포함할 수 있다. 연소실(2)은 버너(1)에 의한 연소반응에 따른 화염이 위치할 수 있는 내부공간인 연소공간을 가진다. 따라서 연소실(2)은 연소공간을 측벽으로 둘러싸서 형성된다. 연소가스의 유동방향을 기준으로 연소실(2)의 상류측에 버너(1)가 위치하고, 연소실(2)의 하류측에 열교환기(3, 4)가 위치하나, 열교환기(3, 4)의 적어도 일부가 연소실(2) 내로 삽입될 수도 있다. 본 발명의 명세서에서 연소가스의 유동방향인 기준방향은 하방인 것으로 설명하나, 기준방향이 이에 제한되지는 않는다.
연소실(2)은 상하로 개방된 박스와 같은 형태로 형성될 수 있는데, 기준방향을 기준으로 상류측에는 버너(1)가 연결되고, 하류측에는 열교환기(3, 4)가 연결될 수 있다. 따라서 연소가스가 버너(1)에서 발생하여 연소실(2)을 거쳐 열교환기(3, 4)로 전달될 수 있다.
열교환기(3, 4)는 연소반응에 의해 발생하는 열을 이용해 물을 가열한다. 가열되기 위한 물이 열교환기(3, 4)의 내부를 통해 유동할 수 있다. 열교환기(3, 4)는 어떠한 열을 사용하느냐에 따라 현열 열교환기(3)와 잠열 열교환기(4)로 나뉠 수 있다. 다만 이는 콘덴싱 보일러로 본 발명의 물 가열기(100)가 구성될 경우 가능한 열교환기의 구성이며, 물 가열기가 콘덴싱 보일러가 아닐 경우 열교환기의 구성이 여러 가지로 나뉘지 않을 수 있다.
현열 열교환기(3)는 버너(1)에서 발생한 연소반응에 의해 생성된 열을 전달받아 내부를 통해 유동하는 물을 가열하게 마련된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 현열 열교환기(3)는 물이 내부를 통해 흐르고 외부를 통해 연소가스가 흐르는 열교환배관과 이에 의해 관통되는 핀을 포함하는 핀튜브 타입의 열교환기일 수 있으나, 판형 열교환기 등의 다른 종류의 열교환기가 현열 열교환기(3)로 사용될 수도 있다.
잠열 열교환기(4)는 기준방향을 기준으로 현열 열교환기(3)의 하류측에 배치되어, 연소반응에 의해 생성되어 유동하는 연소가스의 잠열을 이용해 내부를 통해 유동하는 물을 가열하게 마련된다. 연소가스는 현열 열교환기(3)를 거쳐 잠열 열교환기(4)로 전달될 수 있다. 물은 잠열 열교환기(4)에서 먼저 가열되고, 현열 열교환기(3)에 의해 이차적으로 가열될 수 있다. 따라서 잠열 열교환기(4)가 포함하는 열교환배관은 현열 열교환기(3)의 열교환배관과 연통되어, 가열된 물을 현열 열교환기(3)로 전달할 수 있다.
잠열 열교환기(4)는 복수의 판이 적층되어 형성되는 판형 열교환기일 수 있고, 현열 열교환기(3)와 유사하게 열교환배관과 열교환배관에 의해 관통되는 핀을 포함하는 핀튜브 타입의 열교환기일 수 있으나, 그 종류가 이에 제한되지는 않는다.
물은 물 가열기(100) 외부의 난방이 필요한 난방대상에 위치한 난방배관으로 전달되어 난방을 제공할 수 있다. 열을 난방대상에 전달한 후, 물이 물 가열기(100)로 복귀하여 순환하는 폐회로가 형성될 수 있다. 또한 물은 순환배관에 의해 온수 열교환기로 전달되어 직수에 열을 전달해 온수를 생성하는데 사용될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기(100)는 배출부(5)를 포함할 수 있다. 배출부(5)는 기준방향을 기준으로 열교환기(3, 4)의 하류측에 위치할 수 있다. 열교환기(3, 4)에서 발생한 응축수가 배출부(5)에 모여 외부로 배출될 수 있고, 열교환기(3, 4)를 통과한 연소가스가 배출부(5)의 일부분인 덕트를 통해 외부로 배출될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 버너(1)를 나타낸 사시도이다. 도 3은 도 2의 버너(1)를 다른 각도에서 나타낸 사시도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 버너(1)의 일부분을 분해한 모습을 나타낸 사시도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 버너(1)의 믹싱 챔버(11)를 나타낸 사시도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 버너(1)는, 믹싱 챔버(11), 챔버 하부커버(12), 다공분배부(20), 분배판(30) 및 착화부(40)를 포함한다. 버너(1)는 버너 하부조립체를 포함할 수 있는데, 버너 하부조립체는 챔버 하부커버(12), 다공분배부(20), 분배판(30) 및 착화부(40)를 포함할 수 있다. 버너(1)는 공기와 연료로부터 연소반응을 일으키게 마련된다. 연료는 수소 가스일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 버너(1)는 점화 플러그를 포함할 수 있다. 점화 플러그는 착화부(40)와 인접하게 위치한 공기와 연료의 혼합물에 스파크를 일으켜 점화하도록 마련된다.
기체제공부(50)
본 발명의 일 실시예에 따른 버너(1)는 기체제공부(50)를 포함할 수 있다. 기체제공부(50)는 믹싱 챔버(11)로 공기와 연료를 압송하도록 믹싱 챔버(11)와 연결된다.
기체제공부(50)는 공기배관(52)과 연료배관(53)을 포함할 수 있고, 블로어(51)를 포함할 수 있다. 공기배관(52)과 연료배관(53)은 각각 블로어(51)에 연결될 수 있다. 공기배관(52)을 통해서 공기가 블로어(51)로 제공되고, 연료배관(53)을 통해 연료가 블로어(51)로 제공될 수 있다. 공기배관(52)에는 외부 또는 저장된 공기를 제공하기 위한 컴프레서 등이 연결될 수 있고, 연료배관(53)에는 저장된 연료를 공급하기 위한 연료탱크와 연료펌프 등이 연결될 수 있다.
블로어(51)는 전력을 인가받아 작동하여 공기와 연료를 소정의 압력으로 압송하기 위해 마련된다. 따라서 회전을 통해 기체를 압송하도록 임펠러와 모터 등을 블로어(51)가 포함할 수 있으나, 블로어(51)를 구성하는 구성요소들이 이에 제한되지는 않는다. 블로어(51)는 블로어 케이스를 포함하여, 블로어 케이스의 내부에 임펠러를 가질 수 있다. 후술할 화염온도획득부(60)의 배선(62)이 블로어 케이스의 내측면에 밀착하여 임펠러와 접촉하지 않을 수 있다. 블로어(51)에서 연료와 공기가 서로 혼합되어 믹싱 챔버(11)로 전달될 수 있다.
기체제공부(50)는 기체통로(54)를 포함할 수 있다. 기체통로(54)는 블로어(51)와 믹싱 챔버(11)를 연결하여, 블로어(51)로부터 압송되는 연료 및 공기가 믹싱 챔버(11)로 전달되도록 할 수 있다. 기체통로(54)는 블로어(51)와 연결되어 블로어(51)로부터 배출된 연료 및 공기가 통과하는 기체배관(541)을 포함할 수 있다. 기체통로(54)는 기체배관(541)의 말단에 위치하여 믹싱 챔버(11)의 주입구측에 기체배관(541)을 연결하는 입구 커버(543)를 포함할 수 있다.
믹싱 챔버(11)
믹싱 챔버(11)에서는 연료와 공기가 유동한다. 믹싱 챔버(11)는 기체제공부(50)와 연결될 수 있다. 기체제공부(50)로부터 믹싱 챔버(11)로 공기와 연료가 공급될 수 있다. 믹싱 챔버(11) 내에서 연료와 공기가 혼합되어 혼합물을 형성할 수 있다. 믹싱 챔버(11)의 기준방향 단부에는 연소개구(120)가 형성될 수 있다. 연소개구(120)를 통해 연료와 공기의 혼합물이 기준방향을 따라 믹싱 챔버(11)로부터 연소실(2)로 배출될 수 있다.
믹싱 챔버(11)는 기준방향을 따라 연소실(2)의 상류측에 형성되는 개구를 덮을 수 있다. 따라서 버너(1), 연소실(2), 열교환기(3, 4)의 순서로 기준방향을 따라 배치가 이루어질 수 있다.
믹싱 챔버(11)는 공간형성부(111)와 믹싱 챔버(11)의 주입구가 형성되는 챔버 주입부(112)를 포함할 수 있다. 공간형성부(111)와 챔버 하부커버(12)가 둘러싸서 믹싱 챔버(11)의 내부 공간인 챔버 공간이 정의되고, 이러한 챔버 공간을 기체제공부(50)와 연통하는 믹싱 챔버(11)의 주입구가 공간형성부(111)의 일측에 배치된 챔버 주입부(112)를 관통하여 형성된다. 챔버 주입부(112)는 도면에서 믹싱 챔버(11)의 전측에 형성되는 것으로 도시되었으나, 그 위치가 이에 제한되지는 않는다. 공간형성부(111)는 주입구로 유입된 공기와 연료의 안내를 위해 주입구로부터 멀어지면서 상하방향을 기준으로 한 높이가 줄어드는 형상을 가질 수 있다.
믹싱 챔버(11)는 연소실(2)을 상측으로부터 하방으로 덮기 위한 상부 플레이트(113)를 더 포함할 수 있다. 상부 플레이트(113)는 공간형성부(111)의 하단으로부터 좌우방향 및 전후방향을 기준으로 외측으로 돌출된 형상을 가질 수 있다. 상부 플레이트(113)의 하면에 챔버 하부커버(12)가 결합될 수 있다. 상부 플레이트(113)의 하면 중 챔버 하부커버(12)가 결합된 영역의 외측에 연소실(2)이 결합될 수 있다.
구체적으로 상부 플레이트(113)는 가장 외측에 상하방향을 따라 연장되어 연소실(2)을 둘러쌀 수 있는 챔버 플랜지(1135)를 포함할 수 있고, 상부 플레이트(113)의 하면은 내측으로 가면서 상방으로 단차진 형상을 가질 수 있다. 챔버 플랜지(1135)의 내측에는 하방을 바라보고 직사각형의 형상을 가지되 챔버 플랜지(1135)의 하단보다 상측에 위치하는 상부 플레이트(113)의 외측하면(1131)이 형성된다. 외측하면(1131)의 내측에는 하방을 바라보고 직사각형의 형상을 가지되 외측하면(1131)보다 상측에 위치하는 상부 플레이트(113)의 중간하면(1132)이 형성된다. 중간하면(1132)의 내측에는 하방을 바라보고 직사각형의 형상을 가지되 중간하면(1132)보다 상측에 위치하는 상부 플레이트(113)의 내측하면(1133)이 형성된다. 내측하면(1133)의 내측에는 하방을 바라보고 직사각형의 개구의 귀퉁이에 배치되어 곡선형의 형상을 가지되 내측하면(1133)보다 상측에 위치하는 상부 플레이트(113)의 소결 걸림부(1134)가 형성된다. 그러나 각 하면은 직사각형이 아니라 다른 다각형 또는 곡선으로 된 도형의 테두리의 형상으로 형성될 수도 있다. 또한 소결 걸림부(1134)의 형상은 상술한 것과 같이 개구의 귀퉁이에서 곡선형의 형상을 가지는 것에 제한되지 않고, 개구의 내측면으로부터 내부를 향해 돌출된 돌기의 형상을 가지는 등 다공분배부(20)의 이탈을 막을 수 있는 다양한 형상을 가질 수 있다.
챔버 하부커버(12)
챔버 하부커버(12)는 믹싱 챔버(11)의 하측에 결합될 수 있다. 챔버 하부커버(12)는 믹싱 챔버(11)에 하방을 향해 형성된 개구를 덮으며 믹싱 챔버(11)에 결합될 수 있다. 상하방향을 따라 개구된 연소개구(120)는 챔버 하부커버(12)에 형성될 수 있다.
챔버 하부커버(12)는 하부 플레이트(121)와 챔버 돌출부(122)를 포함할 수 있다. 챔버 돌출부(122)는 하방으로 볼록한 형상을 가지되 전후방향을 따라 연장된 형상을 가지고, 그 중심부에 전후방향을 따라 연장되고 상하방향을 따라 개구된 연소개구(120)가 형성될 수 있다. 챔버 돌출부(122)의 내측에는 후술할 다공분배부(20), 분배판(30) 및 착화부(40)가 위치할 수 있다. 하부 플레이트(121)는 챔버 돌출부(122)의 상단으로부터 좌우방향 및 전후방향을 기준으로 외측으로 돌출된 형상을 가질 수 있다. 하부 플레이트(121)는 상부 플레이트(113)에 결합될 수 있다. 하부 플레이트(121)의 상면의 테두리는 상부 플레이트(113)의 중간하면(1132)과 접촉할 수 있고, 중간하면(1132)과 하부 플레이트(121)의 상면의 테두리에 형성된 체결공을 통해 체결구가 삽입되어 믹싱 챔버(11)와 챔버 하부커버(12)가 체결될 수 있다. 챔버 돌출부(122)와 연소개구(120)는 전후방향으로 연장된 것으로 도시되었으나, 다른 방향으로 연장될 수도 있고, 정방형과 유사하게 형성될 수도 있다.
패킹
도 6은 도 4의 버너(1)에서 패킹들을 더 분해한 모습을 나타낸 사시도이다.
버너(1)는 연소패킹(13)을 포함할 수 있다. 연소패킹(13)은 연소실(2)과 버너(1)의 경계의 기밀을 유지하기 위한 패킹이다. 연소패킹(13)은 직사각형의 테두리의 형상으로 형성되어, 외측하면(1131)과 연소실(2)의 상단 사이에 배치될 수 있다. 연소패킹(13)과 외측하면(1131)에 형성되는 체결공에 체결구가 삽입되어 연소패킹(13)과 믹싱 챔버(11)를 체결할 수 있다. 연소패킹(13)은 'L'자로 형성된 2개의 연소패킹 단위체(131, 132)인 제1 연소패킹 단위체(131)와 제2 연소패킹 단위체(132)를 포함할 수 있다. 연소패킹(13)이 전체적으로 직사각형의 형상을 가지도록 각 연소패킹 단위체(131, 132)가 배치될 수 있다. 연소패킹(13)은 기밀의 유지를 위해 가압되어 변형될 수 있는 탄성을 가지는 고무 등의 소재로 형성될 수 있다. 연소패킹(13)은 직사각형이 아니라 다른 다각형 또는 곡선으로 된 도형의 테두리의 형상으로 형성될 수도 있다.
챔버패킹(14)은 챔버 하부커버(12)와 믹싱 챔버(11)의 경계의 기밀을 유지하기 위한 패킹이다. 챔버패킹(14)은 직사각형의 테두리의 형상으로 형성되어, 내측하면(1133)과 챔버 하부커버(12)의 하부 플레이트(121)의 상면 사이에 배치될 수 있다. 챔버패킹(14)은 'L'자로 형성된 2개의 챔버패킹 단위체(141, 142)인 제1 챔버패킹 단위체(141)와 제2 챔버패킹 단위체(142)를 포함할 수 있다. 챔버패킹(14)이 전체적으로 직사각형의 형상을 가지도록 각 챔버패킹 단위체(141, 142)가 배치될 수 있다. 챔버패킹(14)은 기밀의 유지를 위해 가압되어 변형될 수 있는 탄성을 가지는 고무 등의 소재로 형성될 수 있다. 챔버패킹(14)은 직사각형이 아니라 다른 다각형 또는 곡선으로 된 도형의 테두리의 형상으로 형성될 수도 있다.
착화부(40)와 분배판(30)
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 챔버 하부커버(12)와 그로부터 분리된 다공분배부(20), 분배판(30) 및 착화부(40)를 나타낸 분해사시도이다. 도 8은 도 7의 구성을 다른 각도에서 바라본 사시도이다.
기준방향을 따라, 다공분배부(20), 분배판(30) 및 착화부(40)이 배치될 수 있다.
분배판(30)은 점화된 화염이 고정될 수 있도록 마련된다. 분배판(30)을 통해 혼합물이 분출되며 연소반응이 일어날 수 있다. 분배판(30)은 기준방향을 기준으로 다공분배부(20)의 하류측에서 연소개구(120)를 가린다. 분배판(30)은 연소개구(120)를 가리기 위해 연소개구(120)와 유사한 형상을 가지되, 상하방향을 따라 봤을 때 연소개구(120)가 분배판(30)의 내측에 위치할 수 있는 면적을 가질 수 있다.
분배판(30)은 판형의 분배몸체(31)와, 후술할 다공분배부(20)를 통과한 혼합물이 기준방향을 따라 통과하도록 분배몸체(31)가 개구되어 형성되는 복수의 분배통공(32)을 가질 수 있다 복수의 분배통공(32)이 분배판(30) 상에서 전후방향 및 좌우방향을 따라 이격되어 배치될 수 있다. 분배통공(32)은 전후방향과 좌우방향 중 일방향을 따라 연장된 슬릿 형태로 형성될 수 있다. 본 발명의 명세서에서는 좌우방향을 따라 분배통공(32)이 연장된 형상을 가지는 것으로 설명하나, 이에 제한되지는 않는다.
착화부(40)는 분배판(30)을 통과한 혼합물을 발화시키도록 분배판(30)의 하류측에서 연소개구(120)를 가릴 수 있다. 착화부(40)는 발생한 화염이 고정되기 용이하도록 금속 재질의 섬유가 촘촘하게 짜여 형성되는 매트일 수 있다.
다공분배부(20)
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공분배부(20)의 일부분을 나타낸 도면이다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공분배부(20)가 금속 섬유(F)를 이용해 형성될 경우, 이를 확대하여 나타낸 도면이다.
다공분배부(20)는 혼합물이 기준방향을 따라 통과할 수 있는 다공성의 재질로 형성된다. 다공분배부(20)는 분배판(30)의 상측에서 연소개구(120)를 가릴 수 있다. 다공분배부(20)는 소결 걸림부(1134)의 하측에 위치하고 소결 걸림부(1134)에 걸려서 상방으로의 이탈이 방지될 수 있다. 다공분배부(20)는 금속소재의 소결재일 수 있고, 다공분배부(20)가 금속소재의 소결재일 경우 도 10에서와 같이 금속 섬유(F)를 소결하여 형성될 수 있다. 이러한 금속 섬유(F)로 둘러싸인 복수의 통공이 다공분배부(20)에 형성된다. 그러나 다공분배부(20)는 금속소재의 소결재, 세라믹 및 유리섬유 중 적어도 하나의 재질로 형성될 수 있다. 상술한 소재들 중 적어도 하나로 매트를 형성하여 다공분배부(20)로 사용할 수 있다.
다공분배부(20)에 형성되는 통공의 상당직경은, 분배판(30)에 형성되는 슬릿형의 분배통공(32)의 좁은 폭, 즉 전후방향을 따라 각 분배통공(32)이 가지는 폭보다 작을 수 있다. 다공분배부(20)에 형성되는 통공의 상당직경은, 수소가스의 소염거리(quenching gap)보다 작을 수 있다. 수소가스의 소염거리가 약 0.6mm이므로, 다공분배부(20)에 형성되는 통공의 상당직경이 0.6mm 미만일 수 있다. 분배판(30)은 금속 판 등으로 형성되어, 분배통공(32)의 사이즈를 수소가스의 소염거리 이하로 하여 제작하기 어려울 수 있다. 연료가 다공분배부(20)와 분배판(30)을 기준방향을 따라서는 통과하여 착화부(40)에 전달될 수는 있으나, 그로부터 발생한 화염이 기준방향의 반대방향을 따라 분배판(30)은 통과할 수 있다 하여도 다공분배부(20)를 통과하지는 못한다. 즉, 분배판(30)을 이용하여 구현하기 어려운 역화의 방지가, 다공분배부(20)를 이용해 구현될 수 있다.
화염온도획득부(60)
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 버너(1)를 개념적으로 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 버너(1)는 화염온도획득부(60)를 포함할 수 있다. 화염온도획득부(60)는 온도를 획득하도록 마련되고, 다공분배부(20)와 착화부(40)의 사이에 배치되는 측정단(61)을 구비한다. 화염온도획득부(60)의 측정단(61)은 분배판(30)에 접촉할 수 있다. 따라서 화염의 온도를 측정단(61)이 획득할 수 있다. 측정단(61)은 열전대로 구성될 수 있으나, 온도의 측정이 가능한 구성이라면 다른 구성의 도입이 가능하다. 화염온도획득부(60)가 배치되어, 역화가 일어나는 급격한 온도변화를 감지하여 역화를 예상하고 대처할 수 있다. 측정단(61)이 일반적인 경우와 같이 믹싱 챔버(11)의 외측에 위치하는 것과 달리 분배판(30)에 접촉하여, 화염이 위치하는 공간에서 일어나는 온도 변화를 단시간 내에 감지할 수 있고, 신속하게 대응할 수 있다.
화염온도획득부(60)는 측정단(61)과 전기적으로 연결되는 배선(62)을 포함할 수 있다. 화염온도획득부(60)의 배선(62)은, 도 11에 도시된 것과 같이 믹싱 챔버(11), 기체제공부(50) 및 공기배관(52)을 통과할 수 있다. 배선(62)은 믹싱 챔버(11), 기체제공부(50) 및 공기배관(52)의 내측면에 밀착하여 배치될 수 있다. 따라서 배선(62)의 배치 때문에 연료배관(53) 등의 연료와 관련된 부분에서 연료가 누설될 위험이 제거될 수 있다.
프로세서
본 발명의 일 실시예에 따른 버너(1)는 프로세서를 포함할 수 있다. 프로세서는 제어를 위해 기체제공부(50)에 전기적으로 연결될 수 있다. 프로세서는 제어를 위해 화염온도획득부(60)에 전기적으로 연결될 수 있다. 프로세서는 기체제공부(50)를 제어하는 제어 신호를 생성하여 기체제공부(50)로 전달하거나, 전기적으로 연결된 구성요소들로부터 전기적 신호를 전달받을 수 있다. CPU(Central Processing Unit), FPGA(Field Programmable Gate Array), ASIC(Application Specific Integrated Circuit)등이 프로세서로 사용될 수 있으나, 그 종류는 이에 제한되지 않는다.
여기서 전기적으로 연결된다는 표현은, 물리적으로 도전 가능하게 연결되어 전기적 신호를 주고받거나 전력을 공급받을 수 있는 경우뿐 아니라 신호를 주고받을 수 있도록 무선으로 연결된 경우를 포함한다. 프로세서는 각각의 구성요소들과 전기적으로 연결될 수 있으므로, 도선으로 연결되거나, 무선으로 통신 가능한 모듈을 더 가져 상호 통신할 수 있다.
프로세서가 수행하는 제어명령은 저장매체에 저장되어 활용될 수 있고, 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 프로세서가 작업을 수행하기 위해 필요로 하는 데이터 등이 더 저장될 수 있다.
프로세서는 화염온도획득부(60)가 획득한 온도가 소정의 한계온도를 초과할 경우, 기체제공부(50)의 작동이 정지하도록 기체제공부(50)를 제어할 수 있다. 여기서의 한계온도란 역화가 일어날 때 분배판(30)의 온도가 급격히 증가하여 도달하는 온도 중 하나로, 예시적으로 섭씨 500도일 수 있다. 프로세서에 의해, 급격한 온도변화가 발생할 때 버너(1)의 동작을 정지하여, 역화를 방지할 수 있다.
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.
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.
1 : 버너
2 : 연소실
3 : 현열 열교환기
4 : 잠열 열교환기
5 : 배출부
11 : 믹싱 챔버
12 : 챔버 하부커버
13 : 연소패킹
14 : 챔버패킹
20 : 다공분배부
30 : 분배판
31 : 분배몸체
32 : 분배통공
40 : 착화부
50 : 기체제공부
51 : 블로어
52 : 공기배관
53 : 연료배관
54 : 기체통로
60 : 화염온도획득부
61 : 측정단
62 : 배선
100 : 물 가열기
111 : 공간형성부
112 : 챔버 주입부
113 : 상부 플레이트
120 : 연소개구
121 : 하부 플레이트
122 : 챔버 돌출부
131 : 제1 연소패킹 단위체
132 : 제2 연소패킹 단위체
141 : 제1 챔버패킹 단위체
142 : 제2 챔버패킹 단위체
541 : 기체배관
542 : 기체 어댑터
543 : 입구 커버
1131 : 외측하면
1132 : 중간하면
1133 : 내측하면
1134 : 소결 걸림부
1135 : 챔버 플랜지
F : 금속 섬유

Claims (9)

  1. 연료와 공기가 혼합되어 혼합물을 형성하기 위한 공간을 내부에 가지는 믹싱 챔버;
    상기 믹싱 챔버에 기준방향을 향해 형성된 개구를 덮으며 상기 믹싱 챔버에 결합되고, 기준방향을 따라 개구된 연소개구를 가지는 챔버 하부커버;
    상기 혼합물이 기준방향을 따라 통과할 수 있는 다공성의 재질로 형성되고, 상기 연소개구를 가리는 다공분배부;
    상기 다공분배부를 통과한 혼합물이 통과하도록 복수의 분배통공을 가지며, 기준방향을 기준으로 상기 다공분배부의 하류측에서 상기 연소개구를 가리는 분배판; 및
    상기 분배판을 통과한 혼합물을 발화시키도록 상기 분배판의 하류측에서 상기 연소개구를 가리는 착화부를 포함하는, 버너.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다공분배부에 형성되는 통공의 상당직경은, 상기 분배판에 형성되는 슬릿형의 분배통공의 좁은 폭보다 작은, 버너.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다공분배부에 형성되는 통공의 상당직경은, 수소가스의 소염거리(quenching gap)보다 작은, 버너.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 다공분배부는, 금속소재의 소결재, 세라믹 및 유리섬유 중 적어도 하나의 재질로 형성되는, 버너.
  5. 제1항에 있어서,
    온도를 획득하도록 마련되고, 상기 다공분배부와 상기 착화부의 사이에 배치되는 측정단을 구비하는 화염온도획득부를 더 포함하는, 버너.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 화염온도획득부의 측정단은 상기 분배판에 접촉하는, 버너.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 믹싱 챔버로 공기와 연료를 압송하도록 상기 믹싱 챔버와 연결되는 블로어와, 공기를 상기 블로어로 전달하도록 상기 블로어에 연결되는 공기배관과, 연료를 상기 블로어로 전달하도록 상기 블로어에 연결되는 연료배관을 구비하는 기체제공부를 더 포함하고,
    상기 화염온도획득부의 배선은, 상기 믹싱 챔버, 상기 블로어 및 상기 공기배관을 통과하는, 버너.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 믹싱 챔버로 공기와 연료를 압송하도록 상기 믹싱 챔버와 연결되는 기체제공부; 및
    상기 기체제공부 및 상기 화염온도획득부에 전기적으로 연결되는 프로세서를 더 포함하고,
    상기 프로세서는:
    상기 화염온도획득부가 획득한 온도가 소정의 한계온도를 초과할 경우, 상기 기체제공부의 작동이 정지하도록 상기 기체제공부를 제어하는, 버너.
  9. 연소반응을 일으키게 마련되는 버너; 및
    상기 연소반응에 의해 생성된 열을 이용해 내부를 통해 유동하는 물을 가열하게 마련되는 열교환기를 포함하고,
    상기 버너는,
    연료와 공기가 혼합되어 혼합물을 형성하기 위한 공간을 내부에 가지는 믹싱 챔버;
    상기 믹싱 챔버에 기준방향을 향해 형성된 개구를 덮으며 상기 믹싱 챔버에 결합되고, 개구된 연소개구를 가지는 챔버 하부커버;
    상기 혼합물이 기준방향을 따라 통과할 수 있는 다공성의 재질로 형성되고, 상기 연소개구에 배치되는 다공분배부;
    상기 다공분배부를 통과한 혼합물이 통과하도록 상기 연소개구에 배치되는 분배판; 및
    상기 분배판을 통과한 혼합물을 발화시키도록 상기 연소개구에 배치되는 착화부를 포함하고,
    기준방향을 따라, 상기 다공분배부, 상기 분배판 및 상기 착화부가 배치되는, 물 가열기.
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