KR100738804B1 - 공해물질 저감형 버너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공업로, 보일러, 온풍기, 냉온수기, 난방기 등에 적용될 수 있는 공해물질 저감형 버너에 관한 것으로, 특히 본 발명의 버너에서는 예혼합연소를 적용하고, 난류강도 증가 및 배기가스 순환을 이용한 냉각과 재연소 기능 등이 복합적으로 발휘되는 새로운 타입의 구조로 구성하여, 고온의 연소가스 발생을 감소시킴으로써, 대기오염인 질소산화물의 생성을 억제하도록 한 것이다.

본 발명은, 미연소가스 출구관이 구비된 하우징과; 상기 하우징의 내부에 미연소가스 출구관과 연소실이 통하면서 배기가스 유로가 형성되도록 배치되는 연소기와; 상기 연소실의 연소가스가 배기가스 유로를 따라 재순환할 수 있도록 연소기 일단에 형성되는 다수개의 통공 및 타단에 미연소가스 출구관과 마주하도록 형성되는 유입공과; 상기 유입공으로 배치되는 형태로 하우징에 설치되어 외부로부터 공급되는 연료와 공기의 혼합물이 유입공을 통해 연소기의 길이방향으로 분사되는 제 1분사노즐과; 상기 하우징의 둘레를 따라 연소기의 연소실과 통하도록 하나 이상 결합되어 외부로부터 공급되는 연료와 공기의 혼합물이 연소기의 측 방향에서 분사되는 제 2분사노즐;로 구성된 공해물질 저감형 버너가 제공된다.

버너, 열, 예혼합, 다단, 연소, 질소 산화물, 저감, 순환, 난류

Description

공해물질 저감형 버너{A Burner for Reducing Pollutional Material}

도 1은 본 발명에 대한 공해물질 저감형 버너를 보여주는 사시도이다.

도 2는 본 발명에 대한 버너의 내부를 보여주는 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 버너 12 : 커버

14 : 하우징 16 : 연소기

18 : 제 1분사노즐 20 : 제 2분사노즐

22 : 냉각수 24 : 냉각수관

26 : 공기 유로 28 : 배기가스 유로

30 : 미연가스 출구관 32 : 연소실

34 : 공기 출구관 36 : 공기 공급관

38 : 제 1혼합기 40 : 유입공

42 : 제 2혼합기 44 : 통공

본 발명은 공해물질 저감형 버너에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 예혼합연소적용, 난류강도 증가, 배기가스 순환을 이용한 냉각 및 재연소 기능이 복합적으로 발휘될 수 있는 새로운 타입의 구조로 구성하여 고온의 연소가스 발생을 감소시킴으로써, 대기오염원인 질소산화물의 생성을 억제할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로, 공업로, 보일러, 온풍기, 냉온수기, 난방기 등에 장착되는 통상적인 버너는 공해물질(특히 질소산화물)의 생성을 억제하기 위한 다양한 연소법이 적용되고 있다.

대표적으로 적용되고 있는 연소방법으로는 다단 연소법, 배기가스 재순환 연소법 및 분할 화염 연소법 등이 제안되고 있다.

상기 다단연소법(단계적 연소라고도 함)은, 연료 및 공기를 단계적으로 나누어 공급하게 되며, 연소과잉영역에서는 산소농도 감소에 따른 질소산화물의 생성, 제어 및 N₂(질소분자)로의 환원을 촉진 후 충분한 공기를 공급하여 완전연소를 유도함으로써, 효율의 저하 없이 질소산화물의 생성 및 배출을 억제하는 연소 개선법으로 공기를 단계적으로 공급하는 방법과 연료를 단계적으로 공급하는 방법이 있다. 그러나 이와 같은 다단연소법이 적용되면 버너의 규모가 커지기 때문에 규모가 작은 소형 보일러에는 장착할 수 없는 어려움이 있다.

상기 배기가스 재순환 연소법은, 연소로 내의 연소영역에 배기가스를 재순환시킴으로써, 로내 가스의 유량 증가에 따른 로내 온도를 낮추고 연소영역의 산소농도를 희석시켜 질소산화물 생성을 억제하는 방향으로 제어하는 방법이다. 그러나 혼합가스에 혼합되는 공기량이 많아져야 하기 때문에 연소실의 용적을 크게 하여야할 뿐만 아니라 설치면적이 크고 화염 길이의 조절이 불가능하여 소형 보일러에는 사용할 수 없는 단점이 있다.

상기 분할 화염 연소는, 노즐 출구의 모양을 변형시켜 화염을 여러 개의 독립된 작은 화염으로 분할함으로써, 화염의 방열성을 증가시켜 화염온도를 저하시킴과 동시에 화염층을 얇게 형성시켜 체재시간의 단축을 꾀함으로써, 질소산화물의 생성을 억제하게 된다. 그러나 분할 화염버너에는 화염길이가 짧고 미연분의 발생도 적지만 그 억제 원리로는 연로 질소산화물의 제어에 대하여 큰 효과를 기대할 수 없는 한계가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 발명된 것으로, 예혼합연소적용 및 난류강도의 증가, 배기가스 순환을 이용한 냉각 및 재연소 기능이 복합적으로 발휘되는 구조로 버너를 구성함으로써, 대기오염원인 질소산화물의 생성을 억제하고 그에 따라 질소산화물의 배출을 최소화할 수 있도록 하는 점에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 미연소가스 출구관이 구비된 하우징과; 상기 하우징의 내부에 미연소가스 출구관과 연소실이 통하면서 배기가스 유로가 형성되도록 배치되는 연소기와; 상기 연소실의 연소가스가 배기가스 유로를 따라 재순환할 수 있도록 연소기 일단에 형성되는 다수개의 통공 및 타단에 미연소가스 출구관과 마주하도록 형성되는 유입공과; 상기 유입공으로 배치되는 형태로 하우징에 설치되어 외부로부터 공급되는 연료와 공기의 혼합물이 유입공을 통해 연소기의 길이방향으로 분사되는 제 1분사노즐과; 상기 하우징의 둘레를 따라 연소기의 연소실과 통하도록 하나 이상 결합되어 외부로부터 공급되는 연료와 공기의 혼합물이 연소기의 측 방향에서 분사되는 제 2분사노즐;로 구성된 공해물질 저감형 버너에 기술적 특징이 있다.

또한, 상기에서 하우징의 외부에는 미연소가스 출구관이 노출되는 형태로 공기 공급관이 구비된 커버가 설치되면서 하우징과 커버 사이에 공기 유로를 형성하고, 상기 커버에는 미연소가스 출구관과 동일한 방향으로 향하는 공기 출구관이 하나 이상 구비되어 있어, 외부로부터 공급된 공기가 화염에 공급되도록 하는 구조가 바람직할 것이다.

또한, 상기에서 배기가스 유로에는 입구부와 출구부를 가지는 냉각수관이 연소기의 길이방향을 따라 권선되는 형태로 설치되어 있어, 상기 냉각수관으로 흐르는 냉각수와 배기가스 간에 열교환 작용으로 배기가스가 냉각되도록 하는 구조가 바람직할 것이다.

이하, 첨부된 예시도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 대한 공해물질 저감형 버너를 보여주는 사시도이고, 도 2는 본 발명에 대한 버너의 내부를 보여주는 단면도이다.

첨부된 도면에서 보듯 본 발명의 버너(10)에 대한 구성요소를 살펴보면, 각각 체적을 가지고 삼중관 형태로 배치되는 커버(12) 및 하우징(14), 그리고 도시되지 아니한 점화장치를 내부에 구비시킨 연소기(16)와, 상기 연소기(16)의 내부로 연료와 공기의 혼합물이 분사하는 제 1,2분사노즐(18,20)과, 상기 연소기(16)의 외부를 권선 하는 형태로 구비되어 냉각수(22)가 순환되도록 구비되는 냉각수관(24)으로 구성된다.

구체적으로, 상기 커버(12)의 내부에는 연소기(16)를 수용한 하우징(14)이 설치된다. 이때 커버(12)와 하우징(14) 사이 및 상기 하우징(14)과 연소기(16)의 사이에는 공기 유로(26)와 배기가스 유로(28)가 각각 형성되어 삼중관 형태의 배치 구조를 가진다.

또한, 상기 하우징(14)이 커버(12)의 내부에 설치시, 커버(12)의 일 측면으로 하우징(14)에 구비된 미연가스 출구관(30)이 일정 길이만큼 노출되며, 미연가스 출구관(30)과 연소기(16) 연소실(32)은 서로 통하는 상태가 된다. 아울러, 미연소 출구관(30)이 관통하는 커버(12)의 일 측면을 기준으로 1단 연소부와 2단 연소부로 나뉘는 다단연소 구조로 구성된다.

또한, 상기 미연소가스 출구관(30)으로부터 외측방향으로 이격된 커버(12)에 는 길이를 가진 다수개의 공기 출구관(34)이 미연소가스 출구관(30)과 동일한 방향을 향하면서 공기 유로(26)와 통하도록 구비되어 있다. 이러한 구조에 의해 상기 커버(12)의 공기 공급관(36)으로부터 공급된 공기는 공기 유로(26)를 따라 공기 출구관(34)을 통해 분사되게 된다.

그리고, 상기 공기 출구관(34)으로부터 길이방향으로 대응하는 커버(12)에는 연료와 공기를 혼합하는 제 1혼합기(38)가 배치되는데, 이때 상기 제 1혼합기(38)와 연결되는 제 1분사노즐(18)이 커버(12)와 하우징(14)를 각각 관통하여 미연가스 출구관(30)과 마주하도록 형성되는 연소기(16)의 유입공(40)과 간격(D)을 가지고 설치된다. 이에 따라 상기 제 1분사노즐(18)로부터 분사되는 연료와 공기의 혼합물이 유입공(40)을 통해 연소실(32)로 분사되게 되며, 아울러 배기가스의 순환에 대한 이송력 및 이송량을 제어하게 된다.

또한, 상기 커버(12)의 외면에는 둘레를 따라 제 1혼합기(38)과 동일 기능을 발휘하는 제 2혼합기(42)가 서로 가격을 가지고 다수개 배치되며, 상기 제 2혼합기(42)와 연결되는 제 2분사노즐(20)이 커버(12)와 하우징(14)을 각각 관통하여 연소기(16)의 연소실(32)과 통하도록 결합됨으로써, 연소실(32)에서는 화살표와 같은 선회를 일으키게 된다. 즉, 상기 제 2분사노즐(20)이 연소실(32)의 중앙으로 직접 분사되는 것이 아니라 연소실(32)의 내주연으로 분사되면서 아울러 연소실(32)이 원형으로 형성되어 있기 때문에 혼합물이 내주연을 따라 이동하게 되면 자연적인 선회가 형성되는 것이다.

따라서, 상기 제 2혼합기(42)의 제 2분사노즐(20)부터 혼합된 연료와 공기가 연소실(32)로 고속 분사시, 제 2분사노즐(20)이 연소실(32)의 내주연을 향하여 분사되므로 앞서 언급되었듯이 연소기(16)의 길이방향을 따라 화살표와 같은 선회를 형성하게 된다. 그리고 각각의 제 2분사노즐(20)의 화염은 다음 위치에 제 2분사노즐(20)의 화염에 대한 점화원으로 작용하기 때문에 연료와 공기를 혼합한 혼합물이 고속을 분사하더라도 안정된 화염을 형성할 수 있고 그에 따라 연소실(32)의 난류강도를 매우 크게 형성할 수 있게 된다.

또한, 상기 유입공(40)으로부터 길이방향으로 이격된 연소기(16)의 일측 단부에는 둘레를 따라 복수개의 통공(44)이 형성되어 있어, 상기 연소실(32)의 연소가스 일부가 통공(44)과 배기가스 유로(28)를 따라 이동하여 유입공(40)을 통해 연소실(32)로 재유입되는 순환구조로 이루어져 있다.

또한, 상기 연소기(16)의 외부 즉, 배기가스 유로(28)에는 냉각수관(24)이 연소기(17)의 길이방향을 따라 적어도 1회 이상 권선 되어 입구부(A)와 출구부(B)가 커버(12)로 인출되도록 설치된다. 이러한 냉각수관(24)은 냉각수(22)가 순환할 수 있도록 이루어진다.

따라서, 상기 냉각수관(24)을 따라 순환하는 냉각수(22)는 배기가스 유로(28)를 따라 이동하는 배기가스와 서로 열교환 하게 되는 구조이므로, 상기 냉각수(22)는 고온을 형성하게 되고, 배기가스는 온도가 낮아진 저온 상태가 되어 연소실(32)의 내부로 재유입되게 된다. 아울러 상기 출구부(B)로 나오는 냉각수(22)는 온수 혹은 난방수 등으로 다양하게 이용할 수 있음은 자명할 것이다.

본 발명의 공해물질 저감형 버너(10)는, 먼저 상기 제 1,2혼합기(38,42)에서 연료와 공기가 최적으로 혼합되고, 그 혼합물이 제 1,2분사노즐(18,20)로부터 각각 빠른 속도를 가지고 연소기(16) 연소실(32)로 각각 분사된다. 이때 제 2분사노즐(20)의 분사 방향에 의해 연소실(32)에서 선회를 일으키게 되므로 난류강도가 자연적으로 증가하게 된다.

또한, 상기 커버(12)의 공기 공급관(36)으로 공급되는 공기는, 커버(12)와 하우징(14) 사이의 공기 유로(26)를 따라 최종적으로는 공기 출구관(34)으로 분사된다. 이때 공기 출구관(34)으로 분사되는 공기가 미연가스 분출관(30)에서 형성되는 화염을 감싸는 형태로 분사되어 완전연소를 유도함으로써 불완전연소로 인한 대기오염원의 배출이 최소화될 수 있게 된다.

또한, 위와 같이 공기가 공기 유로(26)를 따라 이동하게 되면, 하우징(14)에서 발생되는 열을 흡수하게 되며, 이에 따라 배기가스 유로(28)로 이동하는 배기가스의 온도가 자연히 낮아지게 되므로, 연소실(32)의 내부 화염 온도가 낮아지게 된다.

또한, 상기 연소기(16)의 연소실(32)에서 발생하는 연소가스 일부는 연소기(16)의 통공(44)과 배기가스 유로(28)를 따라 유입공(40)을 통해 재유입되어 연소가스와 혼합되는 형태로 순환 및 재연소 하게 된다.

즉, 상기 유입공(40)과 제 1분사노즐(18)간에는 간격(D)을 형성하고 있기 때문에 제 1분사노즐(18)의 분사력에 의해 유입공(40)의 주변에 존재하는 배기가스가 혼합물과 함께 연소실(32)로 밀려 들어가 되며, 이로 인해 통공(44)에서는 연소가스를 흡입하려는 흡입력이 형성되어 배기가스 순환이 용이하게 이루어진다.

위와 같이 배기가스가 순환되는 동안, 배기가스는 앞서 언급되었듯이 공기 유로(26)를 따라 이동하는 공기에 의해 1차 냉각이 이루어지게 되고, 냉각수관(24)으로 흐르는 냉각수(22)와의 열교환에 의해 2차 냉각이 이루어진 상태가 되므로, 연소실(32)의 냉각을 더욱 가속화시킬 수 있어 화염온도가 더 낮아지게 된다.

따라서, 본 발명의 공해물질 저감형 버너(10)는, 연료와 공기를 혼합한 혼합물 상태로 분사하여 연소하는 예혼합연소가 적용되면서, 아울러 혼합물의 선회를 통한 난류강도 증가 및 배기가스의 냉각을 통해 연소실(32)의 화염온도를 낮춤으로써, 대기오염원의 생성을 억제하게 된다.

나아가 배기가스의 재연소 및 미연가스 분출관(30)에서 형성되는 화염의 완전연소를 유도함으로써 불완전연소로 인한 대기오염원의 생성을 억제하므로, 결과적으로 대기오염원의 배출을 최소화할 수 있게 된다.

그러나 도면에 도시된 공해물질 저감형 버너는 하나의 적용 예를 보여주는 것에 불과할 뿐, 이에 한정될 필요는 없으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구 든지 다양한 변형이 가능하며, 이러한 변형은 본 발명의 특허청구범위로부터 벗어나지 않음이 자명한 사실이다.

위와 같이 본 발명은 예혼합연소와 연소실 내부의 혼합물의 선회를 통한 난류강도 증가와, 배기가스 재순환을 이용한 냉각 및 재연소 기능에 의해 화염온도를 낮추어 높은 온도의 연소가스 발생을 감소시킴으로써, 대기오염원인 질소산화물의 생성을 최소화할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

Claims (3)

1. 미연소가스 출구관(30)이 구비된 하우징(14)과;

   상기 하우징(14)의 내부에 미연소가스 출구관(30)과 연소실(32)이 통하면서 배기가스 유로(18)가 형성되도록 배치되는 연소기(16)와;

   상기 연소실(32)의 연소가스가 배기가스 유로(18)를 따라 재순환할 수 있도록 연소기(16) 일단에 형성되는 다수개의 통공(44) 및 타단에 미연소가스 출구관(30)과 마주하도록 형성되는 유입공(40)과;

   상기 유입공(40)으로 배치되는 형태로 하우징(14)에 설치되어 외부로부터 공급되는 연료와 공기의 혼합물이 유입공(40)을 통해 연소기(32)의 길이방향으로 분사되는 제 1분사노즐(18)과;

   상기 하우징(14)의 둘레를 따라 연소기(16)의 연소실(32)과 통하도록 하나 이상 결합되어 외부로부터 공급되는 연료와 공기의 혼합물이 연소기(32)의 측 방향에서 분사되는 제 2분사노즐(20);로 구성된 것을 특징으로 하는 공해물질 저감형 버너.
2. 제 1항에 있어서

   상기 하우징(14)의 외부에는 미연소가스 출구관(30)을 노출시키는 형태로 공기 공급관(36)이 구비된 커버(12)가 설치되면서 하우징(14)과 커버(12) 사이에 공 기 유로(26)를 형성하고, 상기 커버(12)에는 미연소가스 출구관(30)과 동일한 방향으로 향하는 공기 출구관(34)이 하나 이상 구비되어 있어, 외부로부터 공급된 공기가 화염에 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 공해물질 저감형 버너.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 배기가스 유로(28)에는 입구부(A)와 출구부(B)를 구비하는 냉각수관(24)이 연소기(16)의 길이방향을 따라 권선되는 형태로 설치되어 있어, 상기 냉각수관(24)으로 흐르는 냉각수(22)와 배기가스 간에 열교환 작용으로 배기가스가 냉각되도록 하는 것을 특징으로 하는 공해물질 저감형 버너.

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