KR100246876B1 - 동시 또는 독립적으로 공급되는 2종 연료로 작동가능한 버너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오일공급관(2)과 분무관(4), 더미관(5), 연소공기공급관(7), 가스공급관(9)이 동심상으로 다중으로 중합되어 이루어진 다중관과 복수의 밸브(11~14) 및 혼합체임버(15)를 갖추어 이루어져 안정적이고 형상이 조절될 수 있는 화염을 만들기에 적합해서 특히 가열처리로와 재가열로에 적용하도록 된 2종연료혼합사용가능 버너에 관한 것으로, 상기 오일공급관(2)의 배출쪽 단부에 오일노즐(1)이 설치되는 한편 상기 분무관(4)의 배출쪽 단부에는 에멀죤체임버(3)가 착탈될 수 있게 장착되고, 상기 혼합체임버(15)에 인접한 상기 더미관(5)의 단부에는 공기선회장치(6)가 착탈될 수 있게 설치되는 한편, 상기 가스공급관(9)의 배출쪽 단부에는 고정된 공기-연료배출파이프에 가스노즐디스크(8)가 설치되며, 상기 혼합체임버(15)의 배출구에는 공기-연료배출관(16)이 설치된 구조로 되어 있다.

Description

2종연료혼합사용가능 버너

본 발명은 2종연료혼합사용가능 버너에 관한 것으로, 한가지 종류의 연료로 사용할 수 있지만, 특히 압축공기나 증기와 함께 버너내로 분무되는 린가스(lean gas)와 고점성 오일을 함께 연료로 사용할 수 있어서 열처리로와 재가열로에 사용하기에 적합한 버너에 관한 것이다.

여기서, 상기 버너에 공급되는 열량이 상대적으로 낮은 린가스로는 용광로가스가 이용되는 한편, 연료로 사용되는 고점성 오일로는 용광로오일이나 LSHS유(Low sulphar heavy stock oil), PCM유(pitch cresote mixer oil), 콜타르연료유 및 나프타를 들 수 있다. 버너에 공급되는 상기 린가스의 발열량은 700~1500kcal/N㎥이하의 것으로, 가스의 공급압력은 100~600㎜WC 범위로 된다. 한편 상기 린가스의 버너내 유동율은 80~800N㎥/hr이다. 또 상기 고점성 오일의 버너내 유동율은 1.5~50㎏/hr인 한편 버너로 공급되는 연소공기의 압력은 400~1000㎜WC 범위에 있게 된다.

그런데, 현재까지는 2가지 종류의 연료를 함께 또는 각기 공급해서 연소시키기에 적합한 버너를 찾아볼 수가 없고, 그 때문에 린가스와 고점성 오일과 같은 2가지 종류의 연료를 혼용하면서도 화염의 형상을 다양한 열처리로나 재가열로의 요구에 따라 조정함으로써 안정되고 정확하게 작동하게 되는 버너를 개발할 필요가 있게 되었다. 한편, 린가스를 연료로 사용될 수는 있으나 연소성분이 충분치 못해서 종래의 버너에는 사용할 수가 없었다. 따라서 버너 자체내에서 연소성분을 보강한후 이들 린가스를 사용할 수 있는 버너를 개발할 필요가 있게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 발명한 것으로, 린가스와 고점성 오일과 같은 2가지 종류의 연료를 함께 또는 각기 공급하여 연소시킬 수 있는 버너를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적으로는, 안정적이고 확실하게 높은 추력을 가진 화염을 발생시키는 버너를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 버너가 구체적으로 적용되는 경우에 맞춰 생성되는 화염의 형태를 조정할 수 있는 버너를 제공함에 있다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 버너는 5개 이상의 관이 동심상으로 중합된 다중관을 갖고서 그 중 가장 안쪽의 관이 그 한쪽 끝에 갖춰진 단공노즐을 통해 에멀죤체임버내로 고점성 오일을 공급하는 오일공급관을 이룸과 더불어, 이 오일공급관과 그 바로 바깥쪽에 인접한 분무관 사이의 원형공간을 통해서는 압축공기나 수증기와 같은 분무매체가 다공노즐을 통해 한쪽끝에 분리될 수 있게 부착된 에멀죤체임버내로 공급되도록 되어 있다.

상기 오일공급관을 통해 공급되는 오일과 상기 분무관을 통해 공급되는 압축공기 또는 수증기가 에멀죤체임버내에서 완전히 혼합되어 에멀죤형태로 만들어지게 되는데, 이렇게 만들어진 에멀죤은 에멀죤체임버의 배출쪽 단부에 고정된 단공 또는 다공노즐을 통해 혼합체임버내로 배출되게 된다. 한편 분무관에 인접한 바깥쪽관은 더미관(dummy pipe)으로 작용하는 것으로 이 더미관의 상기 체임버와 인접하는 단부에는 나사가 형성된 소켓구조에 의해 공기선회장치가 분리될 수 있게 고정되어 있다. 한편, 이 더미관은 버너의 나머지 바깥쪽관 직경을 크게 하는 역할을 하도록 된 것이다.

그리고 상기 더미관에 인접하는 외부관은 연소공기공급관으로 역할하게 된다. 즉, 연소공기가 더미관과 연소공기공급관 사이의 환형공간을 통해 버너의 내열 블럭 앞쪽에 위치한 혼합체임버로 들어가게 되는데, 이 혼합체임버로 연소공기가 들어가는 과정에서 연소공기가 공기선회장치로부터 유화오일과 가스를 혼합하는 공기 선회력을 얻게 된다. 한편, 상기 연소공기공급관과 그에 인접해서 가스공급관으로 작용하는 바깥쪽 관 사이의 환상공간을 통해서는 린가스가 상기 환상공간의 배출쪽 단부에서 가스노즐로 역할하는 다공형성디스크를 통해 상기 혼합체임버내로 공급되게 된다.

이와 같이 본 발명은, 각각 오일공급관과 분사관, 더미관, 연소공기공급관 및 가스공급관으로 작용하는 적어도 5개 이상의 관이 동심원상으로 중합된 다중관과 이에 각기 맞춰진 밸브를 갖추어 안정적이고 형태를 조절할 수 있는 화염을 만들기에 적합해서 특히 열처리와 재가열로에 사용할 수 있도록 된 것으로, 상기 오일공급관의 배출쪽 단부에 오일노즐이 설치되는 한편 상기 분무관의 끝에는 에멀죤체임버가 분리될 수 있게 고정되고, 상기 혼합체임버에 인접한 상기 더미관의 끝에는 공기 선회장치가 분리될 수 있게 설치되는 한편, 상기 가스공급관의 배출쪽 단부에는 다공형성 노즐디스크가 부착되며, 상기 혼합체임버의 배출구에는 내열블럭이 설치되어, 2가지 종류의 연료를 함께 또는 각기 사용할 수 있는 버너를 제공할 수 있게 된다.

제1도는 주요 부품들이 장착된 본 발명에 따른 버너의 단면도,

제2도는 본 발명에 따른 버너의 에멀죤체임버의 단면도,

제3도는 제2도의 A-A선 단면도,

제4도는 버너의 내열블럭의 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 오일노즐 2 : 오일공급관

3 : 에멀죤체임버 4 : 분무관

5 : 더미관 6 : 공기선회장치

7 : 연소공기공급관 8 : 가스노즐디스크

9 : 가스공급관 10 : 단공분출공

11, 12, 13, 14 : 밸브 15 : 혼합체임버

16 : 공기-연료배출관 17, 18 : 노즐

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 버너를 나타낸 도면으로서, 5개의 관(2, 4, 5, 7, 9)이 동심상으로 중합되어 구성된 5중관과 오일노즐(1), 에멀죤체임버(3), 공기 선회장치(6), 가스노즐디스크(8), 혼합체임버(15) 및 내열블럭(16')을 갖춘 구조로 되어 있다. 고점성 오일이 오일공급관(2)으로 작용하는 중심부의 관을 통해 버너로 공급되게 되는바, 이 오일공급관(2)의 유입쪽 단부에는 밸브(11)가 부착되어 내부를 흐르는 고점성 오일의 유동율을 조절하도록 되어 있는 한편, 상기 오일공급관(2)의 배출쪽 단부에는 오일노즐(1)이 부착되어 있다. 이 오일노즐(1)은 버너의 가열성능에 따른 1~4㎜의 직경을 가진 단공의 분출공(10)을 갖도록 되어 있다.

상기 오일공급관(2)으로 공급된 고점성 오일은 오일노즐(1)을 통해 에멀죤체임버(3)내로 방출되는 바, 이 고점성 오일은 오일공급관(2)내로 들어가기 전에 유동성을 높히기 위해 증기나 전기로 70~100℃로 예열시켜지게 된다. 여기서 상기 버너를 통과하는 오일의 유동율은 1.5~50㎏/hr로 된다. 한편, 상기 압축공기나 수증기와 같은 분무매체는 오일공급관(2)과 분무관(4)으로 작용하는 바깥쪽 관과의 사이의 환형상공간을 통해 공급되는바, 이 분무관(4)의 유입쪽 단부에는 밸브(11)가 설치되어 통과하는 분무매체의 유동율을 조절하도록 되어 있다. 이 경우 분무매체는 2~8atm(g)의 압력으로 공급되게 된다.

한편, 상기 분무관(4)의 배출쪽 단부에는 에멀죤체임버(3)가 착탈될 수 있게 고정되고서 이 에멀죤체임버(3)로 압축되어진 분무매체가 내부로 유입되면서 오일과 공기 또는 수증기의 미세한 에멀죤을 생성시키도록 하는 다공노즐(18)이 갖춰져 있다. 오일이 상기 오일노즐(1)의 분사공(10)을 통해 고압으로 에멀죤체임버(3)내로 유입되면, 분사공(10)의 끝에서 조금 벗어난 축류부(縮流部;Vena Contacta) 지점에 저압영역이 만들어지게 된다. 따라서 상기 다공노즐(18)을 통해 에멀죤체임버(3) 내로 분무매체가 신속히 흡입되게 되고, 그 때문에 에멀죤체임버(3)내에서 오일과 분무매체와의 활발한 혼합이 이루어져 내부에 미세한 연무상태의 분무매체, 즉 공기 또는 증기와 오일이 혼합된 에멀죤이 만들어지게 된다. 이렇게 해서 생성된 에멀죤은 도 2에 도시된 것과 같이 단공 또는 다수의 배출공을 가진 노즐(17)을 통해 버너의 공기-연료배출관(16)의 앞쪽에 배치된 혼합체임버(15)내로 방출되게 된다. 여기서 상기 분사공의 수는 상기 버너의 중심축선에 대해 15~60°각도로 분사되도록 각각 2~6㎜의 직경을 가진 것 4개가 갖춰지도록 되어 있다. 상기 에멀죤체임버(3)의 다른 중요한 작용으로서는 분무매체의 압력의 변동으로 말미암아 오일의 유동율이 임의로 변하는 것을 막아주는 것이다.

상기 분사관(4)에서 에멀죤체임버(3)로 분사되도록 하는 노즐(18)의 분사공은 적용되는 버너에 따라 소정각도로 기울어지거나 직각방향으로 달리 형성되게 되는바, 이 노즐(18)의 각 분사공은 1~4㎜의 직경을 갖도록 하는 것이 좋다. 분무관(4)바로 바깥의 관은 앞에서 설명하였듯이 더미관(5)으로 작용하게 된다. 한편, 상기 더미관(5)의 단부에는 공기선회장치(6)가 나사형성된 소켓수단으로 혼합체임버(15)와 인접해서 설치되게 된다. 그리고 이 더미관(5) 바로 바깥에는 연소공기공급관(7)이 위치해서 이 연소공기공급관(7)과 더미관(5) 사이의 환형상공간을 통해 연소공기가 밸브(13)에 의해 조절된 유동율로 도시되지 않은 송풍기에 의해 혼합체임버(15)내로 공급되게 된다. 이때 앞에서 설명한 바와 같이 공기선회장치(6)의 작용이 더미관(5)과 연소공기공급관(7) 사이의 환형상공간을 통해 혼합체임버(15)내로 공급되는 공기에다 소용돌이를 일으키는 선회력을 전달되도록 하는 것이 대단히 중요하다. 상기 공기선회장치(6)는 생성시킬 화염의 길이와 형상에 따라 관의 축선에 대해 나선상으로 15~60°의 각을 갖는 다수의 베인이 용접으로 고정시켜진 구조로 되어 있다. 여기서, 상기 베인의 수는 베인의 나선각에 따라 3~24개가 설치되는바, 나선각이 커지면 베인의 수는 적어지게 된다.

상기 연소공기공급관(7)에 인접하는 5중관의 가장 바깥에는 가스공급관(9)이 배치되어, 이 가스공급관(9)과 연소공기공급관(7) 사이의 환형상공간을 통해 혼합체임버(15)내로 이 혼합체임버(15)에 인접한 가스공급관(9)의 배출쪽 단부에 고정된 다수의 분사구멍을 가진 가스노즐디스크(8)를 통해 100~600㎜WC의 압력과 밸브(14)에 의해 조절된 유동율로 린가스가 공급되게 된다. 여기서 상기 가스노즐디스크(8)에 형성된 분사공은 24~36개가 형성되도록 되어 있는바, 이들 분사공은 버너의 중심축선을 향해 30~40°의 각도를 이루도록 형성되게 된다.

상기 공기선회장치(6)에 의해 연소공기에 전달된 소용돌이작용 때문에, 혼합 체임버(15)내로 공급되는 린가스와 오일에멀죤이 혼합체임버(15)의 배출쪽 단부에 고정된 공기-연료배출관(16)을 통해 배출되기 전에 충분히 혼합시켜지게 된다.

한편, 상기 혼합체임버(15)의 출력쪽 단부에 설치되는 내열블럭(16', 도 4)은 공기-연료배출관(16)의 내경과 같은 균일한 직경을 갖는 직선부(19)와 그 배출쪽 끝쪽으로 갈수록 점차 직경이 넓혀지는 확장부(20)를 원통형상 관통구멍을 갖도록 되어 있다.

이상 설명한 바와 같이 구성된 본 발명에 의하면, (a) 고점성 오일이 압축공기나 수증기에 의해 에멀죤체임버내로 분무되어 완전연소될 수가 있게 되고, (b) 열량치가 낮은 린가스를 저온상태에서도 버너내에서 연소시킬 수 있으며, (c) 린가스와 고점성 오일을 함께 또는 각각 연소시킬 수 있으며, (d) 높은 안정성을 가지면서도 형상이 쉽게 조정될 수 있는 화염을 생성시킬 수가 있게 된다.

Claims (10)

1. 오일공급관(2)과 분무관(4), 더미관(5), 연소공기공급관(7) 및 가스공급관(9)이 동심상으로 다중으로 중합되어 이루어진 다중관과 복수의 밸브(11, 12, 13, 14) 및 혼합체임버(15)를 갖추고서, 상기 오일공급관(2)의 배출쪽 단부에 오일노즐(1)이 설치되는 한편 상기 분무관(4)의 배출쪽 단부에는 에멀죤체임버(3)가 착탈될 수 있게 장착되고, 상기 혼합체임버(15)에 인접한 상기 더미관(5)의 단부에는 공기 선회장치(6)가 착탈될 수 있게 설치되는 한편 상기 가스공급관(9)의 배출쪽 단부에는 이 가스공급관(9)과 상기 연소공기공급관(7)과의 사이에 다수의 가스분출공을 가진 가스노즐디스크(8)가 설치되며, 상기 혼합체임버(15)의 배출구에는 공기-연료배출관(16)이 설치된 것을 특징으로 하는 2종연료혼합사용가능 버너.
2. 제1항에 있어서, 상기 오일노즐(1)에 1~4㎜의 직경을 가진 1개의 분사공(10)이 갖춰진 것을 특징으로 하는 2종연료혼합사용가능 버너.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 에멀죤체임버(3)에, 분무매체가 상기 에멀죤체임버(3)로 유입되도록 하는 다공노즐(18)과 상기 에멀죤체임버(3)내에서 생성된 에멀죤을 혼합체임버(15)로 방출하게 되는 단공 또는 다공의 노즐(17)이 갖춰진 것을 특징으로 하는 2종연료혼합사용가능 버너.
4. 제3항에 있어서, 상기 다공노즐(18)에 4㎜의 직경을 가진 2개의 분사공이 갖춰진 것을 특징으로 하는 2종연료혼합사용가능 버너.
5. 제3항에 있어서, 상기 노즐(17)에 2~6㎜의 직경을 가진 4개의 분사공이 갖춰진 것을 특징으로 하는 2종연료혼합사용가능 버너.
6. 제1항 있어서, 상기 공기선회장치(6)가 용접에 의해 나선상으로 구성된 베인으로 이루어진 것을 특징으로 하는 2종연료혼합사용가능 버너.
7. 제6항에 있어서, 상기 베인이 관의 축선에 대해 15~60°의 나선각으로 용접되어 이루어진 것을 특징으로 하는 2종연료혼합사용가능 버너.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 베인의 수가 3~24개로서, 나선각이 커지는데 따라 숫자가 적어지도록 된 것을 특징으로 하는 2종연료혼합사용가능 버너.
9. 제1항에 있어서, 상기 가스노즐디스크(8)에 버너축선쪽으로 30~40°경사로 기울어져 모아지도록 형성된 24~36개의 분사구멍이 갖춰진 것을 특징으로 하는 2종연료혼합사용가능 버너.
10. 제1항에 있어서, 상기 공기-연료배출관(16)에는 이 공기-연료배출관(16)의 내경과 같은 직경을 이루는 직선부(19)와 그 배출쪽 끝쪽으로 갈수록 직경이 점차 넓어지는 확장부(20)를 이루는 원통형상 관통구멍을 가진 내열블럭(16')이 설치된 것을 특징으로 하는 2종연료혼합사용가능 버너.