KR100566806B1 - 다화염 예혼합 버너 - Google Patents

Abstract

버너플레이트에 사각 및 원형 염공을 최적비율로 조합 및 배열하여 버너의 설계시 부하량을 용이하게 조절하며 연소 안정성을 향상시키는 것으로, 본 발명은, 버너 플레이트에 소정의 단면적과 상호간격을 유지하도록 복수열의 사각염공이 종방향 또는 횡방향으로 반복적으로 배열천공되며, 화염의 안정성을 높일 수 있도록 사각염공의 열사이에 복수열의 원형염공이 사각염공에 대해 소정의 단면적과 상호간격을 유지하여 종방형 또는 횡방향으로 반복적으로 배열천공 된다.

이로 인해, 고부하 연소시 화염이 부상되는 것을 방지하여 높은 연소 안정성을 확보하며, 연소량이 급변시 역화가 방지되어 화염안전영역을 증대시키며, 질소산화물 및 일산화탄소의 배출량이 줄어들어 대기환경이 오염되는 것을 방지하며, 연소조건을 변화시킴에 따라 다화염의 청염과 적염을 버너표면 또는 그 표면속에 형성하여 각각 대류열 혹은 복사에너지를 선택적으로 얻게되며, 구조 간단화로 인해 사후관리가 용이하며 제품의 원가비용을 경감시킬 수 있다.

다화염, 버너, 예혼합, 다염공

Description

다화염 예혼합 버너{premixed burner of having multi-flame}

도 1은 본 발명에 의한 염공이 적용되는 다화염 예혼합 버너의 사용상태도,

도 2(a,b)는 본 발명에 의한 다화염 예혼합 버너의 버너 플레이트에 적용되는 염공의 형상을 설명하기 위한 도면,

도 3(a∼g)은 본 발명의 일 실시예에 의한 다화염 예혼합 버너의 버너 플레이트에 반복적으로 배열 천공되는 염공의 일부발췌도,

도 4(a∼h)는 본 발명의 다른 실시예에 의한 다화염 예혼합 버너의 버너 플레이트에 반복적으로 배열 천공되는 염공의 일부발췌도,

도 5(a∼i)는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 다화염 예혼합 버너의 버너 플레이트에 반복적으로 배열 천공되는 염공의 일부발췌도,

도 6은 본 발명에 의한 다화염 예혼합 버너의 버너 플레이트의 요부발췌도이다.

<도면중 주요 부분에 사용된 부호의 설명>

1; 혼합기 유입구

2; 분배판

3; 혼합기실

4; 평면형 버너 플레이트

4a; 원통형 버너 플레이트

6; 사각염공

7; 원형염공

본 발명은 가스와 공기를 미리 연소 최적상태의 혼합비로 혼합시킨 후 이를 염공면에 공급하여 연소시키는 다화염 예혼합 버너에 관한 것이다.

더욱 상세하게는, 버너 플레이트(burner plate)에 사각염공(rectangular flame hole 또는 main flame hole)과 원형염공(circle flame hole 또는 retention flame hole)을 최적비율로 조합 및 배열하여 버너의 설계시 부하량을 용이하게 조절하며, 연소 안정성을 향상시킬 수 있도록 한 다화염 예혼합 버너에 관한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 염공이 적용되는 다화염 예혼합 버너는, 공기와 연료가 접촉하여 혼합되는 혼합기(mixture)가 유입하는 혼합기 유입구(1)와, 혼합기 유입구(1)를 통과하는 혼합기에 균일한 유속을 부여하는 분배판(2)(distributor)과, 혼합기가 연소될 수 있도록 연료와 공기를 완전하게 혼합하는 혼합기실(3)(premixing chamber)과, 혼합기실(3)을 경유하여 평면형 버너 플레이트(4)에서 유출되는 혼합기를 점화시키는 점화플러그(5)와, 평면형 버너 플 레이트(4)에 형성되어 화염을 형성하는 사각염공(또는 주염공)(6) 또는 원형염공(또는 보조염공)(7)을 구비한다.

이때, 전술한 평면형(plane) 버너 플레이트(4)는 원통형(cylindrical) 버너 플레이트(4a)로 변형될 수 있고, 버너가 사용되는 조건에 의해 화염이 존재하는 위치가 변화되며 역화(flash back)를 방지하기 위한 별도의 기구가 전술한 버너 플레이트(4)와 혼합기실(3)사이에 배치될 수 있음은 물론 이다.

한편, 종래기술의 부분 예혼합화염 혹은 확산화염에서는 화염의 길이가 길어지고 이에 따라 질소산화물(NOx)이 100 ppm이상으로 다량 배출되고 이러한 버너를 이용하는 장치가 대형화되는 문제점이 있다.

그리고, 종래 다화염 예혼합 버너에서는, 전술한 사각염공 또는 원형염공이 일정한 간격으로 평면형 또는 원통형 버너 플레이트에 배열 및 천공됨에 따라 분사속도가 크게 되고 연소도중 화염이 부상하는 문제점과, 화염의 안정성 때문에 최대 연소량을 제한시켜야되는 문제점과, 이들 염공단면적을 증대시키는 경우 연소 부하가 감소하는 경우에 역화가 발생되는 문제점을 갖게된다.

따라서, 본 발명의 목적은, 단위면적당 부하량이 크고 화염의 길이가 짧게되어 컴팩트화할 수 있도록 한 다화염 예혼합 버너를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 고부하 연소시 화염이 부상 또는 불어날림되는 것을 방지하여 높은 연소 안정성을 확보하며, 연소부하가 감소하거나 공기연료비가 증가 하는 경우에 발생하는 역화가 방지되어 화염안전영역을 증대시킬 수 있도록 한 다화염 예혼합 버너를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 연소조건을 변화시킴에 따라 다화염의 청염과 적염을 버너표면 또는 그 표면속에 형성하여 각각 대류열과 복사에너지를 선택적으로 얻을 수 있도록 한 다화염 예혼합 버너를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 질소산화물(NOx) 및 일산화탄소(CO)의 배출량이 줄어들어 대기환경이 오염되는 것을 방지할 수 있도록 한 다화염 예혼합 버너를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 구조 간단화로 인해 사후관리가 용이하며 제품의 원가비용을 경감시킬 수 있도록 한 다화염 예혼합 버너를 제공하는 것이다.

전술한 본 발명의 목적은, 버너 플레이트에 소정의 단면적과 상호간격을 유지하도록 복수열의 사각염공이 종방향 또는 횡방향으로 엇갈리는 지그재그형으로 반복적으로 배열천공된 것을 특징으로 하는 다화염 예혼합 버너를 제공함에 의해 달성된다.

바람직한 실시예에 의하면, 전술한 사각염공은 대향되는 한 쌍의 제1사각염공이 횡방향으로 반복적으로 배열천공되며, 제1사각염공사이에 복수열의 제2사각염공이 제1사각염공에 대해 직각방향으로 배열천공된다.

전술한 본 발명의 목적은, 버너 플레이트에 소정의 단면적과 상호간격을 유 지하도록 복수열의 사각염공이 종방향 또는 횡방향으로 반복적으로 배열천공되며, 화염의 안정성을 높일 수 있도록 사각염공의 열사이에 복수열의 원형염공이 사각염공에 대해 소정의 단면적과 상호간격을 유지하여 종방향 또는 횡방향으로 반복적으로 배열천공된 것을 특징으로 하는 다화염 예혼합 버너를 제공함에 의해 달성된다.

바람직한 실시예에 의하면, 전술한 사각염공은 종방향 또는 횡방향으로 엇갈리는 지그재그형으로 반복하여 배열천공되며, 원형염공은 좌우방향으로의 사각염공사이 및 상하방향으로의 사각염공사이에 배열천공된다.

바람직한 실시예에 의하면, 전술한 사각염공은 종방향 또는 횡방향으로 엇갈리는 지그재그형으로 반복하여 배열천공되며, 원형염공은 사각염공에 대해 종방향 또는 횡방향으로 교대로 반복하여 배열천공된다.

바람직한 실시예에 의하면, 전술한 사각염공의 길이는 6∼19㎜ 더욱 바람직하기로는 6, 8, 10, 12, 15, 19㎜중 어느 하나로 형성되고, 사각염공의 높이는 0.5∼2.0㎜ 더욱 바람직하기로는 0.5, 0.8, 1.2, 1.5, 2.0㎜중 어느 하나로 형성되며, 사각염공의 수직간격은 0.5∼2.0㎜ 더욱 바람직하기로는 0.5, 1.0, 1.2, 1.5, 2.0㎜중 어느 하나로 형성되며, 사각염공의 수평간격은 사각염공 길이의 1/2로 형성된다.

이때, 다화염 예혼합 버너에서 주염공으로 직경이 작은 0.8∼2.0mm 정도의 원형염공 대신에 길이가 6∼19mm인 사각염공을 사용하는 이유는 공기와 연료 혼합기량의 변화에 따라 발생할 수 있는 공진현상을 방지하는 효과가 원형염공에 비해 우수하여 안정적인 연소를 행할 수 있기 때문이며, 이로 인해 팬의 제어를 원할하 게 하기 위함이다.

또한, 실험한 결과에 의하면 높이가 0.5∼2.0mm인 사각염공을 사용함으로써 역화되는 화염이 염공을 지나면서 주변으로 열을 빼앗기고 소멸되게 하여 안정적인 연소범위를 확장시키는 기능을 얻을 수 있음을 확인할 수 있었다.

또한, 전술한 사각염공간의 수직간격은 0.5∼2.0mm가 가장 바람직한 것으로 확인되었으며, 이는 염공간의 간격이 지나치게 커져서 발생하는 화염의 열소산을 막고, 간격이 좁아서 생기는 지나치게 높은 단위면적당 발열량을 피하기 위함이다.

한편, 사각염공의 길이는 사각염공 높이의 결정에 의해 단위염공당 부하량을 결정한 후 결정되며, 염공간의 거리는 버너 설계에 의해 결정된 버너플레이트에서의 단위면적당 부하량과 가공한계를 고려하여 범위 내에서 변화시킬 수 있다.

바람직한 실시예에 의하면, 전술한 원형염공의 직경은 0.8∼2.0㎜ 더욱 바람직하기로는 0.8, 1.0, 1.2, 1.5, 2.0㎜중 어느 하나로 형성되고, 원형염공의 간격은 0.5∼2.0㎜ 더욱 바람직하기로는 0.5, 1.0, 1.2, 1.5, 2.0㎜중 어느 하나로 형성된다.

바람직한 실시예에 의하면, 전술한 사각염공과 원형염공의 간격은 0.5∼2.0㎜ 더욱 바람직하기로는 0.5, 1.0, 1.2, 1.5, 2.0㎜중 어느 하나로 형성되며, 전술한 1행의 사각염공과 2행의 원형염공으로 이루어지는 유닛간의 상호 간격은 0.5∼25㎜범위로 형성된다.

원형염공은 보조염공으로서의 기능을 하며 보조염공이 없는 경우에는 혼합기의 유속이나 공기와 연료의 비가 지나치게 높게 되면 화염과 버너 플레이트가 만나 고 있는 화염 가장자리가 플레이트로 부터 부상하게 되어 안정한 연소가 불가능하게 된다. 이로 인해 주염공인 사각염공의 단면적보다 작은 직경 0.8∼2.0mm의 원형염공을 0.5∼2.0mm 간격을 유지하여 배치하면 주염공에서 분출되는 혼합기의 속도에 비해 원형염공에서 분출되는 유속이 상대적으로 작기 때문에 주염공의 화염을 버너 플레이트에 부착시키는 효과를 얻게된다.

또한, 화염가장자리에 보조염공으로부터의 OH래디칼(Radical) 공급과 열을 공급하는 효과에 의해 화염이 부상하는 효과를 저감시킬 수 있다. 원형염공의 직경은 사각염공의 크기에 따라 조절하여야 하며 실험한 결과, 지나치게 작거나 큰 원형염공을 사용할 때에는 보조염공으로서의 기능을 얻을 수 없었으며 0.8∼2.0mm가 가장 바람직한 것으로 확인할 수 있었다.

또한, 실험한 결과에 의하면 사각염공과 원형염공의 간격은 가까울수록 안정연소범위(TDR 4:1)가 넓어졌으나 가공성을 고려하여 0.5mm∼2.0mm가 가장 바람직한 것으로 확인할 수 있었다.

바람직한 실시예에 의하면, 전술한 사각염공 및 원형염공은 금속판재, 스테인레스스틸재, 메탈파이버 소결매트, NCA판재, 철-크롬합금소재의 판재, 철-크롬합금을 소재로 한 메탈파이버 소결매트, 철-크롬이 함유된 합금재중 어느 하나로 형성되는 버너 플레이트에 형성되고, 이때 버너 플레이트는 원통형, 평판형, 원뿔형 및 이중관(내향화염)형중 어느 하나로 형성될 수 있다.

바람직한 실시예에 의하면, 전술한 버너는 가정용 분젠식, 산업용 분젠식, 세미 분젠식 및 예혼합 연소방식중 어느 하나에 의해 연소되고, 버너의 연료로서 LPG, LNG, 도시가스, 수소가스 및 오일중 선택되는 어느 하나가 사용되며, 버너는 화염을 청염 또는 적염형태로 변화시키면서 연소시킬 수 있도록 형성된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 따라 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다.

도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 버너는 가스와 공기를 미리 연소 최적상태의 혼합비로 혼합시킨 후 연소시키는 예혼합 버너에 적용되며, 이때 버너 플레이트는 원통형, 평판형, 원뿔형, 이중관형 등으로 형성되며, 금속판재, 스테인레스스틸재, 메탈파이버 소결매트, NCA판재, 철-크롬합금을 소재로 한 판재, 철-크롬합금을 소재로 한 메탈파이버 소결매트, 철-크롬이 함유된 합금재중 어느 하나로 형성되는 버너 플레이트에 버너 설계시 부하를 용이하게 조절하며, 연소 안정성을 향상시킬 수 있도록 사각염공과 원형염공을 최적비율로 조합하여 배열 및 천공하게 된다.

또한, 전술한 버너의 연료로서 LPG, LNG, 도시가스, 수소가스 및 오일중 선택되는 어느 하나가 사용되고, 버너는 가정용 분젠식, 산업용 분젠식, 세미 분젠식 및 예혼합 연소방식중 어느 하나에 의해 연소될 수 있다.

또한, 화염을 적염(red flame) 또는 청염(blue flame)의 형태로 변화시키면서 대류열(convection heat)과 복사열(radiation heat)을 적절하게 이용하는 경우 공정에 적합한 제어운전이 가능하게 된다.

도 3에 도시된 버너 플레이트에 형성되는 염공은 보조염공의 기능이 없거나 비교적 약한 여러 가지의 변형 예를 나타내고 있다.

도 2(a) 및 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 단면형상이 직사각형인 복수열의 사각염공이 버너 플레이트에 병렬형으로 나란하게 반복적으로 배열되어 천공된다. 이와 같은 염공의 배열은 가장 단순한 반복형태로서 가공과 설계시 부하량 조절이 용이하여 높은 최고부하/최저부하의 비(TDR)가 요구되지 않는 목적으로 사용이 가능하다.

이때, 전술한 버너 플레이트에 형성되는 사각염공의 길이(ℓ1)는 6∼19㎜로 형성되며, 더욱 바람직하기로는 6, 10, 12, 15, 19㎜등으로 형성될 수 있다.

전술한 버너 플레이트에 형성되는 사각염공의 높이(ℓ2)는 0.5∼2㎜로 형성되며, 더욱 바람직하기로는 0.5, 0.8, 1.2, 1.5, 2.0㎜등으로 형성될 수 있다.

전술한 버너 플레이트에 형성되는 사각염공 간의 수직간격(h0)은 0.5∼2㎜로 형성되며, 더욱 바람직하기로는 0.5, 1.0, 1.2, 1.5, 2.0㎜등으로 형성될 수 있다.

도 2(a) 및 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 복수열의 사각염공이 버너 플레이트에 엇갈리는 지그재그형상으로 반복적으로 배열되어 천공된다.

이때, 이웃하는 사각염공의 수평간격(ℓ3)은 (ℓ1) ×(1/2)으로 형성되며, 기타 설계조건은 도 3(a)에 도시된 사각염공의 것을 따라 적용된다.

이와 같은 염공배열은 가공이 용이하며 염공간의 간격을 조절하여 쉽게 원하는 부하로 설계할 수 있다.

도 2(a) 및 도 3(c)에 도시된 바와 같이, 도 3(a,b)에 도시된 염공의 배열이 변형되어 형성된 것으로, 이때 설계조건은 도 3(a)에 도시된 염공의 것을 따라 적용된다.

이와 같은 염공배열은 도 3(b)에 도시된 것과 유사하나 염공의 배열이 규칙적으로 반복되어 버너 플레이트를 대량생산하여 원하는 크기의 버너 플레이트를 절단하여 사용할 수 있다.

도 2(a) 및 도 3(d)에 도시된 바와 같이, 2열의 사각염공사이에 3행의 사각염공이 반복적으로 배열되어 형성되며, 이때 염공간의 간격은 버너의 부하에 따라 적절하게 조절되며, 설계조건은 도 3(a)에 도시된 염공의 것을 따라 적용된다.

이와 같은 염공배열은 3(d)와 마찬가지로 염공의 배열이 규칙적으로 반복되어 버너 플레이트를 대량생산하여 원하는 크기의 플레이트를 절단하여 사용할 수 있다.

도 2(b) 및 도 3(e)에 도시된 바와 같이, 버너의 설계시 부하를 조절할 수 있도록 사각염공과 원형염공을 교호적으로 나란하게 배열하되, 일예로서 사각염공의 좌우측에 단면형상이 원형인 3행의 원형염공이 반복적으로 배열되어 천공된다.

이때, 버너 플레이트에 형성되는 원형염공의 직경(d0)은 0.8∼2㎜로 형성되며, 더욱 바람직하기로는 0.8, 1.0, 1.2, 1.5, 2㎜등으로 형성될 수 있다.

전술한 버너 플레이트에 형성되는 원형염공 간의 간격(ℓ4)은 0.5∼2㎜로 형성되며, 더욱 바람직하기로는 0.5, 1.0, 1.2, 1.5, 2.0㎜등으로 형성될 수 있다.

원형염공과 사각염공 간의 수직간격(h1)은 0.5∼2㎜로 형성되며, 더욱 바람직하기로는 0.5, 1.0, 1.2, 1.5, 2.0㎜등으로 형성될 수 있다.

이와 같은 염공배열은 사각염공의 양끝단에 각각 원형염공이 위치하여 TDR을 다소 높일 수 있으며 원형염공의 열 혹은 행수를 조절하여 원하는 부하를 갖도록 설계하는 것이 용이하다.

도 2(b) 및 도 3(f)에 도시된 바와 같이, 사각염공의 연소 안정성을 향상시킬 수 있도록 4열의 병렬형으로 형성되는 사각염공의 좌우측에 1행의 원형염공이 반복적으로 배열되어 천공된다.

이때, 1행의 사각염공과 2행의 원형염공으로 이루어지는 유닛(unit)간의 상호간격은 바람직하기로는 0.5∼25㎜, 일예로서 0.5∼2.0㎜으로 형성되며, 기타 설계조건은 도 3(e)에 도시된 염공의 것을 따라 적용된다.

이와 같은 염공배열은 도 3(f)와 마찬가지로 사각염공의 양끝단에 각각 원형염공이 위치하여 TDR을 다소 높일 수 있으며 각 유닛마다의 간격을 조절하여 설계시 부하를 변화시킬 수 있다. 각 유닛간에는 일반적으로 간격을 유지하여 부하가 낮은 버너용도로 사용이 적합하며 부분 예혼합버너의 플레이트로도 사용이 가능하다.

도 2(b) 및 도 3(g)에 도시된 바와 같이, 원형염공간의 행간 거리를 줄여 단위면적당 많은 염공을 형성함에 따라 버너의 연소부하를 높일 수 있도록 사각염공의 좌우측에 원형염공을 엇갈리도록 형성한다.

이때, 연소 안정성이 버너 플레이트의 전면에 걸쳐 일정하도록 원형염공 상호간의 거리(ℓ4)를 동일하게 배열하여 천공하며, 기타 설계조건은 도 3(e)에 도시된 염공의 것을 따라 적용된다.

이와 같은 염공배열은 도 3(e)에 도시된 것과 유사하여 사각염공의 양끝단에 각각 원형염공이 위치하여 TDR을 다소 높일 수 있으며 원형염공의 행수를 조절하여 원하는 부하를 갖도록 설계하는 것이 용이하다. 다만, 차이점은 원형염공간의 간격을 일정하게 유지하여 염공간의 상호영향이 동일하도록 되며 이에 따라 연소안정성이 다소 개선될 수 있다.

도 4에 도시된 버너 플레이트에 형성되는 염공은 원형염공의 일부 또는 전부가 보조염공의 기능을 하게되며, 사각염공과 원형염공의 크기와 상호간격을 적절하게 조절함에 따라 화염 안정성이 향상되므로 고부하에서 저부하까지 보다 폭 넓은 비례적인 운전이 가능하게 된다.

이와 같은 염공배열은 사각염공의 주변에 일정간격을 유지하며 원형염공이 위치하여 사각염공에서의 화염가장자리에 보조염공으로부터의 OH래디칼(Radical) 공급과 열을 공급하는 효과에 의해 화염이 부상하는 효과를 저감시킨다. 이로 인해안정한 연소상태를 유지하여 TDR이 약 3:1까지 증가하며 원형염공의 갯수와 사각염공과 원형염공의 배열을 달리하여 설계시 원하는 부하량 조절이 용이하게된다.

도 2(b) 및 도 4(a)에 도시된 바와 같이, 2열의 사각염공사이에 2∼5개의 원형염공이 삽입되어 반복적으로 배열되어 천공된다.

버너 플레이트에 천공되는 원형염공의 위치는 사각염공의 양쪽 끝단이나 균등분배(2∼4등분)된 지점에 위치하도록 배열하며, 기타 설계조건은 도 3에 도시된 염공의 것을 따라 적용된다.

도 2(b) 및 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 2열의 사각염공 및 원형염공이 버 너 플레이트에 엇갈리는 지그재그형상으로 반복적으로 배열되어 천공되며, 버너 플레이트상에서 연소부하가 도 4(a)에 도시된 염공보다 균일하게되며, 기타 설계조건은 도 4(a)에 도시된 염공의 것을 따라 적용된다.

도 2(b) 및 도 4(c)에 도시된 바와 같이, 2열의 사각염공사이에 2∼5개의 원형염공이 반복적으로 배열되어 천공된다. 기타 설계조건은 도 4(a)에 도시된 염공의 것을 따라 적용된다. 이때 사각염공 주변에 배열된 원형염공 간의 거리는 도 4(a)에 도시된 염공의 것보다 줄어들게 된다.

도 2(b) 및 도 4(d)에 도시된 바와 같이, 도 4(c)에 도시된 사각염공과 원형염공을 엇갈리는 지그재그형상으로 반복적으로 배열하여 천공함에 따라 버너 플레이트상에서 연소부하가 보다 균일하게 된다. 기타 설계조건은 도 4(c)에 도시된 염공의 것을 따라 적용된다.

도 2(b) 및 도 4(e)에 도시된 바와 같이, 사각염공과 원형염공을 2열씩 적층형으로 반복적으로 배열하여 천공하며, 기타 설계조건은 도 4(c)에 도시된 염공의 것을 따라 적용된다.

도 2(b) 및 도 4(f)에 도시된 바와 같이, 도 4(e)에 도시된 사각염공과 원형염공을 엇갈리게 지그재그형상으로 반복적으로 배열하여 천공하며, 기타 설계조건은 도 4(e)에 도시된 염공의 것을 따라 적용된다.

도 2(b) 및 도 4(g)에 도시된 바와 같이, 도 3(b)에 도시된 염공 배열을 변형시켜 연소 안정성을 향상시킬 수 있도록 천공하며, 사각염공의 상하측에 2∼5개의 원형염공이 형성되며, 동일한 열(row)에서의 사각염공의 설계조건은 도 3(b)에 도시된 염공의 것을 따라 적용하며, 사각염공과 원형염공 간의 설계기준은 도 4(c)에 도시된 염공의 것을 따라 적용한다.

도 2(b) 및 도 4(h)에 도시된 바와 같이, 도 3(c)에 도시된 염공 배열을 변형시켜 연소 안정성을 향상시킬 수 있도록 천공하며, 사각염공의 상하측에 2∼5개의 원형염공이 반복적으로 배열되어 형성되며, 동일한 열(row)에서의 사각염공의 설계조건은 도 3(c)에 도시된 염공의 것을 따라 적용하며, 사각염공과 원형염공 간의 설계기준은 도 4(c)에 도시된 염공의 것을 따라 적용한다.

도 5에 도시된 버너 플레이트에 형성되는 염공은 원형염공을 추가 또는 배열을 변형하여 보조염공의 기능을 강화하거나 부하를 용이하게 조절할 수 있게 된다.

이와 같은 염공배열은 사각염공의 주변에 일정간격을 유지하며 원형염공이 위치하여 사각염공에서의 화염가장자리에 보조염공으로부터의 OH래디칼(Radical) 공급과 열을 공급하는 효과에 의해 화염이 부상하는 효과를 저감시킨다. 다만 도 4에서의 경우와 비교할때 다른 점은 사각염공의 양쪽 끝단에 원형염공을 추가 위치시키는 배열이나 원형염공사이에 원형염공을 추가 위치시키는 배열을 갖는 것이다.

이로 인해, 보조염공의 기능을 높여 안정한 연소상태가 유지되어 TDR이 약 4:1까지 향상되며, 원형염공의 갯수와 사각염공과 원형염공의 배열을 달리하여 설계시 원하는 부하량 조절이 용이하도록 한다.

도 5(a)에 도시된 바와 같이, 도 4(c)에 도시된 염공 배열을 변형시킨 것으로, 사각염공 사이에 2∼5개의 원형염공을 반복적으로 배열하고, 사각염공 좌우측에 원형염공을 반복적으로 배열하여 연소 안정성을 향상시키며, 단위면적당 연소부 하를 증가시킬 수 있게된다.

각 유닛사이의 간격(ℓ3)은 0.5∼25㎜를 유지하고, 사각염공과 이의 좌우측에 배열되는 원형염공 간의 간격은 0.5∼1.5㎜를 유지하며, 기타 설계조건은 도 4(c)에 도시된 염공의 것을 따라 적용된다.

도 5(b)에 도시된 바와 같이, 도 4(c)에 도시된 염공 배열을 변형시킨 것으로, 사각염공사이에 2열의 원형염공을 반복적으로 삽입하여 배열하되, 1열의 원형염공이 상하의 사각염공에 공용으로 사용되도록 배열되며, 기타 설계조건은 도 4(c)에 도시된 염공의 것을 따라 적용된다.

도 5(c)에 도시된 바와 같이, 도 5(b)에 도시된 염공 배열을 변형시킨 것으로, 사각염공사이에 3열의 원형염공을 일정간격(ℓ4)으로 반복적으로 삽입하여 배열하되, 원형염공 1열이 상하의 양쪽 사각염공의 연소안정성을 향상시키도록 배열된다. 기타 설계조건은 도 5(b)에 도시된 염공의 것을 따라 적용된다.

도 5(d)에 도시된 바와 같이, 도 4(c)에 도시된 염공 배열을 변형시킨 것으로, 원형염공의 연소 안정성을 향상시키도록 사각염공사이에 2∼5개의 원형염공을 반복적으로 배열하고 원형염공사이에 원형염공을 추가하여 배열한다. 기타 설계조건은 도 4(c)에 도시된 염공의 것을 따라 적용된다.

도 5(e)에 도시된 바와 같이, 도 5(d)에 도시된 염공 배열을 변형시킨 것으로, 사각염공과 원형염공의 연소 안정성을 향상시키도록 사각염공사이에 2∼5개의 원형염공을 반복적으로 배열하고 유닛사이에 1행의 원형염공을 배열한다. 기타 설계조건은 도 5(d)에 도시된 염공의 것을 따라 적용된다.

도 5(f)에 도시된 바와 같이, 도 5(e)에 도시된 염공 배열을 변형시킨 것으로, 보다 균일한 연소부하를 확보할 수 있도록 도 5(e)에 도시된 사각염공과 원형염공을 엇갈리는 지그재그형상으로 반복적으로 배열하며, 기타 설계조건은 도 5(e)에 도시된 염공의 것을 따라 적용된다.

도 5(g)에 도시된 바와 같이, 도 5(a)에 도시된 염공 배열을 변형시킨 것으로, 사각염공사이에 2∼5개의 원형염공이 배열되고 사각염공의 좌우측에 1행의 원형염공이 배열되며, 이웃하는 원형염공사이에 1행의 원형염공을 추가배열함에 따라, 버너의 단위면적당 부하를 증가시키며, 원형염공의 연소 안정성을 향상시킬 수 있다. 기타 설계조건은 도 5(a)에 도시된 염공의 것을 따라 적용된다.

도 5(h)에 도시된 바와 같이, 도 3(d)에 도시된 염공 배열을 변형시킨 것으로, 횡방향의 사각염공사이에 2∼5개의 원형염공을 배열하며, 사각염공의 연소 안정성을 향상시킬 수 있도록 사각염공사이에 1개의 원형염공을 배열한다. 기타 설계조건은 도 5(a)에 도시된 염공의 것을 따라 적용된다.

도 5(i)에 도시된 바와 같이, 도 4(c)에 도시된 염공 배열을 변형시킨 것으로, 사각염공사이에 2∼5개의 원형염공이 배열되며, 단위염공당 부하가 적어 버너의 부하를 용이하게 조절할 수 있도록 유닛사이에 3행의 원형염공이 배열된다. 기타 설계조건은 도 4(c)에 도시된 염공의 것을 따라 적용된다.

한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 버너 플레이트를 설계시 고부하 화염의 뜨는 현상(lift-off) 또는 불어날림(blow-off)현상을 방지하기 위하여 버너 플레이트에 불어날림 방지용 원형보조염공을 배열할 수 있다.

즉, 버너 플레이트의 가장자리에 고부하에서 화염이 부상하거나 화염이 소멸되는 것을 방지할 수 있도록 사각염공이 횡방향으로 반복적으로 배열되며, 원형염공간의 거리가 동일하게되어 연소 안정성을 균일하게 유지할 수 있도록 사각염공사이에 3개의 1행의 원형염공이 배열되며, 사각염공하측에 2열 이상의 원형염공이 등간격으로 배열된다.

이상에서와 같이, 바람직한 실시예에 의하면 아래와 같은 이점을 갖는다.

단위면적당 부하량이 크고 화염의 길이가 짧게되어 컴팩트화할 수 있다.

또한, 고부하 연소시 화염이 부상(lift-off) 또는 불어날림(blow-off)되는 것을 방지하여 높은 연소 안정성을 확보함에 따라 고부하 연소를 실현하며, 연소량이 급변시 역화가 방지되어 화염안전영역을 증대시킬 수 있다.

또한, 연소조건을 변화시킴에 따라 다화염의 청염과 적염을 버너표면 또는 그 표면속에 형성하여 각각 대류열과 복사에너지를 선택적으로 얻을 수 있게된다.

또한, 질소산화물 및 일산화탄소의 배출량이 줄어들어 대기환경이 오염되는 것을 예방할 수 있다.

또한, 구조 간단화로 인해 사후관리가 용이하며 제품의 원가비용을 경감시킬 수 있다.

Claims (13)

1. 다화염 예혼합 버너 플레이트에 소정의 단면적과 상호간격을 유지하도록 복수열의 사각염공이 종방향 또는 횡방향으로 엇갈리는 지그재그형으로 반복적으로 배열천공된 다화염 예혼합 버너에 있어서,

   상기 사각염공은 대향되는 한 쌍의 제1사각염공이 횡방향으로 반복적으로 배열천공되며, 상기 제1사각염공 사이에 복수열의 제2사각염공이 상기 제1사각염공에 대해 직각방향으로 배열천공된 것을 특징으로 하는 다화염 예혼합 버너.
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13. 제1항에 있어서, 상기 버너 플레이트는 원뿔형 및 이중관형중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 다화염 예혼합 버너.

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