KR100254128B1 - 축열형 버너와 이것에 이용가능한 축열형 열교환 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고온유체로서의 연소배기가스와 저온유체로서의 연소공기를 고정식 축열기를 교대로 통과시킴으로써 열교환을 수행하는 축열형 열교환 시스템과, 축열형 열교환 시스템에 의해 얻어진 높은 온도를 갖는 예열된 공기를 이용하여 연소를 수행하는 축열형 버너를 제공한다. 축열형 열교환 시스템은 원주방향으로 3개 또는 그 이상의 챔버로 분할된 침투성 축열기(1), 공급챔버(6a)와 배기챔버(6b)로 분할된 이중 파이프 출구/입구 수단(6), 및 축열기(1)를 출구/입구 수단(6)으로부터 격리하는 전환수단(3)을 구비하며, 이것에 의해 축열기(1)는 공급연통호울(5)과 배기연통호울(4)의 축열기(1)의 분할된 챔버(9, 10, 11)중 어느 것에서도 동시에 존재하지 않고, 유체가 흐르지 않는 빈 챔버(10)가 배기가스가 흐르는 챔버와 공기가 흐르는 챔버(12)와의 사이의 적어도 한 위치에 형성된 공급연통호울(5)과 배기연통호울(4)에 의해 출구/입구 수단(6)과 선택적으로 연통한다. 또한, 축열형 버너는 연료가 연속적으로 분사되도록 그 중심을 관통하는 연료노즐(31)을 축열형 열교환 시스템에 설치하여 고온 연소공기가 축열기로부터 연료의 주위에 분사된다. 또한, 유체의 흐름방향이 변하지 않는 열교환 시스템은 연료노즐(31)을 사용하지 않고 축열기(1)의 전방 및 후방에서 출구/입구 수단(6)과 전환수단을 설치하여 실현될 수 있다.

Description

[발명의 명칭]

축열형 버너와 이것에 이용 가능한 축열형 열교환 시스템

[발명의 분야]

본 발명은 배기가스로부터의 폐열을 회복시켜 연소공기를 재가열 하기 위한 축열형 버너에 관한 것으로, 특히 연소가스의 열을 이용하여 연소공기를 재가열 및 공급하기 위해 연소공기와 연소 배기가스를 교대로 고정형 축열기를 통과시키기 위한 축열형 버너에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 연소공기와 같은 비교적 낮은 온도(저온 유체)를 갖는 가스와 연소배기가스와 같은 비교적 높은 온도(고온 유체)를 갖는 가스와의 사이 또는 예를 들면 축열형 버너에서 다른 고온 가스와 저온가스와의 사이에서 축열기를 통해 열교환을 수행하기 위한 축열형 열교환 시스템에 관한 것으로, 특히 두 가지 형태의 유체의 흐름방향이 유체 입구측과 유체 출구측 상에 고정되어 통로의 전환을 일으키지 않는 축열형 열교환 시스템에 관한 것이다.

[발명의 배경]

제18도에 도시된 바와 같이, 예를 들면 매우 낮은 양의 NOx가 발생되는 종래 기술의 축열형 버너는 축열기(103)를 거쳐 공급된 연소공기가 로(furnace)에서 분사될 버너내의 연료와 혼합되도록 버너 건(gun)(연료노즐)(102)이 윈드박스(wind box)(101)에서 각각의 윈드박스를 관통하는 구조를 가진다. 다른 말로 하면, 각각의 연료노즐(102)과 각각의 연소공기 분사노즐(이 실시예에서는 윈드박스(101)을 말함)이 종래 기술의 버너(104)에서 쌍을 형성한다. 두 개의 버너(104)는 하나의 버너(104)가 연소가스를 배출하고 다른 버너(104)는 연소를 수행하도록 쌍을 형성한다. 배기열을 연소가스가 하나의 버너의 윈드박스(101)를 통해 배기될 때 축열기(103)에서 연소가스로부터 회복된다. 공지기술의 축열형 버너가 연소공기와 연료를 한 쌍의 버너에 교대로 공급하기 때문에 이것은 연소공기 공급시스템과 배기 시스템을 버너에 선택적으로 연결하기 위한 수단과 연료를 버너들 중 어느 하나로 공급하기 위한 수단을 요한다. 연소가스와 연소공기의 통로를 전환시키기 위해 솔레노이드 밸브들을 조합하는 방식 또는 4-방향 밸브 또는 3-방향 밸브를 이용하는 방식을 고려할 수 있다. 도면에서 참조부호 105는 4-방향밸브, 106은 솔레노이드 밸드, 107은 강제 통풍팬, 108은 유도통풍팬을 가리킨다.

그러나, 공기노즐과 연료노즐이 쌍을 형성하는 공지기술의 버너구조에서 연료노즐이 높은 온도를 갖는 방출연소 배기가스로 인하여 손상될 수 있거나 또는 잔류연료의 코킹(coking)이 아이들 버너에서 발생되는 문제점이 있다. 일본국 공개특허 공보 제2-10002호는 연료노즐의 손상방지를 위한 기술을 기재하고 있으나, 그 연료노즐의 배열 구조가 복잡하고, 전체적으로 부피가 큰 문제가 있다. 또 버너가 연소를 교대로 수행하는 방식의 축열형 버너의 경우에, 연료의 분사가 연소공기의 분사로부터 약간 지연되도록 연소공기의 분사에서 리드타임(lead time)을 취하는 것이 점화를 위해 바람직하므로 연소공기의 흐름을 변화시킨 후 예정된 시간이 경과하였을 때 연료가 공급되는 복잡한 제어방식이 일반적으로 필요하다. 따라서 연료의 어떠한 전환도 요하지 않는 축열형 버너가 바람직한 것이다.

솔레노이드 밸브들을 조합하여 연소가스와 연소공기의 통로를 전환시킬 때 고온의 분위기에서 사용될 수 있는 솔레노이드 밸브는 값이 비싸고 설비비용이 증대되며, 또 가스배관 솔레노이드 밸브의 치수가 커서 그 밸브사용개수가 증대할수록 공간을 차지하는 정도가 커진다. 따라서 사용밸브의 수가 감소하는 것이 바람직하다. 또한 이 경우에 연소공기의 공급과 연소가스의 배출은 전환이 이루어질 때 일시적으로 감소 또는 차단되는데 이것은 불안정한 불꽃을 초래하거나 또는 CO의 발생을 증가시킬 수 있다. 또한, 4-방향 밸브가 사용되는 경우에 배기 시스템과 공급시스템의 짧은 통과가 전환순간에 4-방향밸브에서 발생되며 버너로 공급된 연소공기의 양은 순간적으로 감소되어 불안정한 불꽃을 초래한다.

또, 축열기를 통해 두 형태의 통로에서 흐르는 유체들 사이에서 열교환을 수행하는 열교환 시스템으로서, 제19도에 도시된 바와 같은 륭스트룀(Ljungstrm)형의 공기 예비가열기(400)가 일반적으로 사용된다. 륭스트룀형의 공기 예비가열기(400)에는 연소배기가스와 같은 비교적 높은 온도를 가지는 가스가 흐르는 도관(402)과 연소공기와 같은 비교적 낮은 온도를 가지는 가스가 흐르는 도관(403)이 케이싱(411)에 고정되고, 디스크형 축열기(401)에 대한 가스의 흐름들이 통로의 변환 없이 축열기(401)를 회전시킴으로써 전환되어 연소공기가 연소배기가스로부터 회복된 열을 사용하여 예비 가열되는 구조를 가진다. 륭스트룀형 공기예비가열기(400)에서 회전하는 축열기 (401)의 상하의 상류측과 하류측의 각각은 격벽(405 또는 408)과 밀폐제(404)에 의해 적어도 두 개의 챔버(406, 407)로 나누어진다. 회전하는 축열기(401)는 축열기(401)가 한 영역을 통과하는 배기가스에 의해 가열되는 한편 다른 영역을 통과하는 연소공기는 축열기(401)의 열에 의해 예비 가열되는 방식으로 밀폐제(404)에 의해 두 개로 분할된다. 이 예에서 밀폐제(404)가 슬라이드 할 수 없고 한편 파형판을 방사상으로 배열함으로써 형성된 축열기(401)에 접착되므로 밀폐제(404)와 축열기 (401)와의 사이에 작은 갭이 형성된다. 그러나 륭스트룀형 공기예비가열기의 경우에 축열기(401)를 향한 가스의 흐름이 축열기(401)를 회전시킴으로써 전환되므로 크기 및 무게가 큰 축열기의 사용은 회전기구의 구조를 복잡하게 하며 그의 치수의 증가를 수반한다. 더욱이 회전에 따른 축열기의 손상이 발생하기 쉬우므로 세라믹 등을 사용하여 축열기를 제조하기가 어렵다. 또한, 축열기 자체가 회전되므로 밀폐가 어렵고, 두 통로들 사이의 유체의 누설은 대략 기껏해야 25% 밖에 되지 않는다. 따라서, 열교환 효율이 낮아지거나 또는 이 축열기가 연소시스템에서 연소공기와 연소 배기가스 사이의 열교환을 위해 사용될 때 연소공기의 공급량이 정밀하게 제어될 수 없는 문제가 일어난다.

[발명의 설명]

그러므로, 본 발명의 목적은 중단 없이 연속적으로 수행되는 연소공기의 전환을 수행하며 연료의 어떠한 전환도 요하지 않는 축열형 버너를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 다른 목적은 두 개의 통로 시스템들 사이에 예를 들면 서로 온도가 크게 다른 두 개의 가스통로들 사이에 가스의 누설 또는 혼합이 작은 단순한 전환구조를 가지며 통로를 전환시킬 때 유체의 공급 또는 배출이 순간적으로 감소 또는 중단되지 않게 하는 축열형 열교환 시스템을 제공하는 것이다.

이 때문에, 본 발명에 따른 축열형 버너는 ; 유체가 그의 축방향으로 각각의 챔버를 통과할 수 있는 방식으로 그의 원주방향으로 3개 또는 그 이상의 챔버안으로 간막이 된 축열기 ; 축열기의 중심을 관통하고 연료를 로 안으로 분사하는 연료노즐 ; 연소공기 공급시스템에 연결된 공급챔버와 연소가스 배기 시스템에 연결된 배치챔버 안으로 환상의 격벽에 의해 간막이된 이중-파이프형 입구/출구 수단 ; 및 축열기와 출구/입구 수단을 서로 격리시키기 위해 축열기와 출구/입구 수단 사이에 제공된 전환수단을 구비하며, 상기 전환수단은 축열기가 공급챔버와 연통하는 공급연통호울과 축열기가 배기챔버와 연통하는 배기연통호울이 축열기의 같은 챔버에 동시에 존재하지 않으며 연료가 그곳을 통해 흐르지 않는 축열기의 챔버는 배기연통호울과 공급연통호울이 각각 제공되는 축열기의 챔버들중의 적어도 하나에 형성되는 위치관계로 제공되며, 출구/입구 수단의 배기챔버와 공급챔버가 축열기의 어느 하나의 챔버와 계속적으로 연통하도록 연속적으로 또는 간헐적으로 회전되는 전환수단을 구비하며, 이것에 의해 연속적으로 분사된 연료제트의 주위에서 높은 온도를 가지는 연소공기를 축열기로부터 분사한다. 그러한 배열에서, 출구/입구 수단의 공급챔버와 배기챔버는 전환수단의 공급연통호울과 배기연통호울을 통해 축열기의 다른 챔버/구획실과 연통하며, 연소공기와 연소배기가스는 서로 혼합되지 않고 축열기 안으로 흐르며, 이것에 의해 연료제트의 주위에서 흐름의 위치를 연속적으로 변화시키는 동안 높은 온도를 가지는 연소공기를 축열기로 부터 로 안으로 분사한다. 그러므로, 교대로 하는 연소에 따른 종래의 축열형 연소는 연료를 일정하게 분사하는 동안 연소공기를 전환시킴으로써만 수행될 수 있으며, 따라서 분사타이밍을 조정하기 위한 제어유니트 또는 연료의 흐름을 전환시키기 위한 설비는 요구되지 않는다. 또한, 연소공기와 연소배기가스가 통과하는 챔버들이 빈 챔버를 사용함으로써 전환될 수 있기 때문에 연소공기는 감소되지 않거나 또는 그의 흐름이 전환 중에 중단되지 않고 안정한 연소를 보장한다. 더욱이 연료노즐이 연속적으로 분사된 연료에 의해 냉각되므로 연소 또는 연료 코킹은 일어나지 않고 배치위치 또는 구조가 복잡하지 않다. 더욱이 본 발명의 축열형 버너에 따라서 고온공기의 흐름의 전환이 연속적으로 수행되므로 로 내의 산소의 결핍은 과도한 공기율이 최소 값으로 설정된다고 해도 일어나지 않고, CO의 발생량을 최소레벨로 억제하기 위해 안정한 연소를 유지할 수 있다. 낮은 과잉공기율이 이론적인 공기량에 가까워지면, 연소배기가스의 온도에 가까워지는 매우 높은 온도를 가지는 연료 및 연소공기는 로내에서 느린 연소를 초래하며, NOx의 발생량은 완전한 연소를 얻기 위해 감소된다.

여기에 설명된 본 발명의 축열형 버너는 그의 원주방향에서 축열기를 실제로 균일하게 N 챔버(N = n + 1, 여기서 n은 2와 같거나 또는 그 이상의 양(+)의 짝수이며 유체가 일정하게 흐르는 챔버의 수에 대응한다)로 분할한다. 한편, 전환수단의 n/2공급연통호울과 n/2배기연통호울이 교대로 제공되며, 전환수단의 각각의 배기연통호울과 각각의 공급연통호울은 그 사이에 다음의 공식 1에 의해 나타난 각도 α를 가진다 :

여기서, β₁은 전환부의 회전중심 0으로부터 고온유체용 연통호울에 의해 외접된 중심각도를 나타내며, β₂는 전환부의 회전중심 0으로부터 저온유체용 연통호울에 의해 외접된 중심각도를 나타낸다. 또한, 공급연통호울과 배기연통호울의 크기들은 다음의 공식 2에 의해 나타난 관계를 만족시킨다 :

또한, 본 발명에 따른 축열형 버너는 축열기를 실제로 균일하게 다수의 유니트들로 분할하는데 이 유니트들의 각각은 N 챔버(N=n+1, 여기서 n은 2와 같거나 또는 그 이상의 양(+)의 짝수이며 유체가 일정하게 흐르는 다수의 챔버에 대응한다)로 이루어지며, 따라서 챔버의 총수는 Z(여기서 Z=a ㆍ N 이고, a는 0을 제외한 양(+)의 정수이며 다수의 유니트들을 나타낸다)이다 ; Z 챔버들의 총수 중에서 어떤 유체도 그곳을 통해 일정하게 흐르지 않는 빈 챔버들이 하나의 유니트를 구성하는 N 챔버들과 다른 유니트를 형성하는 N 챔버들 사이에 제공된다 ; 그리고, 배기연통호울과 공급연통호울 사이의 배치각도 a는 다음 공식 3에 의해 나타난 관계를 가진다 :

배기연통호울과 공급연통호울의 크기들은 다음 공식 4에 의해 나타난 관계를 만족시킨다.

여기서, 연소가스는 로에서부터 발생되어 aㆍN 챔버 속으로 간막이된 축열기에서 aㆍn/2 챔버 안으로 흐르며, 한편 연소공기가 밀려나와 다른 aㆍn/2 챔버안으로 흐르며, 나머지 챔버들은 어떤 통로에도 연결되지 않고 이것에 의해 유체가 흐르지 않는 빈 챔버가 된다. 그러므로, 출구/입구 수단의 공급챔버와 연통하는 챔버/구획실들과 출구/입구 수단의 배기챔버와 연통하는 챔버/구획실들이 전환수단의 작동에 의해 연속적으로 전환된다면, 배기될 유체와 공급될 유체는 다른 시간에 축열기의 같은 챔버/구획실들을 통해 흐른다. 예를 들면, 연소공기는 연소배기가스가 그곳을 통해 이미 흘러간 축열기를 통해 흐르며, 연소공기는 열교환을 완료하기 위해 연소배기가스의 통과에 의해 가열된 축열기를 통해 흐르며, 연소공기는 열교환을 완료하기 위해 연소배기가스의 통과에 의해 가열된 축열기로부터 열을 취한다. 유체의 흐름의 전환에 관하여, 공급연통호울과 배기연통호울이 같은 챔버/구획실에 존재하지 않고 연통호울들이 차례로 다음의 챔버/구획실과 연속적으로 연통하므로, 배기연통호울이 축열기의 다음 챔버/구획실에 도달할 때에도 즉 공기가 예를 들면 그곳을 통해 흐를 때에도 다음의 공급연통호울과 다른 배기 및 공급연통호울은 여전히 같은 챔버/구획실에 존재하며 이것에 의해 어떠한 전환도 일어나지 않는다. 앞쪽의 배기연통호울의 위치가 다음의 격벽으로 완전히 전환된 후 앞쪽의 배기연통호울이 연통한 챔버/구획실은 비어있고, 다음의 공급연통호울은 그곳과 연통하기 시작한다. 이 단계에서, 공급연통호울은 동시에 두 개의 격벽들, 즉 현재의 챔버/구획실 및 새 챔버/구획실(빈 챔버) 위로 연장하며, 이 연통호울의 위치는 유체를 그들의 양쪽으로 공급하는 동안 이들 두 개의 챔버/구획실로 전환되며, 이것에 의해 유체의 흐름이 중단되지 않는다. 또한, 앞쪽의 배기연통호울이 공급연통호울이 연통하기 시작하는 챔버/구획실의 앞쪽에 있는 챔버/구획실에 위치되므로 방출될 연소배기가스는 같은 구획실에서 공급될 연소공기와 혼합되지 않는다.

축열기에서 분할된 챔버들은 본 명세서에서 분할수단에 의해 실제로 분할된 다수의 챔버들은 물론 축열기 자체를 분할함으로써 얻어진 다수의 챔버들에 대응한다.

부가적으로, 본 발명에 따른 축열형 버너는 N(N=n + 2, 여기서 n은 2와 같거나 또는 그 이상의 양(+)의 정수이며, 유체가 일정하게 흐르는 다수의 챔버에 대응한다)에서 축열기를 그의 원주방향에서 실제로 균일하게 분할하며, 공급챔버가 축열기와 연통하는 각각의 공급연통호울과 배기챔버가 전환수단에서 축열기와 연통하는 각각의 배기연통호울에는 그 사이에 다음의 공식 5에 의해 나타나는 각도 C가 제공된다 :

또한, 본 발명의 축열형 버너에 따라서 축열기는 다수의 유니트 속으로 그의 원주방향으로 실제로 균일하게 간막이 되며, 하나의 유니트는 N(N = n + 2이고, n은 2와 같거나 또는 그 이상의 양(+)의 정수이며, 유체가 일정하게 흐르는 다수의 챔버에 대응한다) 챔버로 이루어지며, 챔버의 총수는 Z(여기서 Z = aㆍN이고, a는 다수의 유니트를 나타내는 0을 제외한 양(+)의 정수이고, 다음 공식 6에서 나타난 각도 C는 배기연통호울과 공급연통호울 사이에서 설정된다 :

이 실시예에서, 유체의 흐름의 전환을 고려하여 배기연통호울과 공급연통호울의 위치들은 전방의 빈 챔버들 각각으로 동시에 전환된다. 배기연통호울과 공급연통호울의 위치들이 전방 챔버/구획실로 완전히 이동되며, 배기연통호울과 공급연통호울이 연통하는 챔버/구획실들은 비어있게 된다. 이 실시예에서 배기연통호울과 공급연통호울이 동시에 다수의 챔버/구획실과 연통하면, 회전방향에서 최후방에 있는 챔버/구획실은 비게 된다. 이 단계에서, 배기연통호울과 공급연통호울의 각각은 현재의 챔버/구획실과 새 챔버/구획실 위로 동시에 연장하고 유체를 이들 구획실들의 양쪽에 공급하는 동안 그의 위치를 전환하며, 이것에 의해 유체의 흐름이 중단되는 것을 방지한다. 더욱이 전방 배기연통호울이 공급연통호울의 위치가 전환되는 구획실의 앞쪽에 있는 구획실내에 위치되므로, 방출될 연소배기가스는 같은 구획실에서 공급될 연소공기와 혼합되지 않는다.

또한 본 발명의 축열형 버너에 따라서 연료노즐로부터 공급된 연료와 축열기로부터 공급된 연소공기는 서로 실제로 평행하게 분사되거나 또는 연료노즐은 전환수단과 함께 회전하여 축열기로부터 분사된 연소공기의 흐름을 향하여 연료를 측면으로부터 일정하게 분사한다.

본 발명에서, 연소배기가스의 온도에 가까운 높은 온도를 갖는 연소공기는 연소공기의 순간적인 감소 또는 중단을 초래하지 않고 로 안으로 직접 연료노즐의 원주로부터 안정되게 공급된다.

연소공기와 연료가 서로 평행하게 분사되는 경우에, 이들은 로 안으로 분사된 직후에 함께 혼합되지 않고 퍼진 다음, 연소노즐과 공기노즐로부터 떨어진 로 내의 모든 곳에서 혼합된다. 그러나, 연소공기가 매우 높은 온도(예를 들면, 대략 1000℃ 또는 그 이상)를 가지므로, 연소공기가 연료와 혼합될 때 안정한 연소가 일어난다. 또한, 축열기의 열이 낮아질 때, 연소공기는 연료의 공급을 전환하지 않고 연소공기의 공급만을 전환함으로써 연소가스를 다 소비한 연소공기 공급수단으로서 축열기를 이용함으로서 공급된다. 그러므로 교대로 하는 연소의 결과와 유사한 결과는 연소공기의 공급을 전환함으로서만 얻어질 수 있다. 더욱이 고온의 공기와 연료는 로 내의 어느 곳에서도 느린 연소를 초래하며, NOx의 발생량은 종래 기술의 축열형 버너와 비교할 때 축열형 버너로서의 특징을 잃지 않고 크게 감소될 수 있다.

더욱이, 연료가 연소공기를 향해 측면에서 일정하게 분사되는 경우에 연료제트는 횡풍제트로 작용하여 일직선으로 분사된 연소공기제트와 합류한다. 이 단계에서, 방향이 서로 반대가 되는 소용돌이 영역인 한 쌍의 순환흐름이 횡풍제트/연료제트에 의해 연소공기제트에서 발생되며, 연료제트는 연소공기의 제트에서 취해진다. 연소공기제트의 고밀도 영역은 두 개의 각각의 소용돌이 영역 내에서 발생되는 다수의 크고 작은 소용돌이에 의해 횡단면에서 볼 때 복잡하게 확산되며, 동시에 제트의 중심부분에서 취해진 연료제트는 퍼지도록 확산된다. 다른 말로 하면, 연소공기제트에서 취해진 후, 연료제트는 점진적으로 전체 제트 내에서 퍼지며, 연소공기제트에서 연소를 수행하기 위해 고온의 연소공기와 혼합된다. 한편, 연소는 NOx를 발생시키기 위해 연소공기와 혼합되는 연료제트의 표면에서 일어나며, NOx는 순환흐름에 의해 연료제트에서 취해져서 급속하게 환원된다. 따라서 연료제트가 고온의 연소공기제트에서 취해져서 연소를 수행하기 위해 연소공기제트 내에서 확산되므로, 발생된 NOx는 연료재트에서 더 이상 취해져서 환원되며, 이것에 의해 NOx가 크게 감소된다.

또한, 본 발명의 축열형 버너에 따라서 서로 독립적이며, 축열기의 각각 간막이 된 챔버와 연통하는 노즐은 로를 향한 축열기의 출구에 제공된다. 이 경우에 연소배기가스와 연소공기가 흐르는 축열기의 구획실이 전환수단의 회전에 의해 전환될 때, 연소공기가 분사되는 노즐은 원주방향으로 계속적으로 이동된다. 그러므로, 연소공기가 각각의 노즐로부터 로 안으로 직접 분사될때, 불꽃의 위치는 비정상불꽃(non-stationary flame)을 형성하기 위해 원주 방향을 따라 로 내에서 회전된다. 또한, 연소공기의 운동량은 노즐에 의해 제어되고, 예정된 형상 및 특성을 갖는 불꽃이 형성될 수 있다. 연소공기는 독립적인 노즐들로부터 각각 로 안으로 직접 분사되며, 연소공기의 위치는 로에서 만들어진 불꽃이 원주방향으로 회전하는 비정항 불꽃의 형성을 가능하게 하기 위해 원주방향으로 연소노즐들의 주위에서 회전하도록 이동한다. 따라서, 매우 높은 온도의 불꽃의 경우에도 버너의 주위에서 가열되어 제공되는 물체, 예를 들면 물-튜브 보일러의 튜브는 과열되는 것이 방지된다. 또한, 로의 안으로 분사된 연소공기의 제트속도(운동량)는 각각의 노즐의 개구의 크기를 변경함으로써 구속 없이 제어될 수 있고, 이것에 의해 불꽃의 형상 및 특성을 변화시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 축열형 버너에 따라서 통로 횡단면이 그의 단부를 향해 좁아지는 버너 스로트는 축열기 및 연료노즐의 전방에 형성되고, 로내의 배기가스를 버너 스로트로 직접 안내하기 위해 버너 스로트를 로와 연통하게 하기 위한 바이패스 호울이 형성되는 버너 타일이 제공된다. 이 경우에 축열기로부터 분사된 연소공기의 분사에너지가 로내의 로온 배기가스의 일부분이 버너 스로틀 안으로 끌어당겨질 연소공기와 함께 수반되는 배기가스 재순환을 불러 일으키기 때문에, NOx의 량은 연소가스의 용량이 증대되는 동안 감소되며, 이것에 의해 연소가스는 로의 내측부분에 도달할 수 있따.

또한, 본 발명의 축열형 버너에 따라서, 축열기의 각각 분할된 챔버와 연통하는 독립된 노즐들은 로에 가까운 축열기의 출구에 제공되며, 단일 버너 스로트는 노즐과 연료노즐의 전방에 형성되고, 로내의 배기가스를 버너 스로트 안으로 직접 안내하기 위해 로를 버너 스로트와 연통시키는 다수의 바이패스 호울이 형성되는 버너 타일이 제공된다. 이 경우에, 연소공기의 제트속도(운동량)는 각각의 노즐의 개구의 크기를 변화시킴으로써 구속 없이 제어될 수 있고, 불꽃의 형상 및 특성이 변화될 수 있다. 예를 들면, 강한 불꽃 또는 약한 불꽃을 얻는 것이 가능하다.

또, 본 발명의 축열형 버너에 따라서, 연소배기가스를 통과시키기 위해 배기챔버와 연통하는 다수의 챔버는 연소공기를 통과시키기 위해 공급챔버와 연통하는 다수의 챔버보다 더 크다. 이 경우에, 배기 속도는 분사직후에 연소공기가 배기 시스템으로 흐르는 것과 같은 짧은 통과의 발생이 중지되도록 연소공기의 제트속도보다 크게 더 낮다.

게다가, 상술한 본 발명의 각각의 특징에 합체된 출구/입구 수단, 전환수단 및 축열기를 구비하는 열교환 시스템은 독립적인 열교환 시스템으로서 사용될 수 있다. 예를 들면 본 발명의 청구범위 제1항 내지 제5항 또는 제12항 내지 제16항에서 한정된 열교환 시스템에서, 시스템의 중심을 관통하는 연료 노즐의 제거와 축열기의 상류측 및 하류측상의 출구/입구 수단과 전환수단의 설비는 하류측상의 전환수단과 상류측상의 전환수단 사이의 축열기에 대하여 유체의 흐름방향을 절환시키는 축열형 열교환 시스템의 구조를 가능하게 하며, 한편 하류측상의 출구/입구 수단과 상류측상의 출구/입구 수단에 연결된 두 가지 형태의 유체의 흐름방향은 고정된다. 이 실예에서, 본 명세서에서 사용된 용어 "두 가지 형태의 유체"는 비교적 한정된 것이며, 상대적인 저온 유체와 고온유체, 예를 들면 연소배기가스와 보통 온도의 연소공기 또는 보통 온도의 공기와 고온가스를 의미한다. 그러므로, 본 발명에 따른 축열형 열교환 시스템에서, 두 가지 형태의 유체가 연소공기(저온유체)와 청구범위 제1항 내지 제16항에서 한정된 축열형 버너의 비교적 고온의 연소가스(고온유체)에 한정되며 배기열 회복시스템 등과 같은 다른 열교환 시스템에 적용될 수 없는 그러한 오해를 초래하지 않도록 청구범위 제1항 내지 제16항에서 한정된 축열형 버너에 합체된 열교환 시스템의 출구/입구 수단의 공급챔버 및 배기챔버는 저온유체 챔버와 고온유체 챔버로서 칭하며, 그의 전환수단의 공급연통호울과 배기연통호울은 비록 이들 부재들이 각각 같은 의미라고 할지라도 편리함을 위해 저온연통호울과 고온연통호울로서 각각 칭한다.

더욱 구체적으로 설명하기 위해, 본 발명에 따른 축열형 열교환 시스템은 : 그의 축방향으로 각각의 챔버를 통해 유체의 통과를 가능하게 하기 위해 그의 원주방향에서 3개 또는 그 이상의 챔버안으로 분할된 축열기 ; 축열기의 양쪽 개방단부에 연결되며 그의 각각은 서로 다른 온도를 갖는 유체를 유동시키기 위한 두 가지 형태의 통로들 중의 하나인 저온유체 시스템에 연결된 저온유체 챔버와 상기 두 형태의 통로들 중의 다른 하나인 고온유체 시스템에 연결된 고온유체 챔버의 안으로 환상격벽에 의해 분할되는 이중-파이프 출구/입구 수단 ; 및 축열기와 각각의 출구/입구 수단을 서로 격리하기 위해 축열기의 전방 또는 후방에 배치된 각각의 출구/입구 수단과 축열기와의 사이에 제공된 전환수단을 구비하며, 상기 전환수단은 축열기가 저온유체 챔버와 연통하는 저온유체 연통호울과 축열기가 고온유체 챔버와 연통하는 고온유체 연통호울이 축열기의 같은 챔버내에서 동시에 존재하는 않는 위치관계로 제공되며, 유체가 흐르지 않는 축열기의 챔버는 고온유체 연통호울과 저온유체 연통호울이 각각 제공된 축열기의 챔버들 중 적어도 하나에 형성되고, 전환수단은 축열기의 전방 또는 후방에 제공된 각각의 출구/입구 수단의 저온유체 챔버와 고온유체 챔버가 축열기의 어느 챔버와 연통하도록 연속적으로 또는 간헐적으로 회전된다. 그러한 배열에서 축열기의 전방 또는 후방에 제공된 각각의 출구/입구 수단의 고온유체 챔버와 저온유체 챔버는 전환수단의 저온유체 연통호울과 고온유체 연통호울을 통해 각각 축열기의 다른 챔버/구획실과 연통하며, 저온유체와 고온유체를 이들 두 형태의 유체를 함께 혼합하지 않고 축열기 안으로 흐르게 한다. 다른 말로 하면, 출구/입구 수단의 저온유체 챔버와 연통하는 챔버/구획실과 그의 고온유체 챔버와 연통하는 챔버/구획실이 전환 수단의 작동에 의해 계속적으로 전환될 때, 고온유체와 저온유체는 다른 시간에 축열기의 같은 챔버/구획실에서 흐르며, 저온유체는 열교환을 수행하기 위해 고온유체의 통과에 의해 가열된 축열기로부터 열을 취한다. 또한, 고온유체와 저온유체의 흐름들이 빈 챔버들을 사용함으로써 전환되므로, 유체의 흐름은 전환중에 감소되거나 또는 중단되는 일이 없다. 따라서, 축열형 열교환 시스템이 버너시스템에서 연소공기 시스템과 연소배기가스 시스템에 연결되는 경우에, 연소배기가스의 온도에 가까운 높은 온도를 가지는 연소공기는 연소공기의 흐름의 순간적인 감소 또는 중단을 초래하지 않고 버너에 안정되게 공급될 수 있으며, 이것에 의해 연료 또는 연소공기의 공급을 절환시키지 않고 연속적인 축열형 연소를 실현할 수 있다.

여기서, 본 발명의 축열형 열교환 시스템에 따라서 축열기의 원주방향에서 실제로 균일하게 분할된 챔버/구획실의 수와 축열기의 전방 또는 후방에 제공된 전환수단의 저온유체 연통호울과 고온유체 연통호울의 배열관계 또는 크기를 고려하여 청구범위 제2항 내지 제5항에서 한정된 축열형 버너에 합체된 축열형 열교환 시스템과 유사한 바와 같이 공식 1 내지 6에 의해 나타난 것들과 동일한 조건들을 만족시키는 것이 바람직하다. 이 경우에 두 가지 형태의 유체의 흐름은 청구범위 제2항 내지 제5항에서 한정된 전환수단의 작동과 유사한 바와 같이, 고온유체와 저온유체가 서로 혼합되지 않고 축열기를 통과하도록 축열기의 다른 챔버/구획실로 확실하게 분배되고 열교환이 높은 효율로 수행되는 그러한 방식으로 전환된다.

또한, 본 발명의 상술한 모든 특징에서의 축열기가 축방향으로 연통하는 다수의 셀 호울(cell hole)을 가지는 벌집모양으로 형성될 수 있다고 할지라도, 본 발명은 이 구조에 제한되지 않으며, 본 발명은 유체가 축방향으로 통과할 수 있도록 직경방향으로 다수의 파이프형의 축열부재를 배치함으로써 얻어진 축열기, 다수의 평판형 또는 주름진 판형의 축열 부재를 방사상으로 배열함으로써 얻어진 축열기, 또는 유체가 축방향으로 통과할 수 있는 케이싱에서 축열부재의 작은 피스 또는 블록을 채우며 a·N 챔버로 독립적으로 분할됨으로써 얻어진 축열기에 의해 구현될 수 있다. 어느 쪽에서도 연소공기와 배기가스는 축열기에서 함께 혼합되지 않는다.

[도면의 간단한 설명]

제1도는 본 발명에 따른 축열형 버너의 기본 구조를 도시하는 사시도.

제2도는 본 발명에 따른 축열형 버너의 일실시예를 도시하는 단면도.

제3도는 배기연통호울와 공급연통호울 사이의 관계를 보여주는 예시도.

제4도는 배기연통호울과 공급연통호울의 다른 실예를 보여주는 예시도.

제5도는 연료가 흐르는 챔버 n의 수와 유니트 a의 수와의 사이의 관계와 함께 챔버 N의 수를 보여주는 챠트도.

제6도는 n=4 및 a = 1이 충족될 때 배기연통호울과 연소배기가스 사이의 관계를 보여주는 도면으로서, (A)는 모든 연통호울들의 레이아웃이며, (B)는 모든 호울들이 한 챔버안에 집중되는 상태의 예시도.

제7도는 전환수단의 다른 실시예를 보여주는 원리도.

제8도는 유니트 a의 수와 유체가 지나가는 챔버 n의 수와의 사이의 관계와 함께 챔버의 배열을 보여주는 챠트도.

제9도는 배기연통호울의 수가 공급연통호울의 수와 다른 경우에 유니트 a의 수와 유체가 흐르는 챔버 n의 수와의 사이의 관계와 함께 챔버의 배열을 보여주는 챠트도.

제10도는 축열기의 다른 실시예를 보여주는 예시도로서, (A)는 판이 방사상으로 배열된 형태를 도시하며, (B)는 파형의 판이 방사상으로 배열된 형태를 도시하며, (C)는 파이프가 다발로 된 형태를 도시하며, (D)는 축열형 재료가 N 챔버로 분할된 케이싱에 채워진 그러한 형태를 도시하는 도면.

제11도는 본 발명에 따른 축열형 버너의 다른 실시예를 도시하는 수직단면도.

제12도는 본 발명에 따른 축열형 버너의 또 다른 실시예를 도시하는 수직단면도.

제13도는 본 발명에 따른 축열형 버너의 또 다른 실시예를 도시하는 수직단면도.

제14도는 제13도에 도시된 실시예에서 사용된 축열형 버너에서 불꽃이 원주방향으로 회전하는 동작 (A) 내지 (C)의 예시도.

제15도는 본 발명이 단일 축열형 열교환 시스템으로서 구현될 때 기본 구조를 설명하기 위한 분해사시도.

제16도는 축열형 열교환 시스템의 특별한 실시예를 도시한 단면도.

제17도는 제15도 및 제16도에 도시된 축열형 열교환 시스템이 채택된 축열형 연소 시스템의 일예를 도시한 도식도.

제18도는 공지기술의 축열형 버너의 원리도.

제19도는 륭스트룀형의 공기 예비가열기의 구조를 도식적으로 도시하는 사시도.

[본 발명을 구현하기 위한 가장 양호한 형태]

본 발명의 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 아래에서 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 따른 축열형 버너의 일 실시예를 도시하는 원리도이다. 이 축열형 버너는 연소를 수행하기 위해 종래의 확산연소를 위해 사용된 연소공기의 온도, 즉 대략 300℃ 내지 400℃ 보다 더 높은 온도(예를 들면, 800℃ 또는 그 이상, 특히 양호하게는 대략 1000℃ 내지 1100℃ 이상의 온도를 가지는 고온공기)를 가지는 연소공기 A와 연료 F를 로(35) 안으로 각각 분사하도록 설계된다. 특히, 본 실시예의 축열형 버너는 고온 연소공기 A가 서로 평행하게 연료 F의 주위로부터 분사되도록 연료 F를 로(35) 안으로 분사하기 위한 연료노즐(31)이 축열기(1)의 중심을 관통하는 구조를 가진다. 여기서, 연소공기 A의 온도는 축열기(1)의 연소가스가 배기되는 부분을 통과할 때 증대된다. 또한, 축열기(1)를 통해 로(35) 안으로 분사된 연소공기 A의 양은 실제로 충분하며, 어떤 경우에는 연소공기 A의 일부분 (보통 몇%)은 연료노즐(31)의 냉각공기로서 보통의 온도에서 로(35)의 안으로 그 주위에서 제공된 축열기(1)와 연료노즐(31) 사이의 갭(24)으로부터 분사될 수 있다. 그러나, 충분한 양의 연소공기가 축열기(1)를 통과함으로써 가열되고, 그 후 로(35) 안으로 분사된다고 말할 수 있다.

이 실예에서, 연소공기 A와 연소배기가스 E를 축열기(1)를 통과시킴으로써 연소공기 A를 공급하고 연소배기가스 E를 배기하기 위한 축열형 열교환 시스템은 기본적으로 : 유체가 축방향에서 각각의 챔버를 통과할 수 있도록 원주방향에서 3개 또는 그 이상의 챔버로 분할되는 축열기(1) ; 연소공기 공급시스템(33)에 연결된 공급챔버 (6a)와 연소가스 배기 시스템(34)에 연결된 배기챔버(6b)를 가지는 출구/입구수단(6) ; 및 축열기(1)와 출구/입구수단(6)을 서로 격리시키기 위해 출구/입구수단(6)과 축열기(1) 사이에 제공되며, 연속한 또는 간헐적인 회전에 의해 축열기(1)의 N 분할챔버들중 어느 하나와 출구/입구수단(6)의 배기챔버(6b)와 공급챔버(6a)의 연통을 가능하게 하는 전환수단(3)으로 이루어진다. 축열기(1)는 축열기(1)의 상류측 상에 제공된 적어도 3개의 챔버들 또는 분할부재(2) 등으로 실제로 동일하게 분할된다. 이 실예에서, 축열기(1)는 원주방향으로 동일하게 분할되는 것이 바람직하다. 그러한 경우에, 연소공기가 흐르는 축열기(1)의 구획실/챔버가 전환될 때에도, 연소공기의 제트속도 및 제트량은 안정된 연소를 형성하는데 중요한 요인이 된다. 축열기의 구획실/챔버들의 크기는 서로 엄격하게 같을 필요는 없으며 연소성능이 영향을 받지 않는 한 불균일성이 허용될 수 있다.

비록 축열기(1)가 어떤 형상 또는 재료에 제한되지 않는다고 할지라도, 연소공기와 같은 대략 20℃의 온도를 갖는 저온유체와 연소배기가스와 같은 약 1000℃의 온도를 갖는 고온유체 사이에서 수행된 열교환을 위해 코디라이트(cordierite) 또는 물라이트(mullite)와 같은 압출성형 세라믹에 의해 제조된 벌집형 축열기를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 벌집형 축열기(1)는 세라믹 이외에도 예를 들면 열저항 스틸과 같은 금속으로도 제조할 수 있다. 또, 약 500℃ 내지 600℃의 중간 또는 높은 온도의 경우에는 세라믹보다 비교적 더 싼 알루미늄, 철 또는 구리와 같은 금속을 사용하는 것이 바람직하다. 벌집형상이란 육각형 셀(호울)을 가지는 형상을 의미하지만 그밖에도 다수의 사각형 또는 삼각형 셀을 포함할 수 있음은 물론이다. 또 벌집형상의 축열기(1)는 상술한 일체형의 주형 대신에 개체를 다발로 묶어서 형성할 수도 있다. 이 실예에서, 축열기(1)는 축열기(1)의 전방에 제공된 분할수단(2)에 의해 원주방향으로 Z(a·N) 챔버로 분할된다. 예를 들면, 제1도에 도시된 실시예의 경우에, 축열기(1)의 내측은 격실(8)에 의해 3개의 챔버(9a, 9b, 9c), 즉 제3도에 도시된 바와 같이 연료가 흐르지 않는 빈 챔버(10), 연소배기가스가 흐르는 챔버(11) 및 연소공기가 흐르는 챔버(12)로 분할수단(2)에 의해 분할된다. 즉, 축열기(1) 자체가 독립적인 통로들을 형성하는 한 세트의 셀에 의해 구성된 벌집형상을 가지므로, 분할수단(2)에 의해 분할된 각각의 영역은 하나의 구획실을 형성한다. 만일 분할수단(2)이 제공된다면, 연통호울(4, 5)을 통해 흐르는 유입유체는 축열기(1)의 전체영역에 걸쳐 균일하게 전환되도록 확산될 수 있다. 또, 축열기(1)의 형상은 도시된 벌집형상에 한정되지 않으며, 제10a도 및 제10b도에 도시된 바와 같이 평판형상 또는 파형판 형상의 축열부재(27)는 원통형 케이싱(28) 내에 방사상으로 배열될 수 있거나, 또는 제10c도에 도시된 바와 같이 파이프형 축열 부재(27)는 유체가 축방향으로 흐르도록 원통형 케이싱(28)에 채워질 수 있다. 또한 단일 축열기(1)가 본 실시예에서 분할수단(2)에 의해 Z 챔버로 실제로 분할된다고 할지라도, 본 발명은 이 구조에 제한되지 않고 축열기(1) 자체는 a·N으로 분할될 수 있다. 예를 들면, 제10d도에 도시된 바와 같이, 축열기(1)는 격벽(29)에 의해 원주방향으로 a·N 챔버로 분할될 수 있고, 유체가 축방향으로 지나갈 수 있는 원통형 케이싱(28)이 마련될 수 있으며, 예를 들면, 둥근형, 짧은 파이프형, 짧은 로드형, 얇은 피스형, 누지트(nugget)형, 또는 그물형의 축열부재(27)가 한 묶음씩 각각의 챔버에 채워질 수 있다. 코디라이트(cordierite) 또는 물라이트(mullite)와 비교할 때 매우 높은 온도에서 사용될 수 있는 SiN과 같은 축열부재(27)가 적용되는 경우에, 복잡한 벌집형상을 얻기 위해 성형을 수행하기가 어렵지만, 이 축열부재는 단순한 파이프형상, 로드형상 또는 볼형상으로 쉽게 성형될 수 있다. 그러므로, 제10c도 및 제10d도에 도시된 바와 같은 축열기의 구조를 채택하는 것이 바람직하다.

이 실시예에서, 축열기(1)의 분할된 챔버의 수를 고려하여 연소공기가 흐르는 챔버(12)(이하 공급챔버로서 언급됨)와 연소배기가스가 흐르는 챔버(11)(이하 배기챔버로서 언급됨)는 하나의 쌍을 형성하며, 하나의 빈 챔버(10)(유체가 흐르지 않는 챔버)는 적어도 하나의 쌍과 결합된다. n = 2가 충족된다고 가정하면, N = n + 1이므로, 3개가 챔버의 최소의 수로 된다. 배기 챔버(11)와 공급챔버(12)의 쌍에서 제6도는 배기챔버(11_-1, 11_-2)와 공급챔버(12_-1, 12_-2)에 의해 얻어진 두 쌍이 결합되는 실예를 도시한다. 이 방식에 의해 어떤 수의 쌍이든지 만들어질 수 있다. 또한, N 챔버가 하나의 유니트를 형성한다고 가정하면, 다수의 유니트들이 구성될 수 있다. 즉, 챔버 Z의 총수는 공식 Z = a·N (여기서 a는 0을 제외한 유니트들의 수를 나타내는 양(+)의 정수이다)으로 나타낸다. 이 경우에, 각각의 연통호울(4, 5)의 위치는 빈 챔버가 두 개의 인접한 유니트들 사이에 제공되도록 결정된다. N 챔버가 이 방식에서 하나의 유니트를 형성할 때, Z 챔버의 총 수에 의해 구성된 다수의 유니트가 축열기(1)에서 형성될 수 있다. 그러한 관계는 제5도에서 예시되어 있다. 배기연통호울(4)과 공급연통호울(5)의 사이 또는 이들 호울(4, 5)들의 치수들 사이의 위치관계는 편리함을 위해 제5도에서 정확히 도시되어 있지 않다.

출구/입구 수단(6)은 환상의 격벽, 예를 들면 원통형 격벽(7)에 의해 연소공기공급시스템(33)에 연결된 공급챔버(6a)와 배기 시스템(33)에 연결된 배기챔버(6b)로 분할된다. 이 실시예에서, 공급챔버(6a)는 격벽(7)의 내측에 형성되고 배기챔버(6b)는 격벽(7)의 외측에 형성된다. 전환수단(3)은 출구/입구 수단(6)과 구동수단(2) 사이에서 독립적으로 회전한다. 예를 들면, 제2도에 도시된 바와 같이, 출구/입구 수단(6)은 전환수단(3)을 회전 가능하게 지지하기 위해 그 외측원통부(13a)와 전환수단(3)의 지지링(23) 사이에 제공된 베어링부재(15)를 가진다. 유체의 누설을 방지하도록 출구/입구수단(6)과 전환수단(3) 사이에 밀폐수단(16, 17)이 제공된다.

입구/출구 수단(6)의 공급챔버(6a)와 배기챔버(6b)가 축열기의 대응하는 챔버/구획실(12, 11)에만 연통하는 전환수단(3)은 통로에 직교하는 디스크로 이루어지며, 축열기(1)의 한 구획실이 공급챔버(6a)와 연통하는 a·n/2와 그의 한 구획실이 배기챔버(6b)와 연통하는 a·n/2를 가진다. 예를 들면 제1도에서 n이 2이고, a가 1 이므로, 하나의 공급연통호울(5)과 하나의 배기연통호울(4)이 형성된다. 또한, 배기연통호울(4)과 공급연통호울(5)은 다음의 조건들을 충족시켜야 한다 : ① 공급연통호울(5)과 배기연통호울(4)은 같은 챔버/구획실에서 동시에 존재하지 않는다 ; ②연통호울들은 그들의 위치를 빈 챔버(10)에 인접한 챔버/구획실에 위치한 주 연통호울로부터 시작하여, 주 챔버/구획실을 향해 계속해서 변화시킨다 ; ③ 공급연통호울(5)과 배기연통호울(4)은 n 연통호울들이 방사방향으로 서로 겹쳐지지 않도록 제공될 때 모든 연통호울들이 하나의 챔버내에 집중될 수 있는 치수를 가져야 한다. 즉 배기챔버(6b)가 축열기(1)의 배기챔버(11)와 연통하는 n/2 배기연통호울(4)과 공급챔버(6a)가 축열기(1)의 공급챔버(12)와 연통하는 n/2 공급연통호울(5)은 선택적으로 제공되며, 배기연통호울(4)과 공급연통호울(5)에는 그 사이에 다음의 공식 1로 나타낸 각도 α가 제공되어야 한다 :

β₁은 전환부분의 회전중심 0으로부터 고온유체용 연통호울에 의해 외접되는 중심각도를 나타내며, β₂는 전환부분의 회전중심 0으로부터 저온유체용 연통호울에 의해 외접되는 중심각도를 나타낸다. 또한, 공급연통호울(5)과 배기연통호울(4)의 치수들은 다음의 공식 2의 관계를 충족시켜야 한다 :

여기서, α = 360°/n이 충족되는 조건하에 각도 α를 설정하는 것이 바람직하다. 이와 같이 설정하면 각각의 배기연통호울(4)과 각각의 공급연통호울(5)은 같은 간격으로 제공되며, 이것에 의해 각각의 연통호울의 위치와 보오링 공정의 설계를 용이하게 한다.

또한, 다수의 유니트가 제공되는 경우에, 항상 유체가 흐르지 않는 빈 챔버(10)가 각각의 유니트들 사이에 형성되며, 챔버의 총 수는 Z 이고, 각각의 배기연통호울(4)과 각각의 공급연통호울(5)에는 그 사이에 다음의 공식 3으로 나타낸 관계를 가지는 각도 α가 제공된다 :

또한, 배기연통호울(4)과 공급연통호울(5)의 치수는 다음 공식 4로 나타낸 관계를 충족시켜야 한다 :

예를 들면, n = 4 및 a = 1이라면, 두 개의 배기연통호울(4_-1, 4_-2)과 두개의 공급연통호울(5_-1, 5_-2)이 제6a도에 도시된 바와 같이 선택적으로 제공된다. 또한, 연통호울을 갖지 않는 빈 챔버(10)는 회전방향으로 제일전방에 배치된 배기연통호울(4_-1)과 공급연통호울(5_-2)과의 사이에 형성된다. 이 경우에, 제6b도에 도시된 바와 같이, 모든 연통호울들, 즉 배기연통호울(4_-1, 4_-2)과 공급연통호울(5_-1, 5_-2)이 하나의 챔버에 집중된다고 가정하면, 모든 호울들은 방사방향으로 겹쳐지지 않고 하나의 챔버에 수용될 수 있다. 이 실예에서, 배기연통호울(4_-1, 4_-2)과 공급연통호울(5_-1, 5_-2)이 실제로 같은 형상 및 치수를 갖는다고 할지라도, 본 발명은 이 구조에 제한되지는 않으며, 공급연통호울의 크기 또는 형상은 배기연통호울의 것과 다를 수도 있거나, 또는 모든 연통호울들이 필요에 따라 다른 크기 또는 형상을 가질 수도 있다.

또, 본 발명의 경우 배기연통호울(4, 4_-1, 4_-2, . . . . , 4_-n)과 공급연통호울(5, 5_-1, 5_-2, . . . . , 5_-n)은 제3도에 도시된 원형형상에 한정되지 않고, 삼각형상, 장사방형상, 타원형상 또는 직사각형상은 물론 제4도에 도시된 비대칭형상을 가질 수도 있다. 일반적으로, 배기연통호울과 공급연통호울의 개구 영역들은 연소공기의 량이 실제로 연소배기가스의 량과 균형을 이루는 방식으로 설정된다. 그러나, 하나의 연통호울의 개구영역은 상황에 따라 다른 연통호울의 개구영역보다 더 크게 설정될 수 있다. 예를 들면, 연소공기의 체적보다 더 커진 체적의 연소배기가스가 통과하는 배기챔버의 개수를 연소공기가 통과하는 공급챔버의 개수보다 많게 설정할 때, 배기 속도는 연소공기의 제트 속도와 비교하여 크게 감소될 수 있고, 분사직후에 연소공기가 배기 시스템으로 흐르는 형태의 단축통과 발생을 억제할 수 있다. 또, 배기연통호울(4)의 크기가 공급연통호울(5)의 크기와 실제로 같은 경우에, 연소에 의해 팽창된 연소가스가 축열기(1)를 통과하지 않고 로의 외측으로 배출되어 다른 열처리 설비, 대류형 축열기, 절약장치, 또는 열 공급원으로서 이용될 가열설비로 공급되는 것이 바람직하다. 상술한 공식 1 내지 4에 의해 나타낸 관계들은 연통호울들이 원형형상 외의 다른 형상을 갖는다고 할지라도 얻어질 수 있다는 점이 중요하다. β₁은 전환수단(3)의 회전중심(0)으로부터 배기연통호울(4)에 의해 외접된 중심각도이며, β₂는 전환수단(3)의 회전중심으로부터 입구연통호울(5)에 의해 외접된 중심각도를 나타낸다.

또, 예를 들면 원주방향으로 서로 인접하게 배치된 배기연통호울(4_-1)과 공급연통호울(5_-1) 사이에 제공된 각도 α는 이들 호울들이 축열기(1)의 같은 챔버/구획실과 동시에 연통하지 않는 방식으로 결정된다. 그러므로 주 연통호울(4_-1)이 기준이 되면 주 배기연통호울(4_-1)이 격벽(8)에 접근할 때, 인접한 챔버의 공급연통호울(5_-1)은 적어도 배기연통호울(4_-1) 길이만큼 격벽(8)으로부터 떨어진 위치에 배치되고, 공급연통호울(5_-1)에 인접한 챔버의 배기연통호울(4_-2)은 적어도 배기연통호울(4_-1)의 길이와 공급연통호울(5_-1)의 길이만큼 같은 챔버의 격벽(8)으로부터 떨어진 위치에 배치된다. 또한, 제4챔버의 공급연통호울(5_-2)은 3개의 연통호울들, 즉 배기연통호울(4_-1), 공급연통호울(5_-1) 및 배기연통호울(4_-2)의 길이만큼 같은 챔버의 격벽(8)으로부터 떨어진 위치에 배치된다. 다른 말로 하면 제6a도에 도시된 바와 같이, 주 배기연통호울(4_-1)이 다음의 빈 챔버(10)의 내측으로 접근할 때, 공급연통호울(5_-1)은 챔버(11_-1)와 챔버(12_-1)(다음의 챔버) 사이의 격벽(8)에 아직 도달하지 않고, 배기연통호울(4_-1)만 전방의 빈 챔버(10)위로 연장하도록 두 챔버들과 동시에 연통한다. 또한, 주 배기연통호울(4_-1)의 위치가 빈 챔버(10)인 전방 챔버로 완전히 변경되었을 때, 주 배기연통호울(4_-1)이 존재했던 챔버(11_-1)는 비워지게 된다. 챔버(11_-1)의 다음에 오는 인접한 챔버(12_-2)에서의 공급연통호울(5_-1)이 이때 챔버(11_-1)에 도달하며, 제2공급연통호울(5_-1)만 그 위치를 챔버(11_-1)로 변경하며, 이 챔버(11_-1)는 두 챔버(11_-1, 11_-2) 위로 연장하도록 현재 비어있다. 이렇게 하여, 제3배기연통호울(4_-2)과 제4공급연통호울(5_-2)은 그 전방을 따라 각각의 챔버로 계속적으로 이동되며, 이것에 의해 유체의 흐름을 절환시킨다. 즉, 배기연통호울(4_-1, 4_-2)과 공급연통호울(5_-1, 5_-2)은 빈 챔버(10)가 전환수단(3)의 방향에 반대되는 방향으로 상대적으로 회전하는 방식으로 배기공기와 유입공기가 전환되는 위치관계로 제공된다.

전환수단(3)은 이 실시예에서 출구/입구 수단(6)과 베어링수단(15)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 부가적으로, 전환수단(3)은 구동기구에 의해 연속적으로 또는 간헐적으로 회전할 수 있도록 제공된다. 구동기구가 어떤 형태에 한정되지는 않는다고 할지라도, 예를 들면 본 실시예에서 모터를 구동하기 위해 기어(22)가 디스크형 전환수단(3)의 주위가장자리에 형성될 수 있고 기어(22)에 결합된 구동기어(20)를 갖는 모터(21)가 전환수단의 주위에 제공될 수 있다. 물론, 전환수단은 이 구조에 한정되지 않고 전환수단(3)의 주위 가장자리에 대해 프레스 된 마찰 휠에 의해 회전될 수 있다. 밀폐부재(18, 19)가 전환수단(3)과 축열기(1) 및 분할수단(2)을 수용하는 케이싱(13b)과의 사이 및 전환수단(3)과 분할수단(2)과의 사이에 밀폐를 위해 제공된다는 점이 중요하다. 이 실시예에서 전환수단(3)이 연소공기의 흐름으로부터 볼 때 축열기(1)의 상류측에 그리고 연소배기가스의 흐름으로부터 볼 때 축열기(1)의 하류측상에 제공되므로, 전환수단(3)은 아직 가열되지 않거나 또는 냉각된 유체에 노출되며, 밀폐기구는 지금부터 가열되지 않고, 이것에 의해 긴 내구수명을 실현할 수 있다.

부수적으로, 비록 도시되지는 않았지만, 배기 시스템(34)과 공급시스템(33)은 강제통풍팬과 유도통풍팬에 연결된다. 부가적으로 작동을 개시하기 위한 점화버너(37)가 필요하다면 제공될 수 있다.

연료노즐(31)은 축열기(1)를 통해 로(35)에 직접 노출되거나 또는 로(35) 안으로 돌출하도록 배치된다. 작은 갭(24)은 연료노즐(35)과 축열기(1) 사이에 형성되며, 연소공기의 일부분은 냉각유체로서 갭(24)을 통해 흐른다. 냉각공기는 상황에 따라 흐르지 않는 것은 말할 필요도 없다. 특히, 노즐(31)은 출구/입구 수단(6)의 중심, 전환수단(3)의 중심, 분할수단(2)의 중심 및 축열기(1)의 중심을 관통하도록 제공되어, 그 연료분사개구(26)가 로(35) 또는 버너 스로트(30)의 내측을 돌출하고 노즐(31)은 케이싱(13a) 등에 의해서 지지된다. 이 실예에서, 분사개구는 축방향에서 노즐(31)의 선단의 중심에 제공된다.

또한 축열기(1)와 연료노즐(31)의 전방에는 그 선단을 향하여 통로 횡단면이 좁아지는 버너타일(32)이 배열되고, 연소배기가스를 연소를 위해 통과시키는 다수의 바이패스 호울(25)이 그 주위에 형성된다. 버너타일(32)은 반드시 제공되는 것은 아니지만, 축열기(1)로부터 분사된 연소공기(A)는 버너타일(32)의 설비에 의해 확산하는 것이 방지될 수 있고, 연소배기가스는 연료제트의 주위에서 배기가스 재순환을 일으키기 위해 연소공기의 분사에너지에 의해 바이패스호울(25)로부터 유인될 수 있고, 이것에 의해 NOx가 연료제트에서 발생된 탄화수소기에 의해 감소될 수 있다. 더욱이, 바이패스호울(25)을 통해 버너 스로트(30)에서 유인된 연소배기가스의 일부분은 연소가스의 체적을 증가시키도록 연소공기에 의해 동반된다. 그러므로, 연소가스는 큰 힘으로 먼위치까지 도달할 수 있다.

상술한 배열을 갖는 축열형 버너에 따라서, NOx가 감소된 연소가 다음의 방식으로 유인될 수 있다.

이하 제1도 및 제3도를 참조하여 연료가 공기와 배기 사이에서 변환하여 흐르는 과정에 대하여 상세히 설명한다. 연소공기(A)가 출구/입구 수단(6)의 공급챔버(6a)로 먼저 안내될 때, 연소공기(A)는 공급연통호울(5)을 통해 분할수단(2)의 제2챔버(9b)로 흐르며 축열기(1)의 대응 챔버/구획실(12)로 들어간다. 여기서, 축열기(1)의 구획실/챔버가 전환하기 전 그곳을 통과한 고온 가스/연소 배기가스(E)에 의해 가열되므로, 그곳을 통과하는 연소공기(A)는 축열기(1)로부터 열을 취하여 그 온도를 증가시킨다. 즉 연소공기(A)는 축열기(1)를 가열한 연소가스의 온도에 근접하게 된다. 약 1000℃의 온도를 갖는 연소공기(A)는 축열기(1)의 중심에 제공된 연료노즐(31)의 원주부분으로부터 로(35)로 직접 연료(F)와 평행하게 분사된다. 한편, 로(35)에서의 연소배기가스(F)는 배기 시스템(34)의 유도통풍팬의 작동에 의해 배기연통호울(4)을 통해 출구/입구 수단(6)의 배기챔버(6b)와 연통하는 축열기(1)의 대응 구획실(11)로 안내된다. 축열기(1)의 구획실(11)을 가열함으로써 온도가 감소되는 연소배기가스는 분할수단(2)의 제1챔버(9a)로 공급되며, 연소배기호울(4)을 통해 배기챔버(6b)의 안으로 배기된다.

따라서, 배기연소호울(4)은 먼저 전환수단(3)이 제1도에 도시된 위치로부터 연속적으로 또는 간헐적으로 반시계방향으로 회전될 때 호울(4)의 좌측면상에 위치한 분할수단의 제3챔버(9c)에 도달하며, 이것에 의해 제1챔버(9a)와 제3챔버(9c)가 동시에 배기챔버(6b)와 연통한다. 연소배기가스(E)는 제1구획실과 제3구획실(제3도에서 참조부호 10으로 표시된 부분)을 통과하며, 배기연통호울(4)을 통해 양 챔버(9a, 9c)에 연결된 배기챔버(6b)로 공급될 분할수단(2)의 제1챔버(9a) 및 제3챔버(9c)로 흐른다. 연소배기가스(E)는 그 다음에 배기된다. 그후, 배기연통호울(4)의 위치가 제3챔버(9c)(제3도에서 참조번호 10으로 나타낸 빈 챔버였던 부분)로 완전히 변했을 때, 제2챔버(9b)에 배치된 공급연통호울(5)은 제1챔버(9a)(제3도에서 참조부호 11로 표시된 챔버)로 변하고, 제2챔버(9b)(제3도에서 참조부호 12로 표시된 챔버)에 의해 분할된 영역은 비게 된다. 다른 말로 하면, 연소배기가스(E)는 어떠한 유체 흐름도 없는 빈 챔버(10)로 흐르며, 반면 연소공기(A)는 연소가스(E)가 공급된 챔버(11)로 흐르고 어떠한 흐름도 연소공기(A)가 안내된 챔버(12)로 흐르지 않는다. 그러므로, 축열기(1)는 연소배기가스(E)의 가열에 의해 가열되며, 가열된 축열기(1)를 통과하는 연소공기(A)는 축열기(1)의 가열에 의해 가열된다. 이 단계에서, 한 연통호울이 두 개의 챔버위를 연장할 때에도 빈 챔버(10)를 사용함으로써 각각의 챔버와의 연통이 얻어지는 동안 유체의 흐름이 전환되므로, 유체의 흐름은 중지되지 않는다. 또한, 연소배기가스(E)의 흐름은 전환동작을 방해하지 않고 연소공기(A)의 흐름으로 또는 그 반대로 연속적으로 변경된다. 따라서, 연소공기(A)는 그 온도가 배기가스의 온도, 예를 들면 1000℃에 가까운 고온공기로서 가열된 축열기(1)를 통해 로(35)안으로 공급된다.

연료노즐(31)로부터 분사된 연료(F)와 연소공기의 실제로 충분한 량에 대응하는 고온 연소공기(A)는 로(35)로 각각 분사되고 로(35)에서 퍼지는 동안 연소에 노출된다. 연소공기(A)와 연료(F)가 신속하게 그들의 제트속도를 감소시키고 이 단계에서 함께 혼합되어 퍼지므로, 연소가 어려운 조건들이 형성된다. 즉, 느린 연소가 수행된다. 느린 연소의 경우에 NOx 의 발생이 감소된다. 느린 연소에 의해 발생된 연소가스는 상술한 바와 같이 로(35)에서의 열 이용에 노출되며 그 후 축열기(1)의 일부분인 영역을 통해 로의 외측으로 배기된다. 여기서, 축열기(1)의 전환 사이클을 고려하여, 열효율을 개선하기 위해 비교적 짧은 시간 내에 전환을 수행하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 전환수단(3)은 매번 10 내지 90초마다, 양호하게는 적어도 10초의 경과시 마다 한 챔버/구획실의 길이만큼 회전될 수 있다.

제7도 내지 제9도는 전환수단(3)의 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예의 전환수단(3)은 N 챔버로 분할된 축열기(1)의 각각의 챔버의 전체영역에 걸쳐 각각의 호울이 연장하는 크기를 가지는 배기연통호울(4)과 공급연통호울(5)을 가지며, 연통호울(4, 5)들은 연소배기가스(E)가 흐르는 챔버와 연소공기(A)가 흐르는 챔버와의 사이에 적어도 하나의 빈 챔버가 제공될 수 있는 관계로 배열된다. 즉, 축열기(1)는 분할수단(2)에 의해 분할됨으로써 또는 전술한 실시예와 유사한 바와 같이 축열기 자체를 분할함으로써 그 원주방향으로 N (N = n + 2, 여기서 n은 2와 같거나 또는 그 이상의 양의 정수이고 유체가 일정하게 흐르는 챔버의 수에 대응한다) 챔버로 실제로 균일하게 분할되어, 유체가 각각의 챔버를 통해 축방향으로 흐른다. 이 실시예에서, 축열기(1)에서 분할된 챔버의 수를 고려하여, 연소공기가 흐르는 공급챔버(12)와 연소배기가스가 흐르는 배기챔버(11)가 하나의 쌍을 형성한다고 가정할 때, 두개의 빈 챔버(어떠한 유체도 흐르지 않는 챔버)는 적어도 한 쌍에 결합되고, 이것에 의해 챔버/구획실의 최소의 수는 4이다. 배기챔버(11)의 수는 공급챔버(12)의 수와 반드시 같을 필요는 없다. 제9도에 도시된 바와 같이, 배기챔버(11)의 수는 상황에 따라서 공급챔버(12)의 수보다 작거나 또는 클 수 있다. 그러한 경우에, 배기 용량의 비율이 공기용량의 비율과 다르다면, 사용될 축열기의 가열면의 영역은 각각의 비율에 따라 변화될 수 있고, 적절한 열평형이 편리하게 유지될 수가 있다. 배기챔버(11)의 수가 공급챔버(12)의 수보다 더 클 때, 연소배기가스를 배기하기 위한 속도가 연소공기를 분사하기 위한 속도보다 크게 느릴 수 있으므로, 분사직후에 연소공기가 배기되는 짧은 통과가 일어나는 것이 방지될 수 있다. 또한, 흐름은 하나의 연통호울에 의해 동시에 다수의 챔버/구획실을 통해 흐를 수 있다. 예를들면, 제7도 또는 제8도에 도시된 바와 같이, 2 내지 3 또는 그 이상의 챔버/구획실이 하나의 연통호울에 동시에 연결될 수 있다. 이 경우에, 변경을 하기 위해 요구된 빈 챔버의 크기는 전환시간을 단축하기 위해 작아진다. 또한, N 챔버가 하나의 유니트를 형성한다고 가정하면, 다수의 유니트가 형성될 수 있다. 즉, 챔버의 총 수, 즉 Z는 공식 Z = a·N으로 나타낼 수 있다(여기서 a는 0을 제외한 유니트의 수를 나타내는 양의 정수이다). 이 경우에, 연통호울(4, 5)의 각각의 위치는 각각의 배기챔버(11)와 각각의 공급챔버(12)가 그 사이에서 하나의 빈 챔버(10)에 교대로 배열되는 방식으로 결정된다. 제8도 및 제9도는 이 위치관계를 도시한다. 연료노즐(31)은 간편함을 위해 제8도 및 제9도는 도시하지 않았다.

전환수단(3)은 유니트 a의 수에 따라서 축열기(1)의 하나 내지 둘 또는 그 이상의 챔버/구획실(12, 12_-1, 12_-2, . . . . , 12_-n)이 공급챔버(6a)와 연통하는 공급연통호울(5)과 하나 내지 둘 또는 그 이상의 챔버/구획실(11, 11_-1, 11_-2, . . . . , 11_-n)이 배기챔버(6b)와 연통하는 배기연통호울(4)을 가진다. 예를 들면, 유니트 a의 수가 제7도에 도시된 것이므로, 전환수단(3)은 하나의 공급연통호울(5)과 하나의 배기연통 호울(4)을 가진다. 부가적으로 적어도 하나의 빈 챔버(10)가 배기연통호울(4)과 공급연통호울(5) 사이에 제공될 수 있는 것과 같은 위치관계를 충족시키는 것이 필요하다. 즉, 하나의 유니트의 경우에, 공급연통호울(5)과 배기연통호울(4)은 그 사이에서 다음의 공식 5로 나타낸 각도 C를 이루며 배열된다 :

여기서, 각도 C는 빈 챔버의 각도, 즉 (360°/(n + 2))의 각도보다 약간 더 크도록 설정되는 것이 바람직하다. 이 경우에, 유입공기와 배기의 혼합이 완전히 방지될 수 있고 압력손실이 최소레벨로 억제될 수 있다. 또한, 다수의 유니트가 제공될 때, 다음의 공식 C로 나타낸 각도 C는 배기연소호울(4)과 공급연소호울(5)이 유니트의 수에 따라서 교대로 배열되도록 각각의 배기연통호울(4)과 각각의 공급연통호울(5)의 사이에서 설정된다 :

유체의 흐름은 배기연통호울(4)과 공급연통호울(5)이 각각 인접한 빈 챔버(10)로 그들의 위치를 변경할 때 상술한 배열을 가지는 전환수단에 의해 전환된다. 배기연통호울(4)과 공급연통호울(5)이 각각 그 전방에서, 빈 챔버였던 챔버/구획실로 완전히 이동될 때, 배기연통호울(4)과 공급연통호울(5)이 연통하는 챔버/구획실이 비게된다. 예를 들면, 제7도에 도시된 한 유니트 및 8개의 챔버의 경우에, 회전방향으로 최후방에 있는 챔버/구획실(11_-3, 12_-3)은 비게된다. 이 단계에서, 비록 배기연통호울(4)과 공급연통호울(5)이 새로운 두 개의 챔버/구획실(10)은 물론 현재의 챔버/구획실(11_-1, 11_-2, 11_-3)과 현재의 챔버/구획실(12_-1, 12_-2, 12_-3) 위를 동시에 연장한다고 할지라도, 유체를 다수의 구획실로 공급하는 동안 이들 호울들의 위치가 변하고 이들이 빈 챔버(10)를 사용하기 때문에, 유체의 흐름은 방해받지 않는다. 또한, 배기연통호울(4)이 공급연통호울(5)이 도달한 구획실보다 앞에 배치되는 구획실을 사용하므로, 방출될 연소배기가스는 같은 구획실에서 공급될 연소공기와 혼합되지 않는다.

또, 제11도에 도시된 바와 같이, 전환수단(3)과 연료노즐(31)은 이들이 일체로 회전할 수 있도록 하나의 본체로 결합될 수 있는 한편, 연료노즐(31)의 연료분사개구(26)는 전환수단(3)과 연료노즐(31)이 연료(F)를 공기(A)의 흐름 속으로 일정하게 분사하도록 동시에 회전하기 위해 전환수단(3)의 공급연통호울(5)의 방사방향을 향하도록 제공될 수 있다. 이 경우에, 연료제트는 역풍제트로서 똑바로 향하는 연소공기 제트와 결합된다. 이 단계에서, 서로 대향한 소용돌이 영역인 한 쌍의 순환유체가 역풍제트/연료제트에 의해 연소공기제트에서 발생되며, 연료제트는 연소공기의 제트의 내측으로 취해진다. 연소공기제트의 고밀도 영역은 그후 각각의 소용돌이 영역의 내측에서 발생된 한 쌍의 크고 작은 소용돌이에 의해 횡단면에서 복잡하게 확산되며, 동시에 제트의 중심부분에서 취해진 연료제트는 분산 및 확산된다. 즉, 연료제트가 연소공기 제트안으로 취해진 후, 제트내에서 점진적으로 퍼져서 고온 연소공기와 혼합되며, 그 결과 연소공기 제트에서의 연소를 초래한다. 한편 NOx를 발생시키기 위해 연소공기와 혼합될 연료제트의 표면상에서 연소가 일어나지만, NOx는 급속히 감소될 순환유체에 의해 연료제트안으로 취해진다.

제12도는 본 발명에 따른 다른 실시예를 도시한다. 본 실시예의 축열형 버너에 따라서 그의 수가 축열기(1)의 분할된 챔버 N의 수와 같은 독립적인 노즐(38)이 제2도에 도시된 버너의 축열기(1)의 출구측(로(35)에 더욱 가까운 측면)상에 제공된다. 이들 노즐(38)들은 버너 타일(32)내에서 각각 버너 스로트(30)를 향해 개방된다. 이 실시예에서, 노즐(38)은 버너 타일(32)과 일체로 형성된다. 그러나, 본 발명은 이 구조에 한정되지는 않으며, 노즐(38)과 버너 타일(32)을 다른 재료로 형성할 수도 있다. 버너 스로트(30)의 내측 부분에서 버너타일(32)에는 로(35)내의 연소배기가스를 직접 안내하기 위한 다수의 바이패스호울(25)이 형성된다. 바이패스호울(25)은 각 노즐(38)에 따라 배치하는 것이 바람직하다. 각각의 노즐(38)의 후방단부는 축열기(1)의 챔버/구획실(10, 11, 12)의 영역들을 차지하도록 확대되는 한편, 그 전방단부는 예정된 크기로 좁아진다. 그러한 구조에서 연소공기의 제트속도(운동량)는 각 노즐(38)의 개구의 크기를 변화시킴으로써 제한 없이 제어될 수 있고, 불꽃의 형상 및 성질도 이것에 의해 변화될 수 있다. 예를 들면, 강한 불꽃 또는 약한 불꽃이 실현될 수 있다. 또한, 로 내의 연소배기가스는 연소공기의 분사에너지에 의해 각각의 바이패스 호울(25) 안으로 끌어당겨지며 로 안으로 다시 분사될 연소공기와 혼합된다. 또한, 연소가스의 체적은 분사운동량을 증대시키기 위해 크게 되며, 재순환 연소는 NOx를 감소시키기 위해 발생된다.

제13도는 본 발명에 따른 또 다른 실시예를 도시한다. 본 실시예의 축열형 버너에 따라, 제12도에 도시된 실시예의 버너의 버너 타일(32)이 제거되고, 축열기(1)의 각각의 구획실/챔버에 연결된 노즐(38)이 연소공기가 각각의 노즐(38)로부터 로(35)안으로 직접 분사되도록 로(35)의 내측으로 직접 향하여지며, 한편 연소배기가스는 축열기(1)의 내측으로 각각의 노즐(38)로부터 끌어당겨진다. 이 경우에 제12도에 도시된 실시예와 유사한 바와 같이, 연소공기의 제트속도는 각각의 노즐(38)의 개구의 영역을 예정된 값으로 설정함으로써 제어될 수 있고, 공기에 대한 연료의 상대속도는 불꽃의 형상 또는 강도를 수정하기 위해 변화될 수 있다. 공기흐름속도는 불꽃 등의 형상에 크게 영향을 미친다.

이러한 구성의 버너에 따라 연소공기는 전환수단(3)을 연속적으로 또는 간헐적으로 회전시킴으로서 독립된 노즐(38)중 어느 하나로부터 분사되며, 한편 연소배기가스는 노즐 중 어느 하나를 통해 축열기(1)로 끌어당겨진다. 또한, 축열기(1)에 대한 연소배기가스와 연소공기의 흐름이 전환수단(3)의 회전에 의해 변화되므로, 노즐은 또 다른 인접한 노즐로 계속적으로 전환된다. 따라서, 제14a도 내지 제14c도에 도시된 바와 같이 연소공기가 분사되는 위치는 원주방향을 따라 계속적으로 이동되며, 불꽃의 위치가 로(35)내의 원주방향으로 일정하게 이동되는 비-정지 불꽃이 형성된다. 비-정지불꽃으로 인해 높은 온도가 특정부분에서는 국부적으로 형성되지 않기 때문에 가열될 물체가 버너의 주위에 배치된다면, 예를 들면 본 발명의 물 튜브 보일러에 적용된다면, 튜브는 매우 높은 온도의 불꽃에 의해 과도하게 가열되는 것을 방지할 수 있다.

또, 상술한 각각의 실시예들에서 합체된 출구/입구수단, 전환수단 및 축열기로 이루어진 열교환 시스템은 독립된 열교환 시스템으로도 사용될 수 있다. 즉, 열교환 시스템의 중심을 관통하는 제1도 실시예에 포함된 연료노즐(31)이 제거될 때, 그리고 전환수단(3)과 출구/입구수단(6)이 축열기(1)의 상류측에서는 물론 그 하류측에 제공될 때, 축열기(1)의 상류측의 전환수단(3)과 그 하류측상의 전환수단(3)과의 사이에서 축열기(1)에 대하여 연료의 흐름 방향을 변화시키는 한편, 두 형태의 흐름을 함께 혼합하지 않고 상류측상의 출구/입구 수단(6)과 하류측상의 출구/입구수단(6)에 연결된 두 형태의 유체들의 흐름방향을 고정시킴으로써 축열기(1)를 사용하여 열교환을 성취하기 위한 축열형 열교환 시스템을 구성하는 것이 가능하다. 부수적으로, 이 축열형 열교환 시스템에서, 두 형태의 유체가 예를 들면, 제1도 내지 제14도에 도시된 축열형 버너에서는 연소공기(저온유체)와 비교적 고온의 연소배기가스(고온유체)에 국한되고 배기열 재생시스템과 같은 다른 열교환 시스템에서는 사용되지 않는다는 오해를 제거하기 위해 비록 이들이 유사한 수단이며, 같은 참조부호로 표시된다고 할지라도 제1도 내지 제14도에 관련하여 설명된 열교환 시스템과 다르므로, 편리함을 위해, 출구/입구수단의 공급챔버와 배기챔버는 저온유체챔버와 고온유체챔버로서 칭하고, 전환수단의 공급연통호울과 배기연통호울은 저온연통호울과 고온연통호울로서 칭한다.

예를 들면, 제15도 및 제16도에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 축열형 열교환 시스템(40)은 : 유체가 각각의 챔버를 통과할 수 있도록 그 원주 방향에서 3개 또는 그 이상의 챔버로 분할되는 축열기(1) ; 각각의 환상격벽(7)에 의해 저온유체 챔버(6a)와 고온유체 챔버(6b)로 분할되며, 유체-상류측과 유체-하류측상의 축열기(1)의 개방단부들에 연결되는 이중-파이프 출구/입구수단(6) ; 및 축열기(1)와 축열기(1)의 전방 및 후방에 제공된 각각의 출구/입구 수단(6) 사이에 제공되며 축열기(1)를 각각의 출구/입구수단(6)으로부터 부분적으로 격리하는 전환수단(3)을 포함하며, 상기 축열형 열교환 시스템(40)은 축열기(1)의 전방 및 후방에서 각각의 출구/입구수단(6)의 저온유체 챔버(6a)와 고온유체챔버(6b)가 전환수단(3)을 연속적으로 또는 간헐적으로 회전시킴으로써 축열기(1)의 어떤 챔버/구획실과도 계속적으로 연통하도록 설계된다. 저온유체 시스템은 각각의 출구/입구수단(6)의 저온유체챔버(6a)에 연결되는 한편, 고온유체 시스템은 그 고온유체챔버(6b)에 연결되고 유체의 흐름방향은 양쪽의 출구/입구수단(6)에서 고정된다는 점이 중요하다. 또한, 축열기(1)가 저온유체챔버(6a)와 연통하는 저온유체 연통호울(5)과 축열기(1)가 고온유체챔버(6b)와 연통하는 고온유체 연통호울(4)이 양 전환수단(3)의 각각에 형성된다.

이 실시예에서, 고온유체 연통호울(4)과 저온유체 연통호울(5)은 이들 호울들이 축열기(1)의 같은 챔버(제3도 내지 제9도에서 참조부호 10, 11, 12, 11_-1, . . . . , 또는 12_-3으로 표시된 구획실)에 동시에 존재하지 않는 위치관계로 형성되며 유체가 흐르지 않는 챔버(10)는 고온유체 연통호울(4)과 저온유체 연통호울(5)이 배치되는 축열기(1)중 적어도 하나의 챔버에 형성된다. 예를 들면, 원주방향으로 축열기를 실제로 동일하게 분할하는 챔버/구획실의 수와 위치관계 또는 저온유체 연통호울(5)과 고온유체 연통호울(4)의 치수들을 고려하여 제1도 내지 제14도에 도시된 축열형 버너에 구현된 열교환 시스템과 유사한 바와 같이, 공식 1과 2, 공식 3과 4, 공식 5 또는 공식 6에 의해 나타낸 것들과 같은 조건들을 만족시키는 것이 바람직하다. 그 결과, 축열기(1)의 전방 또는 후방에 제공된 각각의 출구/입구 챔버의 고온유체챔버(6b)와 저온유체 챔버(6a)는 각각의 전환수단(3)의 저온유체 연통호울(5)과 고온유체 연통호울(4)을 통해 축열기(1)의 다른 챔버/구획실(10, 11, 12)과 연통하며, 저온유체와 고온유체는 이것에 의해 서로 혼합되지 않고 축열기(1) 안으로 흐른다. 다른 말로 하면, 각각의 출구/입구 수단(6)의 저온유체챔버(6a)와 연통하는 챔버/구획실과 그 고온유체챔버(6b)와 연통하는 챔버/구획실이 실제로 전환된다면, 고온유체와 저온유체는 축열기(1)의 같은 챔버/구획실에서 동시에 흐르며, 저온유체에 의해 그곳을 통한 고온유체의 통과에 의해 가열된 축열기(1)로부터 열을 취함으로써 각각의 교환이 성취된다. 또한, 고온유체와 저온유체의 흐름이 각각의 빈 챔버(10)를 사용함으로써 전환되므로, 유체의 흐름은 전환중에 감소 또는 중지되지 않는다. 이 경우에, 두 형태의 유체의 흐름은 유체의 흐름이 입구측과 출구측에 고정되고 두 형태의 유체가 같은 유체챔버를 통해 같은 통로를 흐르는 방식으로 전환하기 위해 전환수단(3)이 축열기(1)의 전방 및 후방에서 서로 동기되는 것을 제외하고는 제3도 내지 제9도를 참조하여 설명한 바와 같이 각각의 전환수단 (3)에 따라 유사하게 전환되며, 이것에 의해 그의 상세한 설명을 생략한다.

부수적으로, 전환수단(3)이 이 실시예에서 축열기(1)의 상류측(전방측)과 하류측(후방측)상에 각각 제공되므로, 전환수단(3)은 서로 동기하여 회전되어야 한다. 따라서, 각각의 디스크형 전환수단(3)은 각각의 출구/입구수단(6)에 의해 회전 가능하게 지지되며 구동수단에 의해 연속적으로 또는 간헐적으로 회전할 수 있도록 제공된다. 비록 구동수단이 소정의 형태에 한정되지는 않는다고 할지라도 이것은 예를 들면 본 실시예에서, 양 전환수단(3)의 주위 가장자리상에 형성된 한 쌍의 기어(22), 각각의 전환수단(3)의 주위에 제공되고 기어(22)에 결합된 한 쌍의 피니언기어(20), 기어 (20)를 서로 연결하는 하나의 샤프트(43), 샤프트(43)의 중심에 고정된 피니언기어 (42), 기어(42)에 결합된 구동기어(41) 및 구동기어(41)를 회전시키기 위한 하나의 모터(21)로 구성된다. 구동기구가 이 구성에 한정되지 않고 회전구동이 각각의 전환수단(3)의 주위 가장자리에 대해 프레스 된 마찰휠을 사용함으로써 성취될 수 있음은 말할 필요도 없다. 밀폐부재(18, 19)는 축열기(1)와 두 개의, 분할챔버(2)를 수용하는 케이싱(13b)과 케이싱(13b)의 양 측면상에 배치된 각각의 전환수단(3) 사이 및 각각의 전환수단(3)과 각각의 분할챔버(2) 사이를 밀폐하기 위해 설치된다. 또한, 밀폐부재(16, 17)는 양 전환수단(3)과 케이싱(13a, 13b)이 회전하는 방식으로 전환수단(3)과 케이싱(13a) 사이 및 전환수단(3)과 케이싱(13b) 사이에 배치된다.

호울(4, 5)이 제7도 내지 제9도에 도시된 위치관계를 가진다면 고온유체 연통호울(4)과 저온유체 연통호울(5)의 양 위치들이 그 앞쪽에 배치된 빈 챔버(10)로 동시에 전환될 때 또는 호울(4, 5)이 제3도 내지 제6도에 도시된 위치관계를 가진다면 고온유체 연통호울(4) 또는 저온유체 연통호울(5) 중 어느한 위치가 그 앞쪽에 배치된 빈 챔버(10)로 전환될 때, 상술한 구조를 가지는 전환수단(3)에서의 유체의 흐름이 성취된다. 예를 들면, 하나의 유니트와 8개의 챔버가 제공되는 경우에, 고온유체 연통호울(4)과 저온유체 연통호울(5)이 그 앞쪽에 배치되어 빈 챔버/구획실을 각각 완전히 차지할 때, 고온유체 연통호울(4)과 저온유체 연통호울(5)과 연통한 챔버/구획실이 비게 된다. 즉, 회전방향으로 최후방의 챔버인 챔버/구획실(11_-3, 12_-3)은 비게된다. 이 단계에서 고온유체 연통호울(4)은 4개의 구획실, 즉 챔버/구획실(11_-1, 11_-2, 11_-3)과 새 챔버/구획실(10) 위를 연장하며, 한편 저온유체 연통호울(5)은 4개의 구획실, 즉 챔버/구획실(12_-1, 12_-2, 12_-3)과 새 챔버/구획실(10) 위를 연장하며, 이들 호울(4, 5)이 그들의 위치를 전환하여 빈 챔버(10)를 사용하는 한편 유체를 다수의 구획실로 동시에 공급하므로, 유체의 흐름이 방해받지 않는다. 또한, 전방의 고온유체 연통호울(4)이 저온유체 연통호울(5)이 도달한 구획실의 앞쪽에 있는 구획실을 차지하므로, 서로 반대방향으로 지나가는 고온유체와 저온유체는 같은 구획실에서 서로 혼합되지 않는다.

상술한 축열형 열교환 시스템에 따라서, 유체의 흐름이 축열기(1)를 회전시키지 않고 전환수단을 기계적으로 회전시킴으로서만 전환될 수 있으므로, 유체의 흐름은 통로가 전환할 때 방해받지 않고, 유체의 공급 또는 배기가 안정화 될 수 있다. 또한, 유체의 누설 또는 축열기에 주어질 수 있는 손상과 같은 문제들은 축열기(1) 자체가 회전될 수 있는 경우와 비교할 때 크게 감소될 수 있다. 또한, 전환수단(3)이 축열기(1)와 접촉하게 됨으로써 밀폐될 수 있기 때문에, 축열기가 회전하는 시스템과 비교할 때 열교환 효율이 그 두 통로로부터 유체가 누설되는 일이 없이 크게 향상될 수 있고, 본 시스템이 축열형 버너 시스템에 적용될 때 연소배기가스의 온도에 가까운 높은 온도까지 예열된 연소공기의 공급량을 정밀하게 제어하는 것이 가능하다. 또, 본 축열형 열교환 시스템에 따라서, 설비비용이 솔레노이드밸브 또는 4-방향 밸브가 사용되는 경우에 비해 크게 감소될 수 있고, 또 이 시스템은 장기간 동안 안정하게 사용될 수 있다.

상술한 구성을 갖는 본 발명의 축열형 열교환 시스템이 버너시스템에서 사용될 수 있다. 본 발명이 비록 전술한 실시예에서 로 내의 연소를 수행하는 버너에 적용된다고 할지라도, 본 발명은 이 구조에 제한되지는 않으며 복사튜브 내에서 연소를 수행하는 버너에도 물론 유사하게 적용될 수 있다.

제17도는 본 발명의 축열형 열교환 시스템(40)이 채택된 로와 축열형 버너의 실예를 도시한다. 축열형 열교환기(40)는 연소공기가 흐르는 공급시스템(33)(저온유체의 통로)과 배기가스가 흐르는 배기 시스템(34)(고온유체의 통로)에 연결된다. 버너(47)는 축열형 열교환 시스템(40)을 통해 공급된 연소공기로 연소를 수행하는 한편, 연소배기가스는 축열형 열교환 시스템(40)을 통해 배기될 로(35)로부터 취해지며, 연소공기는 연소배기가스의 폐열에 의해 연소배기가스의 온도에 가까운 고온으로 예열되어 공급된다. 로는 적어도 하나의 버너(47)를 로 본체(36)에 설치함으로써 구성된다. 비록 버너(47)가 그 구조 및 연소시스템에 대해 특별한 제한을 갖지 않는다고 할지라도, 축열형 열교환 시스템(40)을 통해 연소공기를 공급하기로 되어 있다. 또한, 로(35)에서의 연소배기가스는 배기 시스템(34)에 연결된 로 본체(36), 예를 들면 배기 실린더(46)등에 설치된 고온유체수단에 의해 취해진다. 도면에서 참조부호 44는 연소공기를 공급하기 위한 팬을 가리키며 45는 연소배기가스를 배기하기 위한 팬을 가리킨다. 부가적으로, 도시되지는 않았지만, 점화수단, 파이로트버너 등과 같은 보조장비들이 버너(47)에 항상 설치된다.

이제 제15도 및 제3도를 참조하여 본 시스템을 채택하는 상술한 구조 및 축열형 버너를 갖는 축열형 열교환 시스템(40)의 작동을 설명한다.

우선, 저온유체로서의 연소공기가 제3도의 상태에서 출구/입구수단(6)의 저온유체챔버(6a)로 안내될 때, 연소공기는 저온연통호울(5)을 통해 분할챔버(2)의 제2챔버(9b)로 흐르고, 다음에 축열기(1)의 대응하는 챔버(저온유체가 흐르는 챔버)/구획실(12)로 이동한다. 이 단계에서, 축열기(1)의 대응하는 구획실/챔버가 전환하기 전에 그곳을 통과한 연소배스가스의 열에 의해 가열되었기 때문에, 그곳을 통과하는 연소공기는 축열기(1)로부터 열을 취하여 축열기(1)를 가열한 연소배기가스의 온도에 가깝도록 그 온도를 상승시킨다. 이 때 연소공기는 하류측 상에서 분할챔버(2)의 제2챔버(9b)로 흐르며 전환수단(3)의 저온연통호울(5)을 통해 공급챔버(6a)로 배기된다. 그 후, 연소공기는 공급챔버(6a)에 연결된 통로(33)를 통해 공기를 요하는 어떤 부분, 예를 들면 버너(47)에 공급된다. 한편, 로(35)내의 연소배기가스는 배기 시스템(34)을 통해 하류측상에서 출구/입구수단(6)의 고온유체챔버(6b)로 안내될 배기실린더(46)로부터 끌어당겨진다. 고온유체로서의 연소배기가스는 고온유체연통호울 (4)을 통해 분할챔버(2)의 제1챔버(9a)로 흐르며 축열기(1)의 대응하는 챔버(고온유체가 흐르는 챔버)/구획실(11)로 흐른다. 연소배기가스는 그 다음에 축열기(1)의 구획실(11)을 가열한다. 온도가 낮아진 연소배기가스는 좌측면상에서 분할챔버(2)의 제1챔버(9a)로 흐르며, 그 후 고온유체 연통호울(4)을 통해 고온유체챔버(6b)로 배기된다.

일반적으로 제1도에 도시된 상태에 있는 전환수단(3)이 반시계방향으로 연속적으로 또는 간헐적으로 회전될 때, 고온유체 연통호울(4)은 먼저 제1챔버(9a)의 좌측에 제공된 분할챔버의 제3챔버(9c)에 도달하며, 연소배기가스는 이것에 의해 제1챔버 (9a)와 제3챔버(9c)로 동시에 흐른다. 연소배기가스는 축열기(1)의 제1구획실과 제3구획실(제3도에서 참조부호 10으로 표시된 부분)을 통해 지나가며, 고온유체 연통호울(4)을 통해 양 챔버(9a, 9c)에 연결된 고온유체챔버(6b)로 공급된 하류측상의 분할챔버(2)의 제1챔버(9a) 및 제3챔버(9c)로 흐른다. 고온유체 연통호울(4)의 부분이 제3챔버(9c)로 완전히 이동된 후(제3도에서 참조부호 10으로 나타낸 부분), 제2챔버(9b)에 배치된 저온유체 연통호울(5)은 그위 위치를 제1챔버(9a)(제3도에서 참조부호 11로 표시된 챔버)로 전환시키며, 제2챔버(9b)(제3도에서 참조부호 12로 표시된 챔버)에 의해 분할된 영역은 빈 챔버(10)로 된다. 다른 말로 하면, 연소배기가스는 어떤 유체도 흐르지 않는 빈 챔버(10)로 흐르며, 반면 연소공기는 연소배기가스가 흐른 챔버(11)로 흐르고, 어떤 유체도 연소공기가 흐른 챔버(12)로 흐르지 않는다. 따라서, 축열기(1)는 연소배기가스의 열에 의해 가열되고, 가열된 축열기(1)를 통과하는 연소공기는 축열기(1)의 열에 의해 가열된다. 이 단계에서, 연소공기와 연소배기가스가 흐르는 축열기(1)내의 영역/챔버는 계속적으로 전환되지만, 유체 자체의 유동시스템은 이들 챔버들이 각각의 출구/입구수단(6)의 고온유체챔버(6b) 및 저온유체챔버(6a)와 일정하게 연결되기 때문에 축열형 열교환 시스템(40)의 전방 또는 후방에서 전환되지 않는다. 또한 유체의 흐름이 전환되는 한편 각각의 호울이 빈 챔버(10)를 사용하는 두 개의 챔버위를 연장할 때에도 각각의 호울이 각각의 챔버와 연통하므로, 유체의 흐름은 방해받지 않는다. 그러므로, 연소배기가스의 흐름과 연소공기의 흐름은 흐름을 방해하는 일이 없이 잇따라 계속적으로 전환된다.

따라서, 축열기의 수익성은 축열형 열교환 시스템(40)에서의 연소가스의 폐열을 회복하기 위해 연소에 의해 발생된 연소배기가스가 배기 시스템(34)을 통해 배기되고 버너(47)가 연소를 수행할 때 크게 개선될 수 있다. 부가적으로, 축열형 열교환 시스템(40)에서 회복된 폐열을 이용함으로써 예열된 연소 공기가 버너(47)에 공급된다. 여기서, 축열기(1)의 전환 사이클은 열효율을 개선하기 위해 비교적 짧다. 예를 들면, 전환수단(3)은 매번 10 내지 90초, 양호하게는 약 10초 경과시에 하나의 챔버/구획실의 길이만큼 회전될 수 있거나, 또는 10초 동안에 하나의 챔버/구획실의 길이만큼 회전될 수 있다. 짧은 시간내의 전환동작은 배기가스의 누설을 초래하지 않고 축열기(1)의 전방 및 후방에 제공된 각각의 전환수단(3)의 회전에 의해 확실히 실현될 수 있다. 더욱이, 고온유체 연통호울(4)의 크기가 저온유체 연통호울(5)의 크기와 같은 경우에, 연소에 의해 팽창된 연소가스는 양호하게는 축열기(1)를 통과하지 않고 로의 외측으로 팽창되어 열원으로서 사용될 다른 열처리설비, 대류열교환기, 절약장치, 또는 가열설비로 공급될 수 있다. 축열형 버너시스템에 따라서, 연소배기가스의 온도에 가까운 높은 온도를 가지는 연소공기는 중단 또는 순간적인 감소를 초래하지 않고 버너로 안정되게 공급될 수 있고, 연료 또는 연소공기의 공급을 전환시키지 않고 축열형 연소가 수행될 수 있다.

또 이상과 같이 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 여러가지 변경 및 변형이 가능하다. 예를 들면, 비교적 높은 온도를 갖는 가스와 낮은 온도를 갖는 가스가 전술한 실시예로서 서로 다른 온도를 갖는 두 형태의 유체로서 예시되어 있지만, 본 발명은 이것에 제한되지 않으며, 이것은 열에너지를 갖는 유체(냉각유체)와 실온의 공기와 같은 더욱 높은 온도를 갖는 유체사이의 열교환 또는 다른 재료들 사이의 열교환에 적용될 수 있다. 열 유체와 높은 온도의 유체(실온을 갖는 공기)사이의 열교환, 예를 들면 냉각사이클에서, 각각의 부재들 중의 위치관계는 챔버/구획실과 빈 챔버의 뒤에 있는 주 연통호울, 예를 들면 제15도 및 제16도에 도시된 실시예에서 그 사이를 고온유체를 통과시키기 위한 챔버(11)와 고온유체 연통호울(4)이 열 흐름을 통해 흐르게 하기 위해 사용되는 방식으로 결정되며, 한편 저온유체를 통과시키기 위해 다음의 저온유체 연통호울(5)과 챔버(12)는 열교환의 다른 목표인 실온의 유체를 흐르게 하기 위해 사용된다. 다른 말로 하면, 본 명세서에서 고온유체는 열(가열 및 냉각을 포함)을 회복하기 위한 유체를 의미하며, 한편 저온유체는 회복된 열에 의해 가열(냉각)될 유체를 의미한다. 또한, 고온유체 연통호울(4) 또는 챔버(11)는 반드시 저온유체 연통호울(5) 또는 챔버(12)를 앞서는 것은 아니며, 호울(5) 또는 챔버(12)가 호울(4) 또는 챔버(11)를 앞설 수도 있다.

또, 각각의 출구/입구수단(6)은 전술한 실시예에서 원통형 부재로 형성되며, 이 수단(6)은 육각형, 정사각형 또는 삼각형상을 가지는 이중 원통형 부재에 의해 형성될 수 있다. 부가적으로 버너 시스템의 수는 전술한 실시예에서 최소이지만 둘 또는 그 이상의 버너 시스템이 로 본체에 제공될 수 있다.

Claims (27)

1. 축열형 버너에 있어서, 원주방향으로 3개 또는 그 이상의 챔버로 분할되고 유체가 축방향으로 각각의 챔버를 통과할 수 있는 축열기 ; 연료를 분사하기 위해 축열기의 중심을 관통하는 연료노즐 ; 연소공기 공급시스템에 연결된 공급챔버와 연소가스 배기 시스템에 연결된 배기챔버 안으로 환상의 격벽에 의해 분할된 이중-파이프형 입구/출구 수단 ; 및 축열기를 출구/입구 수단으로부터 격리시키기 위해 축열기와 출구/입구 수단 사이에 제공된 전환수단을 구비하며, 상기 전환수단은 축열기가 공급챔버와 연통하는 공급연통호울과 축열기가 배기챔버와 연통하는 배기연통호울이 축열기의 같은 챔버에 동시에 존재하지 않으며 연료가 흐르지 않는 적어도 하나의 챔버가 배기연통호울과 공급연통호울이 각각 위치하는 축열기의 챔버들 중에 형성되는 위치관계로 배치되며, 전환수단은 출구/입구 수단의 배기챔버와 공급챔버가 축열기의 어느 챔버와 계속적으로 연통하도록 연속적으로 또는 간헐적으로 회전되며, 이것에 의해 연속적으로 분사된 연료제트의 주위에서 높은 온도의 연소공기를 축열기로부터 분사하는 것을 특징으로 하는 축열형 버너.
2. 제1항에 있어서, 축열기는 그의 원주방향에서 실제로 균일하게 N 챔버(N = n + 1, 여기서 n은 2와 같거나 또는 그 이상의 양(+)의 짝수이며, 유체가 일정하게 흐르는 챔버의 수를 나타낸다)로 분할되며, 여기서 전환수단의 n/2 공급연통호울과 n/2 배기연통호울이 교대로 배열되며, 각각의 배기연통호울과 각각의 공급연통호울은 그 사이에 다음의 공식 1에 의해 나타난 각도 α로 배치되며 ;

   여기서, β₁은 전환부의 회전중심 0으로부터 고온유체 연통호울에 의해 외접된 중심각도를 나타내며, β₂는 전환부의 회전중심 0으로부터 저온유체 연통호울에 의해 외접된 중심각도를 나타내며, 또한, 공급연통호울과 배기연통호울의 치수들은 다음의 공식 2에 의해 나타난 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 축열형 버너.
3. 제1항에 있어서, 축열기는 그의 원주방향으로 실제로 균일하게 다수의 유니트들로 분할하는데 이유니트들의 각각은 N 챔버(N = n + 1, 여기서 n은 2와 같거나 또는 그 이상의 양(+)의 짝수이며 유체가 일정하게 흐르는 다수의 챔버를 나타낸다)로 이루어지며, 따라서 챔버의 총 수는 Z(여기서 Z = aㆍN이고, a는 0을 제외한 유니트들의 수를 나타내는 양(+)의 정수이다)이고, 여기서 Z 챔버들의 총수 중에서 어떤 유체도 그곳을 통해 항상 흐르지 않는 빈 챔버들이 하나의 유니트를 구성하는 N 챔버들과 다른 유니트를 형성하는 N 챔버들 사이에 제공되며, 여기서 배기연통호울과 공급연통호울 사이에 제공된 각도 α는 다음 공식 3에 의해 나타낸 관계를 가지며 ;

   여기서, 배기연통호울과 공급연통호울의 치수들은 다음 공식 4에 의해 나타난 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 축열형 버너.
4. 제1항에 있어서, 축열기는 N(N = n+2, 여기서 n은 2와 같거나 또는 그 이상의 양(+)의 정수이며 유체가 일정하게 흐르는 챔버들의 수를 나타낸다) 챔버로 그의 원주방향으로 실제로 균일하게 분할되며, 전환수단의 공급연통호울과 배기연통호울은 그 사이에 다음의 공식 5에 의해 나타낸 각도 C로 배치되는 것을 특징으로 하는 축열형 버너.
5. 제1항에 있어서, 축열기는 다수의 유니트 안으로 그의 원주방향으로 실제로 균일하게 분할되며, 유니트의 각각은 N(N = n +2이고, n은 2와 같거나 또는 그 이상의 양(+)의 정수이며, 유체가 일정하게 흐르는 다수의 챔버를 나타낸다) 챔버로 이루어지며, 챔버의 총 수는 Z(여기서 Z = aㆍN 이고, a는 0을 제외한 유니트의 수를 나타내는 양(+)의 정수)이고, 다음 공식 6에 의해 나타낸 각도 C는 배기연통호울과 공급연통호울 사이에서 설정되는 것을 특징으로 하는 축열형 버너.
6. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 연료노즐로부터의 연료와 축열기로부터의 연소공기는 서로 실제로 평행한 것을 특징으로 하는 축열형 버너.
7. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 연료노즐은 연료가 축열기로부터 분사된 연소공기제트를 향하여 측면으로부터 분사되도록 전환수단과 동시에 회전하는 것을 특징으로 하는 축열형 버너.
8. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 로 측면상에 있는 축열기의 출구에 축열기의 각각의 분할된 챔버와 연통하는 독립적인 노즐들이 제공되는 것을 특징으로 하는 축열형 버너.
9. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 통로 횡단면이 그의 선단부를 향해 좁아지는 버너 스로트가 축열기 및 연료노즐의 전방에 형성되고, 로의 내측이 버너 스로트와 연통하여 로 내의 배기가스를 버너 스로트의 내부로 직접 안내하는 바이패스 호울을 가지는 버너 타일이 제공되는 것을 특징으로 하는 축열형 버너.
10. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 축열기의 각각의 분할된 챔버와 연통하는 독립적인 노즐들이 로 측면상의 축열기의 출구에 제공되고, 단일 버너 스로트가 이들 노즐들과 연료노즐의 전방에 형성되며, 로의 내측이 버너 스로트와 연통하여 로 내의 배기가스를 버너 스로트의 내부로 직접 안내하는 다수의 바이패스 호울을 그 주위에 갖는 버너타일이 제공되는 것을 특징으로 하는 축열형 버너.
11. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 연소배기가스를 통과시키기 위해 배기챔버와 연통하는 챔버의 수가 연소공기를 통과시키기 위해 공급챔버와 연통하는 챔버의 수 보다 더 많은 것을 특징으로 하는 축열형 버너.
12. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 축열기는 축열기와 각각의 전환수단 사이에 그의 원주방향에서 aㆍN 챔버로 분할되는 분할수단을 제공함으로써 aㆍN(a는 유니트의 수) 챔버로 분할되고 축방향으로 유체를 통과시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 축열형 버너.
13. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 축열기는 그의 축방향으로 연통하는 다수의 셀 호울을 가지는 벌집형상을 가지는 것을 특징으로 하는 축열형 버너.
14. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 축열기는 그의 축방향으로 유체를 통과시키도록 다수의 파이프형 축열 부재를 그의 방사방향으로 배열함으로써 구성되는 것을 특징으로 하는 축열형 버너.
15. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 축열기는 다수의 평판형 또는 파형판 형상의 축열부재를 방사상으로 배열함으로써 구성되는 것을 특징으로 하는 축열형 버너.
16. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 축열기는 aㆍN 챔버로 독립적으로 분할되며 그의 축방향으로 유체를 통과시킬 수 있는 케이싱에 축열부재의 블록 또는 작은 피스를 채움으로써 구성되는 것을 특징으로 하는 축열형 버너.
17. 축열형 열교환 시스템에 있어서, 유체가 각각의 챔버를 통과할 수 있는 방식으로 원주방향으로 3개 또는 그 이상의 챔버로 분할되는 축열기 ; 축열기의 양쪽 개방단부에 연결되며 그의 각각은 다른 온도를 갖는 두 형태의 유체가 흐르는 두 형태의 통로들 중 저온유체 시스템에 연결된 저온유체 챔버와 상기 두 형태의 통로들 중 고온유체시스템에 연결된 고온유체 챔버로 환상격벽에 의해 분할되는 이중-파이프 출구/입구 수단 ; 및 축열기를 각각의 출구/입구 수단으로부터 격리하기 위해 축열기의 전방 또는 후방에 배치된 각각의 출구/입구 수단과 축열기와의 사이에 제공된 전환수단을 구비하며, 상기 전환수단은 축열기가 저온유체 챔버와 연통하는 저온유체 연통호울과 축열기가 고온유체 챔버와 연통하는 고온유체 연통호울이 축열기의 같은 챔버 내에서 동시에 존재하지 않는 위치관계로 제공되며, 유체가 흐르지 않는 적어도 하나의 챔버가 고온유체 연통호울과 저온유체 연통호울이 각각 위치된 챔버들 중에 형성되고, 전환수단은 축열기의 전방 또는 후방에 제공된 각각의 출구/입구 수단의 저온유체 챔버와 고온유체 챔버가 축열기의 어느 챔버와 계속적으로 연통하도록 연속적으로 또는 간헐적으로 회전되는 것을 특징으로 하는 축열형 열교환 시스템.
18. 제17항에 있어서, 축열기는 그의 원주방향에서 실제로 균일하게 N 챔버(N = n + 1, 여기서 n은 2와 같거나 또는 그 이상의 양(+)의 짝수이며, 유체가 일정하게 흐르는 챔버의 수를 나타낸다)로 분할되며, 여기서 축열기의 전방 및 후방에 제공된 전환수단의 각각의 n/2 저온연통호울과 n/2 고온연통호울이 교대로 배열되며, 각각의 고온연통호울과 각각의 저온연통호울은 그 사이에 다음의 공식 1에 의해 나타난 각도 α로 배치되며 ;

    여기서, β₁은 전환수단의 회전중심 0으로부터 고온유체 연통호울에 의해 외접된 중심각도를 나타내며, β₂는 전환부의 회전중심 0으로부터 저온유체 연통호울에 의해 외접된 중심각도를 나타내며, 또한, 각각의 저온연통호울과 각각의 고온연통호울의 치수들은 다음의 공식 2를 만족시키는 것을 특징으로 하는 축열형 열교환 시스템.
19. 제17항에 있어서, 축열기는 그의 원주방향으로 실제로 균일하게 다수의 유니트들로 분할하는데 이 유니트들의 각각은 N(N = n + 1, 여기서 n은 2와 같거나 또는 그 이상의 양(+)의 짝수이며 유체가 일정하게 흐르는 챔버의 수를 나타낸다)로 이루어지며, 따라서 챔버의 총 수는 Z(여기서 Z = aㆍN이고, a는 0을 제외한 유니트들의 수를 나타내는 양(+)의 정수이다)이고, 여기서 Z 챔버들의 총 수 중에서 어떤 유체도 그곳을 통해 항상 흐르지 않는 빈 챔버들이 하나의 유니트를 구성하는 N 챔버들과 다른 유니트를 형성하는 N 챔버들 사이에 제공되며, 여기서 고온연통호울과 저온연통호울 사이에 제공된 각도 α는 다음 공식 3에 의해 나타낸 관계를 가지며 ;

    여기서, 고온연통호울과 저온연통호울의 치수들은 다음 공식 4에 의해 나타난 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 축열형 열교환 시스템.
20. 제17항에 있어서, 축열기는 N(N = n + 2, 여기서 n은 2와 같거나 또는 그 이상의 양(+)의 정수이며 유체가 일정하게 흐르는 챔버들의 수를 나타낸다) 챔버로 그의 원주방향으로 실제로 균일하게 분할되며, 저온연통호울과 고온연통호울은 그 사이에 다음의 공식 5에 의해 나타낸 각도 C로 배치되는 것을 특징으로 하는 축열형 열교환 시스템.
21. 제17항에 있어서, 축열기는 다수의 유니트로 그의 원주방향으로 실제로 균일하게 분할되며, 유니트의 각각은 N(N = n + 2이고, n은 2와 같거나 또는 그 이상의 양(+)의 정수이며, 유체가 일정하게 흐르는 다수의 챔버를 나타낸다) 챔버로 이루어지며, 챔버의 총 수는 Z(여기서 Z = aㆍN이고, a는 0을 제외한 유니트의 수를 나타내는 양(+)의 정수)이고, 다음 공식 6에 의해 나타낸 각도 C는 고온연통호울과 저온연통호울 사이에서 설정되는 것을 특징으로 하는 축열형 열교환 시스템.
22. 제17항 내지 제21항 중의 어느 한 항에 있어서, 축열기는 축열기와 그의 원주방향에서 aㆍN 챔버로 분할되는 축열기 분할수단의 전방 또는 후방에 배치된 각각의 전환수단과의 사이에 제공함으로써 aㆍN(a는 유니트의 수) 챔버로 분할되고 그의 축방향으로 유체를 통과시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 축열형 열교환 시스템.
23. 제17항 내지 제21항 중의 어느 한 항에 있어서, 축열기는 그의 축방향으로 연통하는 다수의 셀 호울을 가지는 벌집 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 축열형 열교환 시스템.
24. 제17항 내지 제21항 중의 어느 한 항에 있어서, 축열기는 유체가 그의 축방향으로 흐를 수 있는 그러한 방식으로 다수의 파이프형 축열부재를 그의 방사방향으로 배열함으로써 구성되는 것을 특징으로 하는 축열형 열교환 시스템.
25. 제17항 내지 제21항 중의 어느 한 항에 있어서, 축열기는 다수의 평판형 또는 파형판 형상의 축열 부재를 방사상으로 배열함으로써 구성되는 것을 특징으로 하는 축열형 열교환 시스템.
26. 제17항 내지 제21항 중의 어느 한 항에 있어서, 축열기는 aㆍN 챔버로 독립적으로 분할되며 그의 축방향으로 유체를 통과시킬 수 있는 케이싱에 축열부재의 블록 또는 작은 피스를 채움으로써 구성되는 것을 특징으로 하는 축열형 열교환 시스템.
27. 축열형 버너에 있어서, 제17항 내지 제21항 중의 어느 한 항에 따른 축열형 열교환기가 버너시스템의 연소배기가스 시스템과 연소공기 시스템에 연결되고, 버너는 축열형 열교환 시스템을 통해 공급된 연소공기에 의해 연소를 수행하며, 연소배기가스는 축열형 열교환 시스템을 통해 배기되고, 연소공기는 연소배기가스의 폐열을 이용하여 연소배기가스의 온도에 가까운 높은 온도로 예열되는 것을 특징으로 하는 축열형 버너.