KR20160048674A

KR20160048674A - 연소 플레이트

Info

Publication number: KR20160048674A
Application number: KR1020150147092A
Authority: KR
Inventors: 다케시 다케우치
Original assignee: 린나이코리아 주식회사; 린나이가부시기가이샤
Priority date: 2014-10-24
Filing date: 2015-10-22
Publication date: 2016-05-04
Also published as: EP3012526A1; JP2016084955A; US20160116160A1; US9841187B2; EP3012526B1

Abstract

(과제) 플레이트 본체에 화염구멍이 존재하지 않는 무화염구멍부(33)가 격자 형상으로 설치되고, 무화염구멍부로 둘러싸이는 플레이트 본체의 각 영역을 복수의 화염구멍이 밀집하여 형성되는 집합화염구멍부(34)로 하는 연소 플레이트에 있어서, 내역화 성능을 향상시킬 수 있도록 한다.
(해결 수단) 집합화염구멍부(34)의 무화염구멍부(33)에 인접하는 주변 부분에 형성하는 주변화염구멍(32a)의 직경을 집합화염구멍부(34)의 주변 부분으로부터 내측의 부분에 형성하는 중앙화염구멍(32b)의 직경보다 작게 한다. 또, 무화염구멍부(33)의 각 측부에, 집합화염구멍부(34)의 화염구멍 사이 피치(P)보다도 넓은 피치(P′)로 외측화염구멍(32′)을 형성할 경우에는, 외측화염구멍(32′)도 중앙화염구멍(32b)보다 작은 직경으로 한다.　

Description

연소 플레이트{COMBUSTION PLATE}

본 발명은 주로 급탕용이나 난방용의 열원기에 설치되는 전일차(全一次) 연소식 버너에서 이용하는 연소 플레이트이며, 세라믹제의 플레이트 본체에 예비혼합가스를 분출하는 다수의 화염구멍을 형성한 것에 관한 것이다.　

종래, 이런 종류의 연소 플레이트로서, 플레이트 본체에 화염구멍이 존재하지 않는 무(無)화염구멍부가 격자 형상으로 설치되고, 무화염구멍부로 둘러싸이는 플레이트 본체의 각 영역을 복수의 화염구멍이 밀집되어 형성되는 집합화염구멍부로 하는 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌　1 참조). 이것에서는, 무화염구멍부에 인접하는 집합화염구멍부의 주변 부분의 화염구멍으로부터 분출되는 예비혼합가스의 일부가 무화염구멍부 위에 소용돌이치도록 하여 환류된다. 그리고 무화염구멍부의 양측에 위치하는 집합화염구멍부의 주변 부분의 화염구멍으로부터 환류되는 예비혼합가스가 서로 간섭하여 무화염구멍부 위로 리프트되기 어려운 안정된 화염이 형성되어 보염(保炎) 효과가 얻어진다.

그러나 집합화염구멍부의 무화염구멍부에 인접하는 주변 부분의 화염구멍의 일부에서 화염의 리프트를 발생하면, 그곳이 기점이 되어 주변 부분의 다른 화염구멍의 화염도 끌려서 리프트되기 쉬워진다. 특히, 예비혼합가스의 공기과잉율(일차공기량/화학양론적 공기량)을 높게 할 경우에는, 주변 부분의 화염구멍에서의 화염 리프트를 발생하기 쉬워지고, 이것에 기인하여 집합화염구멍부 전체에서의 화염 리프트를 발생하는 일이 있다.　

그래서, 종래, 특허문헌　1에 의해, 집합화염구멍부의 무화염구멍부에 인접하는 주변 부분에 형성하는 화염구멍을 표면측의 구멍 직경보다도 이면측의 구멍 직경을 작게 한 감속화염구멍으로 하는 연소 플레이트가 알려져 있다. 감속화염구멍에서는 이면측의 작은 직경 부분으로부터 유입된 예비혼합가스의 유속이 표면측의 직경 확대 부분에서 감속되어 화염 리프트가 발생하기 어렵게 되기 때문에, 집합화염구멍부의 주변 부분에서의 화염 리프트를 유효하게 방지할 수 있다.　

그러나 이것은 저부하 연소시에 역화(逆火)되기 쉬워진다고 하는 문제점이 있다. 즉, 무화염구멍부에서는, 화염구멍에 흐르는 예비혼합가스에 의한 플레이트 본체의 냉각 효과가 얻어지지 않기 때문에, 저부하 연소로 화염이 짧아져 플레이트 표면 부근에서 연소하면, 무화염구멍부의 온도가 상승하여 무화염구멍부에 인접하는 집합화염구멍부의 주변 부분의 온도도 상승하고, 주변 부분의 화염구멍이 감속화염구멍으로서 예비혼합가스의 유속이 감속되는 것과 더불어서 역화되기 쉬워진다.

또, 종래, 집합화염구멍부의 주변 부분의 화염구멍을 감속화염구멍으로 하지 않고, 주변 부분에서의 화염 리프트를 방지할 수 있도록 한 연소 플레이트로서, 특허문헌 2에 의해, 무화염구멍부의 각 집합화염구멍부에 인접하는 각 측부에, 무화염구멍부의 길이 방향으로 소정의 간격을 두고 화염구멍이 형성되며, 이 소정의 간격은 집합화염구멍부에 형성하는 화염구멍 사이의 무화염구멍부의 길이 방향에 평행한 방향의 간격보다도 넓게 설정된 것이 알려져 있다. 이것에서는, 집합화염구멍부의 주변 부분의 화염구멍에 있어서의 저부하 연소시의 내역화(耐逆火) 성능이 특허문헌 1에 기재된 것보다도 향상하지만, 저부하 연소시에 무화염구멍부의 온도가 상승하는 것에 변화는 없어 내역화 성능을 충분하게는 향상시킬 수 없다.

특허문헌 1: 일본국 실개평7-12713호 공보 특허문헌 2: 일본국 특개2012-180988호 공보　

본 발명은 이상의 점에 감안하여 내역화 성능을 향상시킬 수 있도록 한 연소 플레이트를 제공하는 것을 그 과제로 하고 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 세라믹제의 플레이트 본체에 예비혼합가스를 분출하는 다수의 화염구멍을 형성한 전일차 연소식 버너용의 연소 플레이트로서, 플레이트 본체에 화염구멍이 존재하지 않는 무화염구멍부가 격자 형상으로 설치되고, 무화염구멍부로 둘러싸이는 플레이트 본체의 각 영역을 복수의 화염구멍이 밀집하여 형성되는 집합화염구멍부로 하는 것에 있어서, 집합화염구멍부의 무화염구멍부에 인접하는 주변 부분에 형성하는 화염구멍의 직경을 집합화염구멍부의 주변 부분으로부터 내측의 부분에 형성하는 화염구멍의 직경보다 작게 하는 것을 특징으로 한다.　

본 발명에 따르면, 집합화염구멍부의 주변 부분의 화염구멍(주변화염구멍)의 직경을 작게 하는 것에 의해, 주변화염구멍으로부터 분출하는 예비혼합가스량을 감소시켜서, 이 예비혼합가스의 연소에 의한 무화염구멍부의 가열량을 감소시킬 수 있다. 그로 인해, 주변화염구멍의 직경을 작게 하지 않는 것에 비하여 저부하 연소시에 있어서의 무화염구멍부의 온도를 낮추어서 내역화 성능을 향상시킬 수 있다　

또, 본 발명에 있어서, 상기 특허문헌 2에 기재된 종래예와 마찬가지로, 무화염구멍부의 각 집합화염구멍부에 인접하는 각 측부에, 무화염구멍부의 길이 방향으로 소정의 간격을 두고 화염구멍을 형성하며, 이 소정의 간격을 집합화염구멍부에 형성하는 화염구멍 사이의 무화염구멍부의 길이 방향에 평행한 방향의 간격보다도 넓게 설정하면, 집합화염구멍부의 주변 부분에서의 화염 리프트를 방지할 수 있다. 이 경우, 무화염구멍부의 각 측부의 화염구멍(외측화염구멍)은 개수가 적기 때문에, 외측화염구멍을 작은 직경으로 하지 않아도, 주변화염구멍을 작은 직경으로 하는 것에 의해, 저부하 연소시에 있어서의 무화염구멍부의 온도를 낮출 수 있다. 단, 본 발명에 있어서는 외측화염구멍의 직경도 집합화염구멍부의 주변 부분으로부터 내측의 부분에 형성하는 화염구멍의 직경보다 작게 하는 것이 바람직하다. 이것에 따르면, 외측화염구멍으로부터 분출하는 예비혼합가스량을 감소시켜서, 이 예비혼합가스의 연소에 의한 무화염구멍부의 가열량을 감소시킬 수 있으며, 저부하 연소시에 있어서의 무화염구멍부의 온도를 더욱 낮추어서 내역화 성능을 한층 향상시킬 수 있다.

도 1은 전일차 연소식 버너의 절단 상태의 사시도.
도 2는 본 발명의 실시형태의 연소 플레이트의 평면도.　
도 3은 도 2의 연소 플레이트 일부의 확대 평면도.　
도 4는 다른 실시형태의 연소 플레이트 일부의 확대 평면도.　

도 1을 참조하여,　“1”은 전일차 연소식 버너를 나타내고 있다. 이 버너 (1)는 상향으로 개구하는 상자형으로 형성된 버너 본체(2)와, 버너 본체(2)의 상부에 장착한 연소 플레이트(3)를 구비하고 있다. 이하, 버너(1)의 폭 방향을 가로 방향. 버너(1)의 깊이 방향을 전후 방향으로서 설명한다.　

버너 본체(2)의 상면 외주부에는 급탕용이나 난방용의 열교환기를 내장하는 연소하우징(도시생략)의 하단을 결합하는 플랜지부(2a)가 설치되어 있다. 또, 버너 본체(2) 내에는 연소 플레이트(3)의 하면에 면하는 분포실(4)과, 분포실(4)에 대해 버너 본체(2)에 일체의 마루벽(2b)으로　칸막이된 하측의 혼합실(5)이 설치되어 있다. 또, 혼합실(5)의 하측에는 급기실(6)이 설치되어 있다. 그리고 급기실(6)의 바닥면(61)에 개설(開設)한 급기구(62)에 연소 팬(7)을 접속하고, 급기실(6)에 연소 팬(7)으로부터 1차 공기를 공급하도록 하고 있다.　

분포실(4)의 바닥면인 마루벽(2b)의 후부에는, 혼합실(5)에 연통하는 가로로 긴 개구부(41)가 형성되어 있다. 또, 분포실(4)은 칸막이판(42)에 의해 상하　2개의 공간으로 칸막이되어 있다. 그리고 혼합실(5)로부터 개구부(41)를 통하여 분포실(4)의 하부 공간으로 유입된 예비혼합가스가 칸막이판(42)에 형성한 다수의 분포구멍(42a)과 분포실(4)의 상부 공간을 통하여 연소 플레이트(3)로 이끌리도록 하고 있다.

혼합실(5)의 전면(51)은 버너 본체(2)에 일체의 세로벽(2c)으로 폐색되어 있다. 이 전면(51)에는 세로벽(2c)을 관통하는 구멍으로 이루어지는 노즐구멍(52)이 가로 방향의 간격을 두고서 복수 병설되어 있다. 또, 세로벽(2c)의 외면에는 복수의 노즐구멍(52)에 연통하는 노즐통로(52a)를 세로벽(2c)과의 획성하는 칸막이판 (81)을 통하여 가스 매니폴드(8)가 설치되어 있다. 칸막이판(81)에는 가스 매니폴드(8) 내의 가스통로(82)와 노즐통로(52a)를 연통하는 개구(도시생략)가 형성되고, 가스 매니폴드(8)에는 이 개구를 개폐하는 전자밸브(83)가 장착되어 있다. 그리고 전자밸브(83)를 개방시켰을 때에, 노즐통로(52a)에 연료가스가 공급되고, 각 노즐구멍(52)으로부터 연료가스가 분사되도록 하고 있다.　

혼합실(5)의 바닥면(53)에는 혼합실(5)의 전면(51)에 통기 간극(54)을 두고서 대향하고, 각 노즐구멍(52)으로부터 분출하는 연료가스가 충돌하는 벽판(55)이 세워 설치되어 있다. 벽판(55)은 상방으로 향하여 전방으로 경사져 있다. 또, 혼합실(5)의 바닥면(53)의 통기 간극(54)에 임하는 부분에는 급기실(6)로부터의 1차 공기를 혼합실(5)로 도입하는 가로로 긴 공기도입구(56)가 개설(開設)되어 있다. 그리고 각 노즐구멍(52)으로부터 분출하는 연료가스가 벽판(55)에 충돌하여 확산하고, 통기 간극(54)으로 흐르는 1차 공기에 확산한 연료가스가 혼입되어 연료가스와 1차 공기의 혼합이 촉진되어 균질(均質)인 예비혼합가스가 생성되도록 하고 있다.

또, 통기 간극(54)에는 각 노즐구멍(52)의 하측에 위치시켜서 전후방향으로 긴 통 형상의 방해판(57)이 설치되어 있다. 이에 따르면, 연료가스의 분출량을 소량으로 하는 약한 연소시에도 연료가스를 일차 공기의 영향을 받는 일없이 확실하게 벽판(55)에 충돌시킬 수 있다.　

연소 플레이트(3)는 도　2에 나타내는 바와 같이, 세라믹제의 플레이트 본체 (31)에 다수의 화염구멍(32)을 형성하여 이루어지는 것이며, 예비혼합가스가 이들 화염구멍(32)으로부터 분출하여 전일차 연소한다. 이하, 연소 플레이트(3)에 대해서 상세히 서술한다. 또한, 도 1에서는 도면의 간략화를 위해 화염구멍(32)을 생략하고 있다.　

본 실시형태에서는 플레이트 본체(31)에 화염구멍(32)이 존재하지 않는 무화염구멍부(33)를 마름모꼴의 격자 형상으로 설치하고, 무화염구멍부(33)로 둘러싸이는 플레이트 본체(31)의 각 영역을 복수의 화염구멍(32)이 밀집하여 형성되는 집합화염구멍부(34)로 하고 있다. 도　3을 참조하여 구체적으로 예시하면, 집합화염구멍부(34)의 무화염구멍부(33)에 인접하는 주변 부분의 화염구멍(이하, 주변화염구멍이라고 기재한다, 32a)에 외접하는 마름모꼴의 1변의 길이(L)를 8.9㎜, 이들 마름모꼴 사이의 무화염구멍부(33)의 폭(W)을 3.6㎜로 하고, 집합화염구멍부(34)에 무화염구멍부(33)의 길이 방향에 평행한 방향(상기 마름모꼴의 각 변에 평행한 방향)의 화염구멍 사이의 간격(중심간 거리, p)이 1.6㎜가 되도록 화염구멍(32)을 합계 36개 형성하고 있다.　

또, 무화염구멍부(33)의 각 집합화염구멍부(34)에 인접하는 각 측부에, 무화염구멍부(33)의 길이 방향에 소정의 간격을 두고서 화염구멍(이하, 외측화염구멍이라고 기재한다, 32′)을 형성하고 있다. 이 소정의 간격, 즉, 외측화염구멍(32′)의 무화염구멍부(33)의 길이 방향의 중심간 거리(P′)는 집합화염구멍부(34)에 형성하는 화염구멍(32)의 무화염구멍부(33)의 길이 방향에 평행한 방향의 중심간 거리(P)보다도 넓게 설정된다. 여기서,　P′는 2P 이상으로 설정하는 것이 바람직하고, 본 실시형태에서는,　p′=3P로 하고 있다.

또한, 본 실시형태에서는 무화염구멍부(33)의 폭 방향 일측의 외측화염구멍 (32′)과 타측의 외측화염구멍(32′)이 무화염구멍부(33)의 길이 방향으로 위치를 겹치지 않게 비켜서 배치되어 있다. 더욱 구체적으로는, 무화염구멍부(33)의 폭 방향 각 측이 서로 이웃하는　2개의 외측화염구멍(32′, 32′)의 중심을 묶는 선을 저변으로 하는 이등변 삼각형의 꼭대기점에 무화염구멍부(33)의 폭 방향 반대측의 외측화염구멍(32′)의 중심이 위치하도록, 무화염구멍부(33)의 폭 방향 일측의 외측화염구멍(32′)과 타측의 외측화염구멍(32′)의 위치를 무화염구멍부(33)의 길이 방향으로 겹치지 않게 비켜 있다. 이에 따라, 무화염구멍부(33)의 폭 방향 양측의 외측화염구멍(32′, 32′) 사이의 거리가 모두 동등하게 된다.

이에 따르면, 집합화염구멍부(33)의 주변 부분의 외측의 곳곳에 외측화염구멍(32′)이 배치되게 된다. 그리고 외측화염구멍(32′)에서 무화염구멍부(33) 위로 환류하는 예비혼합가스에 대해, 무화염구멍부(33)를 사이에 두고 반대측에 위치하는 집합화염구멍부(34)의 주변화염구멍(32a)에서 무화염구멍부(33) 위로 환류하는 예비혼합가스가 간섭할 뿐만 아니라, 외측화염구멍(32′)과 같은 측에 위치하는 집합화염구멍부(34)의 주변화염구멍(32a)에서 무화염구멍부(33) 위로 환류하는 예비혼합가스가 간섭하여 외측화염구멍(32′)의 보염 효과가 높아진다. 따라서, 집합화염구멍부(33)의 주변화염구멍(32a)의 일부에서의 화염 리프트를 발생해도, 외측화염구멍(32′)에서의 보염에 의해, 외측화염구멍(32′)에 가까운 주변화염구멍(32a)에서의 화염 리프트가 방지된다. 그 결과, 예비혼합가스의 공기과잉율을 높게 해도, 주변화염구멍(32a) 전체에서의 화염 리프트, 나아가서는, 이것에 기인하여 집합화염구멍부(34) 전체에서 화염 리프트를 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.　

그런데 무화염구멍부(33)의 폭 방향 일측의 외측화염구멍(32′)과 타측의 외측화염구멍(32′)이 무화염구멍부(33)의 길이 방향 동일 위치에 배치되어 있으면, 무화염구멍부(33)의 폭이 그 양측의 외측화염구멍(32′, 32′) 사이의 부분에서 꽤 좁아져 버려, 이 부분에서는 예비혼합가스가 잘 환류하지 않게 되어, 외측화염구멍 (32′)의 보염 효과가 저하된다.　

이에 대해, 본 실시형태에서는 무화염구멍부(33)의 폭 방향 일측의 외측화염구멍(32′)과 타측의 외측화염구멍(32′)이 무화염구멍부(33)의 길이 방향으로 위치를 겹치지 않게 비켜서 배치되기 때문에, 각 외측화염구멍(32′)에 대해 무화염구멍부(33)를 사이에 두고 반대측의 집합화염구멍부(34)의 주변화염구멍(32a)이 대치(對峙)하여 무화염구멍부(33)의 폭이 외측화염구멍(32′, 32′) 사이에서 과소로 좁혀지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 무화염구멍부(33)의 양측의 외측화염구멍(32′, 32′)에서 무화염구멍부(33) 위로 환류하는 예비혼합가스끼리도 서로 간섭하게 되어, 외측화염구멍(32′)의 보염 효과가 한층 향상된다. 특히, 본 실시형태에서는 무화염구멍부(33)의 폭 방향 양측의 외측화염구멍(32′, 32′) 사이의 거리가 모두 동일하게 되기 때문에, 모든 외측화염구멍(32′)에서 높은 보염 효과가 얻어져 화염 리프트를 한층 효과적으로 방지할 수 있다.　

단, 이대로는, 저부하 연소로 화염이 짧아져서 플레이트 표면 부근에서 연소하면, 무화염구멍부(33)의 온도가 상승하기 때문에, 내역화 성능을 충분하게는 향상시킬 수 없게 된다. 그래서, 본 실시형태에서는 집합화염구멍부(34)의 주변화염구멍(32a)의 직경을 집합화염구멍부(34)의 주변 부분으로부터 내측의 부분에 형성하는 화염구멍(이하, 중앙화염구멍이라고 기재한다, 32b)의 직경보다 작게 하고, 또한, 외측화염구멍(32′)의 직경도 중앙화염구멍(32b)의 직경보다 작게 하고 있다. 주변화염구멍(32a) 및 외측화염구멍(32′)의 직경과 중앙화염구멍(32b)의 직경의 비는　1:1.2∼1.5로 하는 것이 바람직하고, 본 실시형태에서는 중앙화염구멍 (32b)의 직경을 1.1㎜, 주변화염구멍(32a) 및 외측화염구멍(32′)의 직경을　O.9㎜로 하고 있다.

이와 같이 주변화염구멍(32a)의 직경을 작게 하면, 주변화염구멍(32a)으로부터 분출하는 예비혼합가스량을 감소시켜서, 이 예비혼합가스의 연소에 의한 무화염구멍부(33)의 가열량을 감소시킬 수 있다. 그로 인해, 주변화염구멍(32a)의 직경을 작게 하지 않는 것에 비하여 저부하 연소시에 있어서의 무화염구멍부(33)의 온도를 낮추어서 내역화 성능을 향상시킬 수 있다.　

또한, 외측화염구멍(32′)은 개수가 적기 때문에, 외측화염구멍(32′)을 작은 직경으로 하지 않아도, 주변화염구멍(32a)을 작은 직경으로 하는 것에 의해, 저부하 연소시에 있어서의 무화염구멍부(33)의 온도를 낮출 수 있지만, 상기와 같이 외측화염구멍(32′)도 작은 직경으로 하면, 저부하 연소시에 있어서의 무화염구멍부(33)의 온도를 더욱 낮추어서 내역화 성능을 한층 향상시킬 수 있다.

또, 상기 실시형태에서는 집합화염구멍부(34)의 주변화염구멍(32) 중 무화염구멍부(33)에 접하는 최외측 열의 화염구멍을 작은 직경의 주변화염구멍(32a)으로 하고 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 도 4에 나타내는 실시형태와 같이, 최외측의 열과 그 내측의 열의　2열의 화염구멍을 작은 직경의 주변화염구멍(32a)으로 하는 것도 가능하다.　

이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 외측화염구멍(32′)을 폐지하여 무화염구멍부 (33)에 염구(炎口)를 전혀 형성하지 않는 것도 가능하다. 또, 상기 실시형태에서는 무화염구멍부(33)에 외측화염구멍(32′)을 형성하고 있지만, 집합화염구멍부(34)의 형상을 마름모꼴로 하고 있지만, 이 형상은 마름모꼴 이외의 삼각∼육각의 다각형이라도 좋다.　

3: 연소 플레이트
31: 플레이트 본체
32: 화염구멍
32a: 집합화염구멍부의 주변 부분에 형성하는 화염구멍
32b: 집합화염구멍부의 주변 부분으로부터 내측의 부분에 형성하는 화염구멍
32′: 무화염구멍부의 측부에 형성하는 화염구멍
33: 무화염구멍부
34: 집합화염구멍부

Claims

세라믹제의 플레이트 본체에 예비혼합가스를 분출하는 다수의 화염구멍을 형성한 전일차 연소식 버너용의 연소 플레이트로서,
플레이트 본체에 화염구멍이 존재하지 않는 무화염구멍부가 격자 형상으로 설치되고, 무화염구멍부로 둘러싸이는 플레이트 본체의 각 영역을 복수의 화염구멍이 밀집하여 형성되는 집합화염구멍부로 하는 것에 있어서,
집합화염구멍부의 무화염구멍부에 인접하는 주변 부분에 형성하는 화염구멍의 직경을 집합화염구멍부의 주변 부분으로부터 내측의 부분에 형성하는 화염구멍의 직경보다 작게 하는 것을 특징으로 하는 연소 플레이트　.
청구항 1에 있어서,
상기 무화염구멍부의 상기 각 집합화염구멍부에 인접하는 각 측부에, 무화염구멍부의 길이 방향으로 소정의 간격을 두고 화염구멍이 형성되고, 이 소정의 간격은 집합화염구멍부에 형성하는 화염구멍 사이의 무화염구멍부의 길이 방향에 평행한 방향의 간격보다도 넓게 설정되는 것을 특징으로 하는 연소 플레이트.　
청구항 2에 있어서,
상기 무화염구멍부의 각 측부에 형성되는 화염구멍의 직경도 상기 집합화염구멍부의 주변 부분으로부터 내측의 부분에 형성하는 화염구멍의 직경보다 작게 하는 것을 특징으로 하는 연소 플레이트.