KR100267455B1 - 열유체 발생로 - Google Patents

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KR100267455B1
KR100267455B1 KR1019970005220A KR19970005220A KR100267455B1 KR 100267455 B1 KR100267455 B1 KR 100267455B1 KR 1019970005220 A KR1019970005220 A KR 1019970005220A KR 19970005220 A KR19970005220 A KR 19970005220A KR 100267455 B1 KR100267455 B1 KR 100267455B1
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아끼히꼬 이야나가
가즈나리 호소메
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와다 아끼히로
도요다 지도샤 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은 노벽에 히트 스포트를 발생하기 어려운 열유체 발생로를 제공한다.
연소실(1)과, 축열연소식 버너(10)와 연소실(1)의 외벽외면을 따라 형성된 유체통로(6)와, 유체통로(6)에 유체를 흘리는 유체흘림수단(3)을 가지는 열유체 발생로이다. 연소실(1)은 열교환부로서 화염방사 전열부를 가진다. 노벽(5)의 화염대향부를 방사전열부의 일부로서 이용한다. 버너(10)의 배기의 일부를 급기에 재순환시켜 NOx생성을 억제한다. 노벽중 버너(10)의 근방을 원추상으로 형성한다.

Description

열유체 발생로
본 발명은 열유체(유체는 에어등의 가스, 물등의 유체 어느 것이나 좋다) 발생로에 관한 것이다.
열유체 발생로의 일례로서, 난방이나 건조등에 사용되는 열풍을 발생하는 열풍발생로를 예로 들어, 그 종래 구조를 나타내면 제 11도와 같이 된다. 노(爐)는 연소실(73), 연관(75), 연실(74), 케이싱(72)으로 구성되어 있다. 버너(76)에 의하여 화염(77)이 연소실내에 형성되고, 연소가스는 연관(75)을 통하여 연실(74)로부터 배기가스 덕트를 통하여 배출된다. 급기팬(71)에 의하여 외기(이하 급기라 함)가 연관부(5)에 공급되고, 여기서는 연관내의 배기가스열을 대류 전열에 의하여 급기와 열교환하고, 다음에 연소실(73)과 케이싱(72)의 극간(78)을 급기가 통과할 때에, 화염으로부터의 방사전열에 의하여 급기가 가열되어 열풍이 되어 열풍을 필요로 하는 부하설비(도면생략)에 덕트를 통하여 공급된다.
그러나 종래 노에는 다음의 문제가 있다.
1)종래 버너에서는 히트스포트(Heat-spot)부의 노벽부분에 열응력이 집중하기 때문에 내구성을 고려하여 재료의 원 랭크업이 필요하여 코스트가 높아진다.
그 이유는, 건 타입버너와 같은 종래의 일반적인 버너의 화염에서는 그 연소 가스온도는 제 12도에 나타낸 바와 같이, 화염축 방향의 약간 하류부에서 피이크를 나타내고, 그곳보다 하류부에서는 저하하기 때문이다.
2) 종래의 예를 들면 건타입버너 부착의 열풍로에서는, 고효율화를 위하여 연소실(방사전열부)외에 연관부(대류전열부)가 필요하여 노 구조가 복잡하고 대형화되어 고코스트가 된다.
그 이유는 다음과 같다. 연소실내에서는 방사전열과 대류전열이 작용하고 있으나, 방사전열에 비하여 대류전열의 비율은 적다. 이것은 종래의 일반적인 버너의 연소가스의 흐름이 버너로부터 연도까지 일방향으로 흘러, 연소실내에서의 연소가스의 순환이 거의 없기 때문이다. 연소화염으로부터 연소실벽으로의 방사전열량은 거의(연소가스온도의 4승)-(연소실 벽온의 4승)으로 결정된다. 연소가스 온도는 앞에서 설명한 바와 같이 일정하지 않고, 연소실벽에의 방사전열에 의하여 화염후류부일수록 연소온도가 저하하기 때문에, 방사전열량은 현저하게 저하한다. 이 때문에 방사전열 만으로는 빼내지 못한 열량을 대류전열에 의하여 급기측에 회수하는 연관이 필요하게 된다.
본 발명의 목적은 히트 스포트부가 발생하기 어려운 열유체 발생로를 제공하는데 있다.
본 발명의 부차적 목적은 노구조의 단순화가 가능한 열유체 발생로를 제공하는데 있다.
제 1도는 본 발명의 제 1실시예의 열유체 발생로의 개략 단면도,
제 2도는 본 발명에서 사용할 수 있는 축열연소식 버너의 일례의 확대단면도,
제 3도는 본 발명의 노에 있어서의 열유속대 화염축 방향 거리도,
제 4도는 본 발명의 제 2실시예의 열유체 발생로의 개략단면도,
제 5도는 본 발명의 제 3실시예의 열유체 발생로의 개략단면도,
제 6도는 제 5도의 노의 우측면도,
제 7도는 본 발명의 제 4실시예의 열유체 발생로의 개략단면도,
제 8도는 본 발명의 제 5실시예의 열유체 발생로의 개략단면도,
제 9도는 제 8도의 노에 있어서의 배기 재순환의 제어 플로우챠트,
제 10도는 본 발명의 제 6실시예의 열유체 발생로의 개략단면도,
제 11도는 종래의 열풍발생로의 개략단면도,
제 12도는 제 11도의 노에 있어서의 열유속대 화염축방향 거리도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 연소실 2 : 케이싱
3 : 유체흘림수단 4 : 배기덕트
5 : 격벽 6 : 유체통로
7,8 : 핀 9 : 요철
10 : 축열연소식 버너 53 : 급기통로
59 : 배기통로 61 : 배기 재순환통로
62 : 댐퍼
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 다음과 같다.
(1) 내부와 외부를 간막이하는 격벽을 가지며 열교환부로서 화염방사 전열부를 가지는 연소실과,
축열체를 가지며, 연소용 에어를 축열체를 통하여 상기 연소실에 분사하여 상기 연소실에 화염을 형성하고, 상기 연소실로부터의 배기를 상기 축열체를 통하여 배출하여 배기가 상기 축열체를 통할 때에 배기열을 상기 축열체에 축열하여 축열된 열을 상기 축열체를 통과하는 연소용 에어에 개방하여 연소용 에어를 예열하는 축열연소식 버너와,
상기 연소실의 격벽을 따라 형성된 유체통로와,
상기 유체통로에 접속되어 상기 유체통로에 유체를 강제적으로 흐르게 하는 유체흘림수단으로 이루어지는 열유체 발생로.
(2) 상기 연소실이 열교환부로서 실질적으로 화염방사 전열부만을 가지는 연소실로 이루어지는 (1) 기재의 열유체 발생로.
(3) 상기 연소실의 격벽 중 노 깊은 곳의 상기 화염에 대향하는 부분을 상기 화염 방사전열부의 열교환벽의 일부로서 이용한 (1)기재의 열유체 발생로.
(4) 상기 유체통로가 상기 연소실의 격벽의 외주에 전체둘레에 걸쳐 형성되어 상류측으로 개방되어 있고, 상기 유체 흘림수단이 상기 유체통로에 하류측으로부터 접속되는 유인팬으로 이루어지는 (1) 기재의 열유체 발생로.
(5) 상기 유체흘림수단이 상기 유체통로에 상류측으로부터 접속하는 송풍수단으로 이루어지는 (1) 기재의 열유체 발생로.
(6) 상기 유체통로에 핀을 설치한 (1) 기재의 열유체 발생로.
(7) 상기 연소실의 격벽 중, 상기 유체통로에 면하는 면에 요철을 형성한 (1) 기재의 열유체 발생로
(8) 상기 축열연소식 버너에 급기통로와 배기통로를 접속하고, 상기 급기통로와 상기 배기통로를 배기재순환 통로로 접속하고, 그 배기재순환 통로에 댐퍼를 설치한 (1) 기재의 열유체 발생로.
(9) 상기 댐퍼는 적어도 노의 냉간 기동시에는 폐쇄되도록 개폐를 제어하는 (8) 기재의 열유체 발생로.
(10) 상기 연소실의 격벽이 상기 축열연소식 버너의 근방에 있어서 상기 축열 연소식 버너를 향하여 지름이 축소되는 원추상으로 형성되어 있는 (1) 기재의 열유체 발생로.
상기 (1)의 노에서는 버너에 축열연소식 버너를 사고하고 있기 때문에, 버너로부터 급배기가 행해지고 고온연소가스가 노내를 순환하는 일 및 배기 재순환에 의하여 연소가 완만하게 되어 화염이 노안쪽 방향으로 뻗으므로서 열유속이 전반으로 평균화하여 노벽에 히트스포트가 생기기 어려워진다.
버너에 축열 연소식 버너를 사용함으로써 열유속이 전반으로 평균화되어 고온화가 될 수 있어 방사전열부 만으로 충분한 전열이 가능하게 되어, 대류전열부(종래의 연관부)를 설치하지 않아도 되게 된다. 그리고 상기 (2)의 노에서는 대류전열부를 제거했기 때문에, 노 구조를 단순화, 소형화할 수 있다.
버너에 축열연소식 버너를 사용함으로써 화염이 노 깊이 방향으로 뻗으므로 노 깊이 벽면을 방사 전열부로서도 이용할 수 있게 된다. 상기 (3)의 노에서는 노 깊은 벽면을 방사전열부로서도 이용할 수 있으므로, 노 구조를 단순화, 소형화할 수 있다.
상기 (4)의 노에서는 유체흘림수단은 유체통로에 하류측으로부터 유체를 유인하므로, 유체통로 흡입부를 상류를 향하여 전체둘레개방해 둠으로써 유체통로에는 균일하게 유체가 흘러 연소실과 유체와의 사이의 전열효율이 상승한다.
상기 (5)의 노에서는 유체흘림수단은 유체통로에 상류측으로부터 유체를 밀어 넣는다. 유체흘림수단의 내열대책은 불필요하다.
상기 (6)의 노에서는 유체통로에 핀을 설치했으므로, 유체통로를 통하는 유체에 난류(亂流)가 생겨 전열효율이 개선되어 전열효율이 높아진다.
상기 (7)의 노에서는 연소실의 격벽중, 상기 유체통로에 면하는 면에 요철을 형성했으므로, 유체통로를 통하는 유체에 난류가 생겨 전열효율이 높아진다.
상기 (8)의 노에서는 급기통로와 배기통로를 배기 재순환통로로 접속하고, 배기재순환 통로에 댐퍼를 설치했으므로 배기의 일부를 급기에 재순환시킬 수 있고, 또한 그 양을 댐퍼로 자유롭게 컨트롤할 수 있다. 그 결과, 완만 연소시킬 수 있어, NOx(질소산화물)이 생성과 대기에의 배출을 억제할 수 있어, 깨끗하고 환경에 적합한 노가 된다. 이 경우 배기재순환에 의하여 축열체로 폐열 회수된 후의 배기가스의 현열(顯熱)을 입열측으로 다시 되돌리게 되어 노의 열효율은 높은 상태 그대로 유지된다.
상기 (9)의 노에서는 댐퍼는 적어도 노의 냉간 기동시에는 폐쇄가 되므로 기동시에는 배기의 급기에의 배기 재순환통로를 통한 재순환은 없어 연소성, 기동성이 높게 유지된다.
상기 (10)의 노에서는 연소실의 격벽이 축열연소식 버너의 근방에 있어서 축열연소식 버너를 향하여 지름이 축소되는 원추상으로 형성되어 있으므로, 노내를 순환하는 배기의 급기에의 말려들어감이 원활하게 행해져 배기의 자기 재순환이 원활하게 행해진다. 그 결과 완만 연소, NOx생성 억제가 효과적으로 얻어진다.
[실시예]
본 발명의 바람직한 실시예의 열유체(유체는 가스 또는 액체)발생노를 제 1도~제10도를 참조하여 설명한다. 제 1도~제 3도는 본 발명의 제 1실시예를 나타내고(단, 제 2도, 제 3도는 본 발명의 다른 실시예에도 적용된다), 제 4도는 본 발명의 제 2실시예를 나타내고, 제 5도 및 제 6도은 본 발명의 제 3실시예를 나타내고, 제 7도는 본 발명의 제 4실시예를 나타내고, 제 8도 및 제 9도는 본 발명의 제 5실시예를 나타내고, 제 10도는 본 발명의 제 6실시예를 나타낸다. 본 발명의 전 실시예에 걸쳐 공통된 부분에는 본 발명의 전 실시예에 걸쳐 동일부호로 나타내고 있다.
먼저, 본 발명의 전 실시예에 걸쳐 공통된 부분을 열유체 발생로로서 열풍발생로를 예로 들어(단, 열유체 발생로는 열풍발생로에 한정되는 것은 아니다), 예를 들면 제 1도~제 3도를 참조하여 설명한다.
본 발명 실시예의 열풍발생로는 연소실(1)과 축열연소식 버너(10)와 유체통로(6), 유체흘림수단(3)을 가진다. 연소실(1)은 내부와 외부를 격리하는 격벽(5)을 가지고, 열교환부로서 화염방사 전열부를 가진다. 축열연소식 버너(10)는 축열체(30)를 가지고, 연소용 에어를 축열체(30)를 통하여 연소실(1)에 분사하여 연소실(1)에 화염을 형성하고, 연소실(1)로부터의 배기를 축열체(30)를 통하여 배출하고, 배기가 축열체(30)를 통할 때에 배기열을 축열체(30)에 축열하고, 축열된 열을 축열체(30)을 통하는 연소용 에어에 개방하여 연소용 에어를 예열하는 버너로 이루어진다. 연소실(1)격벽(5)의 외측에는 케이싱(2)이 설치되고, 유체통로(6)는 연소실(1)의 격벽(5)과 케이싱(2)과의 사이의 간극으로 구성되고, 연소실(1)의 격벽(5)을 따라 형성되어 있다. 유체흘림수단(3)은 유체통로(6)에 접속되어 유체통로(6)에 유체를 강제적으로 흘린다. 유체흘림수단(3)은 예를 들면 팬, 블로워, 펌프 등으로 이루어진다.
축열연소식 버너(10)는 급배기 전환식의 싱글 축열연소식 버너, 또는 1쌍의 교호전환식의 축열연소식 버너로 이루어진다.
싱글 축열연소식 버너(10)는 제 2도에 나타낸 바와 같이, 케이싱(11)과, 케이싱(11)내에 배치된 축열체(30)와, 축열체(30)의 일측에 설치된 버너타일(22)과, 축열체(30)의 타측에 설치된 급배기의 전환기구(40)와, 급배기 전환기구(40) 및 축열체(30)를 관통하여 버너타일(22)까지 뻗치는 연료분사노즐(20)로 이루어진다.
연료분사노즐(20)은 버너 중심부에서 축방향으로 뻗는다. 그것과 동심상으로 파일롯 에어파이프(21)가 뻗어 있다. 파일롯에어는 연료분사노즐(20)의 외주면과 파일롯 에어파이프(21)의 내주면과의 사이의 환상통로를 흐른다. 연료분사노즐(20) 선단에는 파일롯 연료토출구(20a)를 설치하고, 그곳으로부터 연료 일부를 파일롯 연료로서 토출시켜, 연료분사노즐 선단부와 파일롯에어파이프(21)와의 사이에 불꽃을 날려 착화시켜 파일롯 화염을 형성한다. 연료의 주요부는 연료분사노즐(20)의 선단으로부터 토출되어 버너타일(22)의 연료해방면(25)으로부터 전방으로 분출되고, 급배기공(26)을 통하여 유출된 메인에어와 혼합되고 연소되어 버너전방으로 메인화염을 형성한다.
축열체(30)는 배기가스를 통과시킬 때에 그 열을 회수하여 축열하고, 연소용 메인에어를 통과시킬 때에 축열된 열을 방출하여 메인메어를 예열한다. 축열체(30)는 버너 둘레방향에 복수의 섹션으로 구획되어 있고, 그중 일부의 섹션에 배기가스가 흐르고 있을 때, 다른 섹션에는 급기인 메인에어가 흐른다. 급기, 배기는 전환기구(40)에 의하여 번갈아 전환된다.
축열체(30)는 세라믹스, 내열급속등의 내열재로 이루어진다. 축열체(30)는 축방향으로 가스를 통과시키는 다수의 미세 단면적을 가지는 통로를 가지고, 예를들면 허니컴구조로 이루어진다. 단 허니컴구조에 한정되는 것은 아니고, 선재나 세경파이프를 한데 묶은 구조등이더라도 좋다. 축열체(30)는 성형을 용이하게 하기 위하여 또는 열응력을 저감하기 위하여 버너축 방향으로도 복수로 분할되어도 좋다.
버너타일(22)은 세라믹스, 내열금속 등의 내열재로 이루어지고, 급배기면(23)으로부터 돌출하는 돌출부(24)를 가진다. 돌출부(24)의 내면으로부터 선단에 걸쳐 연료 개방면(25)이 형성되어 있고, 돌출부(24) 외측의 급배기면(23)에 급배기공(26)이 개구되어 있다.
돌출부(24)의 주위에 설치되는 복수의 급배기공(26)은 축열체(30)의 둘레방향의 복수의 섹션의 각각에 대응하도록 설치된다. 복수의 급배기공(26)의 일부에 배기가스가 흐르고 있을 때 나머지 급배기공(26)에는 메인에어가 흐르고 있다. 메인가스는 축열체(30)측으로부터 노 내측으로 흐르고, 배기가스는 노 내측으로부터 축열체(30)측으로 흐른다. 축열체(30)의 급기, 배기의 전환에 대응하여 급배기공(26)의 급기 배기도 전환된다.
급배기의 전환기구(40)는 가동부재(44)와 고정부재(46)와 간막이벽(41)을 가진다. 고정부재(46)는 축열체(30)의 복수의 둘레방향 섹션에 대응시킨 복수의 관통공(47)을 가진다. 가동부재(44)는 간막이벽의 일측에 설치된 개구부(42)와 간막이벽의 타측에 설치된 개구부(43)을 가지며, 한쪽의 개구부(42)는 급기구(51)에 연통되어 있고, 다른쪽의 개구부(43)는 배기구(52)에 연통되어 있다. 가동부재(44)가 구동수단(모터, 실린더 등)(45)에 의하여 일방향 또는 왕복적으로 회동되어 그때까지 개구부(42)와 합치되어 있었던 관통공(47)을 개구부(43)와 합치시키고, 그때까지 개구부(43)와 합치되어 있던 관통공(47)을 개구부(42)와 합치시킴으로써 축열체(30) 및 급배기공(26)의 급기, 배기의 흐름이 전환된다.
급기구(51)에는 급기블로워 또는 팬(54)으로부터의 급기가 급기통로(53)를 통하여 보내진다. 급기통로(53)의 도중에는 댐퍼(55)가 설치되어 풍량이 조정된다. 댐퍼(55)에는 댐퍼구동장치(56)에 의하여 개폐구동된다. 배기구(52)에는 배기통로(59)가 접속되어 배기가스는 대기에 배출된다. 연료(예를 들면 가스연료, 단 액체연료라도 좋다)는 연료공급관(57)을 통하여 연료공급관(20)에 공급된다. 연료공급관(57)의 도중에는 밸브(58)가 설치되어 연료의 공급을 조정한다.
축열연소식 버너(10)가 서로 근접시켜 설치된 한 쌍의 상호 전환식의 축열연소식 버너로 이루어지는 경우에는 급기 배기의 전환은 버너(10)에 접속된 급기관과 배기관의 도중에 설치된 전환밸브(예를 들면, 4방향 전환밸브)에 의하여 행해지므로 버너(10)내에는 싱글버너에 설치되어 있던 전환기구(40)는 설치되지 않는다. 기타의 구조는 싱글버너에 준한다.
축열연소식 버너(10)에서는 노로부터의 배기가스(예를 들면 900℃)가 축열체(30)를 통할 때에, 축열체(30)는 배기가스의 열을 빼앗아 그것을 축열하고, 자신은 약900℃로 상승됨과 동시에, 배기가스 온도를 약 200℃~250℃로 내린다. 급배기가 전환되어 그때까지 배기가스가 흐르고 있던 축열체(30)의 부분을 급기가 흐를 때, 축열체(30)는 메인에어에 축열되어 있던 열을 방출하여 메인 에어의 온도를 실온으로부터 약 900℃로 올린다. 이렇게 하여 배기가스의 열이 회수되어 급기의 예열에 이용되어 버너의 열효율이 약 90%이상으로 향상된다.
연소실(1)의 격벽(5)과 케이싱(2)과의 사이의 유체통로(6)에는 유체흘림수단(예를 들면, 급기팬)(3)으로부터의 급기가 통해지고, 연소실(1)격벽(5)으로부터의 전열에 의하여 열풍이 되어 도시하지 않는 부하설비에 공급된다.
상기 노에서는 버너에 축열연소식 버너(10)를 사용하고 있기 때문에, 버너(10)를 통하여 급배기가 행해져 고온연소가스가 노내를 순환하고, 또 배기의 자기 재순환에 의하여 연소가 완만하게 되어(급배기공(26)에 흘러들어가려고 하는 배기의 일부가 다른 급배기공(26)으로부터 분출하는 급기에 빨려들어가 급기가 산소부족을 일으켜 연소가 완만해 진다)화염이 노 안쪽방향으로 뻗음으로써 열유속이 제 3도에 나타낸 바와 같이 전반적으로 평균화된다. 그 결과, 노벽에 히트스포트(국부적 가열부위)가 생기기 어렵게 된다.
버너에 축열연소식 버너(10)를 사용함으로서 노벽의 열유속이 전반적으로 평균화되므로 국부적으로 열손상을 받는 일 없이 노내를 전체적으로 고온화할 수 있고, 또 화염도 노 깊숙히까지 뻗으므로 연소실(1)은 방사 전열부만으로 충분한 전열이 가능하게 되어, 대류전열부(종래의 연관부)를 설치하지 않아도 된다. 제 1도는 연관부를 가지지 않는 방사 전열부만을 가지는 연소실을 나타내고 있다.
대류전열부 (종래의 연관부)를 제거함으로써 노구조를 단순화 소형화할 수 있다.
또, 버너에 축열연소식 버너(10)를 사용함으로써 화염이 노안쪽 방향으로 뻗으므로 화염에 대향하는 노 깊숙한 벽면(1a)(종래 연관부가 있었던 부위)를 방사 전열부로서도 이용할 수 있게 된다. 제 1도는 화염에 대향하는 노 깊숙한 벽면(1a)을 방사전열부로서 이용한 노를 나타내고 있다.
노 깊숙한 벽면(1a)을 방사전열부로서 이용함으로써 연관부와 같이 큰 스페이스를 차지하지 않고 전열부의 일부를 구성할 수 있어 노구조를 단순화, 소형화할 수 있다.
이와 같이, 대류전열부가 본 발명의 노에서는 본질적으로 불필요하게 된다. 단, 방사전열부와 연관부와의 양쪽을 가지는 노(예를 들면 이미 설치된 노)에 축열연소식 버너(10)를 설치해도 좋으며, 그와 같은 경우에도 본 발명은 포함한다.
다음에, 본 발명의 각 실시예의 특유한 구조, 작용에 대하여 설명한다.
본 발명의 제 1실시예에 있어서는, 제 1도~제 3도에 나타낸 바와 같이 유체통로(6)가 연소실(1) 격벽(5)의 외주에 노횡단면 방향 전체둘레에 걸쳐 형성되어 있고 상류측으로 개방되어 있다. 또, 유체흘림수단(3)은 유체통로(6)에 하류측으로부터 접속하는 유인팬으로 이루어진다.
이 구조에 의하여 에어는 유체통로(6)의 상류개구부 전체둘레로부터 유체통로(6)에 유입되어 유체통로(6)내에서의 급기의 흐름이 균일하게 된다. 그 결과, 격벽(5)으로부터 급기에의 전열이 유체통로(6)의 둘레방향으로 균일하게 되어, 전열효율이 편류(偏流)가 있는 경우에 비하여 올라가서, 예를 들면 노의 열효율이 약95%가 된다.
본 발명의 제 2실시예에 있어서는 제 4도에 나타낸 바와 같이. 유체통로(6)가 연소실(1)의 격벽(5)의 외주에 노횡단면방향 전체둘레에 걸쳐 형성되어 있고, 상류측단은 폐쇄되어 있다. 또, 유체흘림수단(3)은 유체통로(6)에 상류측으로부터 접속되는 밀어넣기 팬으로 이루어진다.
이 구조에 의하여 밀어넣기 팬(3)을 통과하는 에어의 온도는 대기온도이므로 밀어넣기 팬(3)은 내열대책을 할 필요가 없다.
본 발명의 제 3실시예에 있어서는 제 5도 및 제 6도에 나타낸 바와 같이, 유체통로(6)에 핀(7,8) 또는 요철(9)등으로 이루어진 난류발생수단이 설치되어 있다. 핀(7)은 격벽(5)의 외주부에 설치된 나선상 핀이고, 핀(8)은 화염 대향벽의 외주면에 설치된 대략 반경방향으로 뻗는 만곡 핀이다.
이 구조에 의하여 급기가 유체통로(6)를 통과할 때에 난류가 생성되어 격벽(5)의 외면으로부터 급기에의 전열의 열전달계수가 커져 급기에의 전열효율이 향상된다. 특히 핀(7,8)인 경우는 흐름이 나선상이 되어 실질적으로 유로가 길어지고, 또한 둘레방향으로 흐름이 균일하게 되어, 그에 따라서도 급기에의 전열효율이 향상된다.
본 발명의 제 4실시예에 있어서는 제 7도에 나타낸 바와 같이, 축열연소식 버너(10)에 접속된 급기통로(53)중 급기블로워 또는 팬(54)보다 상류측의 부분(60)과 축열연소식 버너(10)에 접속된 배기통로(59)가 배기 재순환통로(61)로 접속되어 있어, 배기가스의 일부를 블로워 또는 팬(54)으로 흡인하여 급기에 강제적으로 재순환 할 수 있게 되어 있다. 배기 배순환통로(61)의 도중에는 배기가스 순환댐퍼(62)(이하 단순히 댐퍼라 함)가 설치되어 있고, 댐퍼(62)는 댐퍼구동장치(63)에 의하여 개폐구동되어, 배기 재순환량이 조절될 수 있게 되어있다.
이 구조에 의하여 연소실(1)에서 자연히 생기는 배기가스의 급기에의 자기재순환외에, 연소실(1)의 외부에서 배기재순환통로(61)를 통하여 배기가스의 급기에의 강제 재순환이 행해진다. 그리고, 이 배기재순환통로(61)를 통하여 재순환은 댐퍼(62)의 개방도를 조절함으로써 양과 온·오프가 제어 가능하다. 배기재순환에 의하여 연소가 완만하게 되어 그만큼 NOx의 생성이 억제되어 환경기준을 만족시킬수 있는 깨끗한 노가 된다. 또한, 축열연소 버너의 경우, 화염의 연소가 완만해져도, 연료는 전량이 연소되어 그 발열중 노 내에서 일(work)을 하지 않은 부분의 열량은 축열체에 대부분이 회수되어 새로운 공기 급기의 예열에 쓰이므로 노의 열효율은 높은 상태로 유지된다.
또, 배기의 일부를 급기에 재순환시킴으로써 재순환된 배기가스의 현열이 급기에 되돌아옴으로써, 열효율이 향상된다. 또, 축열체(30)에서 급기가 고온으로 예열됨으로써 연소가 안정되므로 배기가스 재순환량을 약간 높게 취해도 연소가 불안정하게 되는 일은 없다.
본 발명의 제 5실시예는 배기재순환의 제어를 포함한다. 더욱 상세하게는 제 4실시예에서, 열풍로를 냉간으로부터 기동하는 경우, 연소공기가 예열되어 있지 않기 때문에, 이 상태에서 배기재순환을 행하면, 연소가 불안정하게 될 염려가 있다. 이 때문에 냉간으로부터 기동할 때에는 댐퍼(62)를 폐쇄하고, 정상상태가 된 후 댐퍼(62)를 개방하도록 한다. 그 구조가 본 발명의 제 5실시예이다.
본 발명의 제 5실시예에 있어서는 제 8도에 나타낸 바와 같이 배기통로(59)에는 축열연소식 버너(10)의 배기가스 온도를 검출하는 온도센서(66), 배기가스의 산소농도를 검출하는 산소센서(65)가 설치되어 있고, 그들 센서(66, 65)의 출력은 댐퍼(62)의 개방도를 제어하는 제어기(64)에 출력된다. 또한, 연소상태의 검출을 위하여 산소센서(65)를 사용하였으나, 이것은 CO계나 광센서등 연소상태를 검출할 수 있는 다른 수단으로 치환되어도 좋다.
댐퍼(62)의 개방도 제어의 플로우는 제 9도에 나타낸 바와 같이 버너의 착화후의 온도를, 예를 들면 축열연소식 버너(10)의 배기가스온도를 온도센서(66)에 의하여 검출한다. 이 온도는 예를 들면 열풍온도(유체통로 출구온도), 노벽온도이더라도 좋다. 이 검출온도를 미리 설정된 배기가스온도와 비교하여(스텝 101), 검출배기가스온도가 설정온도보다 높아지면, 그때까지 닫혀 있던 댐퍼(62)의 제어를 개시한다(스텝 102). 다음에 검출한 배가가스의 산소농도와 미리 정한 산소농도 설정치를 비교하여(스텝 103), 설정치 보다도 검출 배기가스 산소농도가 높으면, 배기가스 순환량을 증가시켜도 좋다고 판단하여 댐퍼(62)를 열어간다. 다시, 배기가스의 산소농도와 설정치를 비교하고(스텝 103), 설정치 미만인 경우는 측정치가 설정치와 동등한지 여부를 판정하고(스텝 105), 측정치가 설정치와 같은 경우는 배기가스순환량이 적정치라고 판단하여 댐퍼(62) 개방도를 고정한다(스텝 106). 또, 측정치가 설정치 보다 작은 경우는 배기가스 순환량이 너무 많아 연소가 불안정하게 되는 것을 방지하기 위하여 댐퍼(62)를 폐쇄하여 간다(스텝 107). 이상의 루우프를 반복하여 적당량의 배기가스를 재순환시킨다. 이에 의하여 연소의 안정과 NOx의 억제를 동시에 만족시키도록 배기재순환을 제어한다.
본 발명의 제 6실시예는 배기의 노 내 자기순환을 촉진시키는 연소실 형상에 관한 것이다. 본 발명의 제 6실시예에 있어서는, 제 10도에 나타낸 바와 같이, 연소실(1)의 격벽(5)중 버너(10) 근방부분(1b)이, 버너(10)를 향하여 또 축방향 외측을 향하여 지름이 축소되는 원추상으로 형성되어 있고, 또, 화염에 대향하는 부분(1a)이 중심을 향하여 또 축방향 외측을 향하여 지름이 축소하는 원추상으로 형성되어 있다.
이에 의하여 노 내에서의 가스의 흐름이 원활하게 되어, 가스가 순환하게 되어 노벽의 열유속이 평균화되고, 국부열손상이 방지되어 전체적으로 온도를 올리게 됨으로써 노의 열효율도 높아진다. 또, 배기가스의 급기에의 자기순환도 원활하게 행해져 촉진되어 NOx생성 억제, 열유속이 더욱더 플랫화가 얻어진다.
또, 버너(10)의 배기통로(59)를 급기팬(54)의 흡입측으로 돌려(부호 67을 붙인 부분), 배기통로(59)를 통하는 배기가스(약 150℃~200℃의 온도를 가지고 있다)의 열을 급기에 회수되도록 되어 있다.
이에 의하여, 더욱더 폐열회수가 가능하게 되어, 노의 열효율은 약 97%이상으로도 된다. 또, 대기에 배출되는 배기가스온도가 저하하므로 환경상의 문제도 생기지 않는다.
본 발명의 제 1실시예에 의하면, 버너에 축열연소식 버너를 사용하고 있기 때문에, 버너로부터 급배기가 행해져 고온연소가스가 노내를 순환하고, 또 배기재순환에 의하여 연소가 완만하게 되어 화염이 노 안쪽방향으로 뻗음으로써 열유속이 전반적으로 평균화되어 노벽에 히트스포트가 생기기 어렵게 된다. 또한, 대류 전열부를 제거했기 때문에 노 구조를 단순화, 소형화할 수 있다. 또한, 노 안쪽벽면을 방사전열부로도 이용했기 때문에, 노구조를 단순화, 소형화할 수 있다. 또한, 유체흘림수단이 유체통로에 하류측으로부터 유체를 유인하므로 유체통로 흡입부를 상류를 향하여 전체둘레(全周) 개방하여 둠으로서 유체 통로에 균일하게 유체를 흘릴 수 있어, 연소실과 유체와의 사이의 전열효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 제 2실시예에 의하면, 유체흘림수단이 유체통로에 상류측으로부터 유체를 밀어 넣으므로, 유체흘림수단의 내열대책이 불필요하게 된다.
또한, 유체통로에 핀을 설치했으므로, 유체 체류시간을 크게할 수 있고, 또 유체통로를 통과하는 유체에 난류를 발생시킬 수 있어, 그 결과 전열효율을 높일 수 있다.
본 발명의 제 3실시예에 의하면, 연소실의 격벽중, 유체통로에 면하는 면에 요철을 형성하였으므로, 유체통로를 통과하는 유체에 난류를 발생시킬 수 있어, 전열효율을 높일 수 있다.
본 발명의 제 4실시예에 의하면 급기통로와 배기통로를 배기재순환통로로 접속하고, 배기재순환통로에 댐퍼를 설치하였으므로, 배기의 일부를 급기에 재순환시킬 수 있고, 또한 그 양을 댐퍼에서 자유롭게 제어할 수가 있다. 그 결과, 완만하게 연소시킬 수가 있어, NOx생성과 대기에의 배출을 억제할 수 있어 깨끗한 환경에 좋은 노로 할 수 있다.
본 발명의 제 5실시예에 의하면, 댐퍼는 적어도 노의 냉간기동시에 폐쇄되므로 기동시에 있어서의 연소성, 기동성을 높게 유지할 수 있다.
본 발명의 제 6실시예에 의하면 연소실의 격벽이 축열연소식 버너의 근방에 있어서 축열연소식 버너를 향하여 지름이 축소하는 원추상으로 형성되어 있으므로, 순환하는 배기의 급기에의 말려들어감이 원할하게 행해져 배기의 자기재순환이 원활하게 행해진다. 그 결과, 완만한 연소, NOx생성 억제가 효과적으로 얻어진다.

Claims (7)

  1. 내부와 외부를 간막이하는 격벽을 가지며, 열교환부로서 화염방사 전열부를 가지는 연소실과,
    축열체를 가지며, 연소용 에어를 축열체를 통하여 상기 연소실에 분사하여 상기 연소실에 화염을 형성하고, 상기 연소실로부터의 배기를 상기 축열체를 통하여 배출하고, 배기가 상기 축열체를 통과할 때에 배기열을 상기 축열체에 축열하고, 축열된 열을 상기 축열체를 통과하는 연소용 에어에 개방하여 연소용 에어를 예열하는 축열연소식 버너와,
    상기 연소실의 격벽을 따라 형성된 유체통로와,
    상기 유체통로에 접속되어, 상기 유체통로에 유체를 강제적으로 흐르게 하는 유체흘림수단으로 이루어지는 열유체 발생로에 있어서,
    상기 연소실이 열교환부로서 실질적으로 화염방사 전열부만을 가지는 연소실로 이루어진 것을 특징으로 하는 열유체 발생로.
  2. 제 2항에 있어서,
    상기 연소실의 격벽중 노 안쪽의 상기 화염에 대향하는 부분을 상기 화염방사 전열부의 열교환벽의 일부로서 이용하는 것을 특징으로 하는 열유체 발생로.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 유체통로가 상기 연소실의 격벽의 외주에, 전체둘레에 걸쳐 형성되어 상류측으로 개방되어 있고, 상기 유체흘림수단이 상기 유체통로에 하류측으로부터 접속하는 유인팬으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열유체 발생로.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 유체통로에 핀을 설치한 것을 특징으로 하는 열유체 발생로.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 연소실의 격벽중, 상기 유체통로에 면하는 면에 요철을 형성한 것을 특징으로 하는 열유체 발생로.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 축열연소식 버너에 급기통로와 배기통로를 접속하고, 상기 급기통로와 상기 배기통로를 배기 재순환통로로 접속하고, 상기 배기 재순환통로에 댐퍼를 설치한 것을 특징으로 하는 열유체 발생로.
  7. 제 8항에 있어서,
    상기 댐퍼는 적어도 노의 냉간 기동시에는 폐쇄되도록 개폐가 제어되는 것을 특징으로 하는 열유체 발생로.
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