KR100830316B1 - 관상화염버너, 그 연소제어방법 및 장치 - Google Patents

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히토시 오이시
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고이치 다카시
유타카 스즈카와
요시키 후지이
다카미츠 쿠사다
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제이에프이 스틸 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 일단이 개방된 관상의 연소실과, 노즐분사구가 해당 연소실의 내면에 개구한 연료 불어넣음용 노즐 및 산소함유가스 불어넣음용 노즐을 구비하고, 해당 연료 불어넣음용 노즐 및 산소함유가스 불어넣음용 노즐의 분사방향이 연소실 내주면의 대략 접선방향에 일치하고 있는 관상화염버너에 있어서, 점화용 장치가 해당 연소실의 관축과 r/2 (단 r: 연소실 반경)의 위치에 있으며, 해당 연소실을 내통과 해당 내통의 외주면을 따라 슬라이드하는 외주로 구성하고, 해당 연소실의 길이가 조정 가능하며, 복수 개의 관상화염버너를 이용하여 다단형 버너로 하고, 추가로 내통과 외통의 공간에 의해 형성된 가스의 통로를 설치한 관상 화염버너를 개시한다. 그리고 상기 장치를 이용함으로써 연소 부하에 따라 각 노즐로부터의 분사 속도가 미리 설정된 범위의 값이 되도록 개폐밸브를 개폐제어하는 관상화염버너의 연소제어방법 및 장치를 개시한다.
관상화염버너, 연료가스불어넣음노즐, 산소함유가스불어넣음노즐, 개페밸브, 연소제어장치, 연소제어방법

Description

관상화염버너, 그 연소제어방법 및 장치{TUBULAR FLAME BURNER, COMBUSTION CONTROLLING METHOD AND APPARATUS THEREFOR}
도 1은 본 발명 중, 하나의 실시형태에 관련되는 관상화염버너의 측면도이다.
도 2는 도 1의 A-A단면도이다.
도 3은 본 발명 중, 하나의 실시형태에 관련되는 관상화염버너의 점화상태의 설명도이다.
도 4는 본 발명 중, 관상화염버너의 하나의 실시형태를 나타내는 종단면도이다.
도 5는 연소실내에 있어서 형성되는 관상화염의 길이(L1)와 연소실밖에 있어서 형성되는 관상화염의 길이(L2)를 나타내는 도면이다.
도 6은 L2/L1과 전열량 및 매연발생량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 L2/L1과 NOx발생량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8A는 종래의 관상화염버너를 나타내는 설명도이고, 관상화염버너의 구성도이다.
도 8B는 도 8A의 B-B단면도이다.
도 9는 본 발명의 연소실험에 있어서의 로내온도 및 가열한 강재온도의 경시적 변화를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 연소실험에 있어서의 NOx 및 매연농도의 경시변화를 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 NOx 및 매연농도의 경시변화를 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 NOx 및 매연농도의 경시변화를 나타내는 그래프이다.
도 13은 본 발명 중, 하나의 실시형태에 관련되는 다단식 관상화염버너의 측면도이다.
도 14A는 도 13의 A-A단면도이다.
도 14B는 도 13의 B-B단면도이다.
도 15는 본 발명 중, 하나의 실시형태에 관련되는 다단식 관상화염버너의 연소제어방법의 설명도이다.
도 16은 본 발명 중, 하나의 실시형태에 관련되는 다단식 관상화염버너의 연소제어방법의 설명도이다.
도 17은 본 발명 중, 하나의 실시형태에 관련되는 다단식 관상화염버너의 연소제어방법의 설명도이다.
도 18A는 본 발명 중, 하나의 실시형태에 관련되는 관상화염버너의 설명도이고, 관상화염버너의 구성도이다.
도 18B는 본 발명 중, 하나의 실시형태에 관련되는 관상화염버너의 설명도이고, 도 18A의 B-B단면도이다.
도 19는 본 발명 중, 하나의 실시형태에 이용하는 관상화염버너의 측면도이다.
도 20A는 도 19의 A-A단면도이다.
도 20B는 도 19의 B-B단면도이다.
도 21은 본 발명 중, 하나의 실시형태에 관련되는 관상화염버너의 연소제어장치의 전체구성도이다.
도 22A는 본 발명 중, 하나의 실시형태에 있어서의 연소제어방법의 설명도이다.
도 22B는 본 발명 중, 하나의 실시형태에 있어서의 연소제어방법의 설명도이다.
도 23은 본 발명 중, 하나의 실시형태에 이용하는 관상화염버너의 측면도이다.
도 24A는 도 23의 A-A단면도이다.
도 24B는 도 23의 B-B단면도이다.
도 25는 본 발명 중, 하나의 실시형태에 관련되는 관상화염버너의 연소제어장치의 전체구성도이다.
도 26은 본 발명 중, 하나의 실시형태에 관련되는 관상화염버너의 연소제어장치의 전체구성도이다.
도 27은 본 발명 중, 하나의 실시형태에 관련되는 관상화염버너의 연소제어장치의 전체구성도이다.
도 28은 본 발명 중, 하나의 실시형태에 이용하는 관상화염버너의 측면도이다.
도 29A는 도 28의 A-A단면도이다.
도 29B는 도 28의 A-A단면도이다.
도 30은 본 발명 중, 하나의 실시형태에 관련되는 관상화염버너의 연소제어장치의 전체구성도이다.
도 31A는 본 발명 중, 하나의 실시형태에 있어서의 연소제어방법의 설명도이다.
도 31B는 본 발명 중, 하나의 실시형태에 있어서의 연소제어방법의 설명도이다.
본 발명은 로나 연소기에 구비하는 버너에 관한 것이다. 특히, 공업용 로나 연소기에 구비하여 사용하는 연소용의 관상화염버너 , 그 연소제어방법 및 장치에 관한 것이다.
공업적으로 사용되는 가스버너는 종래 버너의 선단으로부터 앞쪽으로 화염이 형성되는 형식의 것이 일반적이었다. 이와 같은 버너에 있어서는 연료통로에 의해 공급되는 연료와 공기통로에 의해 공급되는 연소용 공기는 노즐로부터 버너앞쪽으 로 분출되고, 분출된 공기와 연료에 의해 난류장이 형성된다.
따라서 연소화염도 난류로 되기 때문에 부분적인 소염이 발생한다. 이와 같은 부분적인 소염은 연소불안정화의 요인으로 되므로 이와 같은 현상이 될 수 있는 한 일어나지 않도록 연료고유의 발열량, 연소속도에 따라 연소가 유체역학적 또한 열적으로 안정되게 실행되도록 노즐유속이 최적으로 되는 노즐설계가 실행된다.
그러나 노즐설계의 대상이 된 연료의 연소는 안정적으로 실행되는데, 다른 연료에서는 연소가 불안정하게 된다.
또한 연소반응은 상시 어떤 체적을 가진 화염속에서 실행되기 때문에 반응에 필요로 하는 시간도 길어지고, NOx나 매연이 생성되는 시간적여유도 커진다. 그리고 국소적인 고온부 및 저온부가 존재하는 것으로부터 고온부에서는 NOx, 저온부에서는 매연이 발생하기 쉽다.
한편 일본국 특허공개 1999-281015호 공보에는 일단이 개방된 관상의 연소실을 갖고, 이 연소실의 폐색단부 근처에 연료가스를 불어 넣는 노즐과 산소함유가스를 불어 넣는 노즐이 상기 연소실의 내주면의 접선방향을 향하여 설치되어 있는 관상화염버너가 나타내어져 있다.
이 관상화염버너는 고속의 선회류속에서 안정된 화염이 버너내에 형성되므로 연소설비의 소형화가 달성되는 동시에, 연소화염의 온도의 불균형이 작고, 국소적인 고온영역이 형성되기 어려운데다 산소비 또는 공기비를 낮추어도 안정 연소하므로 NOx 등의 유해물질, 탄화수소 등의 미연소분, 매연이라는 환경오염원을 저감할 수 있는 버너이다.
도 8은 종래의 관상화염버너를 나타내는 설명도이고, 도 8A는 관상화염버너의 구성도, 도 8B는 도 8A의 B-B단면도이다. 이 관상화염버너는 관상의 연소실(121)을 갖고 있고, 일단은 개방단으로 연소배기가스의 배출구로 되어 있다. 그리고 타단부에는 관축방향을 따라 긴 슬릿이 형성되어 있고, 이 슬릿에 접속시켜 연료가스와 산소함유가스를 따로따로 불어 넣는 노즐(122)이 설치되어 있다.
노즐(122)은 연소실(121)의 내벽면의 접선방향을 향하여 설치되어 있고, 연료가스와 산소함유가스의 불어 넣음에 의해 연소실(121)내에 선회류가 형성되도록 되어 있다. 또 노즐(122)은 선단부의 형상이 편평하고, 또한 그 개구면적이 축소되어 있으며, 연료가스 및 산소함유가스가 고속으로 불어 넣어지게 되어 있다. “123”은 점화플러그이다.
상기의 구성에 의한 버너에 있어서, 노즐(122)로부터 불어 넣어져 선회류가 형성된 연료가스와 산소함유가스의 혼합가스에 점화하면, 연소실(121)내의 가스가 밀도차에 의해 원심력에 의해 성층화되어 밀도가 다른 동심축의 가스층이 만들어진다. 즉 연소실(121)의 축심측에는 밀도가 작은 고온의 연소배기가스가 존재하고, 연소실(121)의 내벽측(축심으로부터 떨어진 측)에는 밀도가 높은 미연소의 가스가 존재하게 된다. 이와 같은 상태는 유체역학적으로 매우 안정하다. 화염은 관상으로 형성되는데, 흐름장이 안정성층화되어 있기 때문에 막상으로 안정된 화염이 된다.
화염의 형성위치는 중심을 향하는 속도와 화염전파속도가 균형이 잡히는 위치에 자연히 결정된다. 도 8A에 있어서 “124”는 관상의 화염을 나타낸다.
또 연소실의 내벽 부근에는 미연소의 저온가스가 경계층의 상태로 존재하고 있으므로 연소실(121)의 벽면이 직접적인 전열에 의해 고온으로 가열되는 일은 없고, 벽밖으로의 열손실을 방지한다. 즉 단열효과가 큰 것에 틀림이 없고, 그러므로 연소장의 열적 안정이 유지된다.
연소실(121)내의 가스는 선회하면서 하류측으로 흐르는데, 그 사이 내벽측의 혼합가스가 계속적으로 연소하여 관상화염을 형성하고, 발생한 배기가스는 축심측으로 이동하며, 개방단부로부터 배출된다.
그러나 상기와 같은 종래의 관상화염버너는 이하와 같은 문제점을 갖는다. 즉,
일반적으로 발열량이 작은 연료가스를 이용한 경우에는 전기스파크에 의한 점화를 시킬 수 있는 공기비 범위가 매우 좁고, 연료가스와 산소함유가스를 미리 혼합하지 않고 공급하는 경우 매우 점화가 어렵다.
상기의 관상화염버너에 있어서도 연소실내부에서 연료가스와 산소함유가스가 점화에 적절한 공기비 범위로 혼합되는 영역이 한정되기 때문에 전기스파크에 의한 점화가 매우 어렵다고 하는 문제가 있고, 경우에 따라서는 점화용의 파일럿버너가 필요하게 된다.
또한 종래의 관상화염버너에는 다음과 같은 문제점이 있다.
(1) 특히 기름연료나 프로판 등의 중탄계 연료에서는 연소과정에 있어서 연료속의 여리하고 있는 탄소분이 발광하므로 휘염(輝炎)이 형성된다. 본래 휘염은 그 자체의 복사율이 크기 때문에 휘염으로부터 방사열은 커진다. 따라서 휘염 자 체가 로내의 피가열물로부터 보아 보이는 곳에 위치하면, 피가열물으로의 전열효율은 높아진다. 그러나 연료가 연소실속에서 완전 연소하여 버리기 때문에 로내로 분출되었을 때에는 휘염이 아니고 방사율이 작은 투명한 배기가스가 되어 버린다. 따라서 종래의 관상버너의 연소방법에서는 전열효율이 작다.
(2) 연료가 연소실내에서 완전 연소하기 때문에 매연이 발생하지 않는다. 그로 인해 예를 들면 강재(鋼材)에 침탄처리를 고효율로 시행하는 경우와 같이 매연이 필요하게 되는 상황에서는 사용할 수 없다.
(3) 연료를 연소실내에서 완전 연소시키기 때문에 연소성이 좋고, NOx가 발생하기 쉬운 경향으로 된다.
또한 종래의 관상화염버너에서는 관상의 화염을 형성시키기 때문에 관상의 연소실에 설치된 관축방향의 슬릿에 관축방향으로 편평하게 한 공급노즐을 접속하고, 접선방향으로 블어 넣는 강선회를 걸면서 연료가스 및 산소함유가스를 관상의 연소실에 불어 넣고 있다. 그로 인해 슬릿부에서의 압력손실이 상대적으로 높아진다고 하는 문제가 있다. 즉 통상 연료가스 및 산소함유가스의 공급원압이 일정하게 결정되어 있기 때문에 연소부하를 증가시킬 경우, 연료가스 및 산소함유가스의 유량을 증가시킬 필요가 있는데, 그 불어넣음속도의 2승에 비례하여 슬릿부의 압력손실도 증가해서 그다지 연소부하를 증가시킬 수 없다.
또 슬릿부의 압력손실을 저감시키기 위해 슬릿단면적을 조금 크게 취하면 작은 연소부하에 대응하기 위해 연료가스 및 산소함유가스의 유량을 줄였을 때에 연소실 내주면에 대한 접선방향의 연료가스 및 산소함유가스의 불어넣음속도가 현저 하게 저하하고, 관상의 화염을 형성시킬 수 없으며, 반대로 NOxㆍ매연 등의 발생량이 증가한다고 하는 결점이 있었다.
이와 같이 종래의 관상화염버너에 있어서는 연소부하의 증감에 대응하여 연료가스 및 산소함유가스의 공급유량을 증감시키면, 관상화염을 형성하기 위해 필요한 화염형성최소유속과 압력손실로부터 결정되는 허용최대유속의 사이의 적정한 불어넣음속도가 얻어지지 않는 경우가 있고, 넓은 연소부하범위에서 안정된 연소를 실행하는 것이 어려우며, 대응 가능한 연소부하범위는 한정된 것으로 되어 있었다.
또한 상기한 종래의 관상화염버너는 보다 저칼로리연료의 연소를 가능하게 하여 적용범위를 넓혀 가기 위해서는 거듭되는 개량이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 다중연료에 대응하고, 넓은 연소범위를 가지며, 넓은 부하변동에 대응 가능하고, 안정연소 및 연소에 동반하는 환경오염물질의 배출억제 등이 가능한 새로운 화염형성기구를 갖는 관상화염버너 및 그 제어방법과 제어장치를 제공함을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 개방된 선단 및 점화장치가 장착되어 있는 후단의 2단을 갖는 관상의 연소실; 그리고
해당 연소실 내면을 향하여 개구하고, 해당 연소실의 내주면의 접선방향과 거의 동일한 방향으로 분사 가능한 연료 불어넣음용 노즐 및 산소함유가스 불어넣음용 노 즐로 이루어지며, 여기에서 해당 점화장치는,
해당 연소실의 긴쪽방향에 위치하는 관축점과,
해당 연소실의 긴쪽방향에 대해 수직인 단면방향을 따라 해당 관축점으로부터 반경의 1/2의 거리에 떨어진 위치를 나타내는 점의 2점간 내의 어느 쪽인가에 설치되며;
해당 노즐은 해당 연소실 내로 불어 넣기 위한 분사구, 해당 관축방향을 따라 배치한 해당 분사구로서의 복수의 작은 구멍열을 갖고, 해당 노즐은 해당 작은 구멍열에 접속되는 것을 특징으로 하는 관상화염버너를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따라, 선단이 개방된 관상의 연소실;
해당 연소실 내면을 향하여 개구하고, 해당 연소실의 내주면의 접선방향과 거의 동일한 방향으로 분사 가능한 연료와 산소함유가스를 따로따로 불어 넣기 위한, 또는 미리 혼합하여 불어 넣기 위한 연료불어넣음용 노즐 및 산소함유 가스불어넣음용 노즐로 이루어지며,
여기에서 해당 관상화염버너는 복수의 해당 관상화염버너를 이용함으로써, 또한 해당 연소실의 내경이 보다 큰 해당 관상화염버너의 후단에 해당 연소실의 해당 내경이 보다 작은 해당 관상화염버너의 선단을 연결함으로써 일체로 하여 구성된 다단식 관상화염버너인 것을 특징으로 하는 관상화염버너가 제공된다.
또한, 본 발명의 제3 측면에 따라, 선단이 개방된 관상의 연소실;
해당 연소실 내면을 향하여 개구하고, 해당 연소실의 내주면의 접선방향과 거의 동일한 방향으로 분사 가능한 연료불어넣음용 노즐 및 산소함유가스불어넣음 용 노즐로 이루어지며, 여기에서 관상화염버너는,
해당 연소실의 외경보다도 큰 내경을 갖는 외통에 덮여진 해당 연소실, 및 해당 연소실의 외면과 해당 외통의 내면의 틈에 의해 형성되는 해당 불어넣음노즐에 공급하기 전의 연료가스 또는 산소함유가스가 통과하기 위한 통로를 갖는 것을 특징으로 하는 관상화염버너가 제공된다.
또한, 본 발명의 제 4 측면에 따라, 선단이 개방된 관상의 연소실;
해당 연소실 내면을 향하여 개구하고, 해당 연소실의 내주면의 접선방향과 거의 동일한 방향으로 분사 가능한 긴쪽 방향, 둘레방향 중, 적어도 일방향에 위치하는 복수의 연료불어넣음용 노즐 및 복수의 산소함유가스불어넣음용 노즐;
해당 관상화염버너가 갖는 각각의 해당 노즐에 접속한 공급관에 설치된 개폐밸브;
해당 관상화염버너의 연소부하에 따라 각각의 해당 노즐로부터의 분사속도를 미리 설정된 범위내의 값으로 하도록 해당 개폐밸브를 개폐제어하기 위한 제어수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 관상화염버너의 연소제어장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 제 5 측면에 따라, 선단이 개방된 관상의 연소실;
해당 연소실 내면을 향하여 개구하고, 해당 연소실의 내주면의 접선방향과 거의 동일한 방향으로 분사 가능한 연료가스와 산소함유가스로 이루어지는 예혼합가스를 불어 넣기 위한 긴쪽방향, 둘레방향 중, 적어도 일방향에 위치하는 복수의 노즐을 갖는 관상화염버너;
각 노즐에 접속된 공급관에 설치된 개폐밸브:
해당 관상화염버너의 연소부하에 따라 각각의 해당 노즐로부터의 분사속도를 미리 설정된 범위내의 값으로 하도록 해당 개폐밸브를 개폐제어하기 위한 제어수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 관상화염버너의 연소제어장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 제 6 측면에 따라, 선단이 개방된 관상의 연소실;
해당 연소실 내면을 향하여 개구하고, 해당 연소실의 내주면의 접선방향과 거의 동일한 방향으로 분사 가능한 복수의 연료불어넣음용 노즐 및 복수의 산소함유가스불어넣음용 노즐을 갖는 관상화염버너;
각 해당 노즐에 접속한 공급관에 설치된 개폐밸브;
해당 관상화염버너의 연소부하에 따라 각각의 해당 노즐로부터의 분사속도가 미리 설정된 범위의 값이 되도록 해당 개폐밸브를 개폐제어하기 위한 제어수단;
각 해당 노즐분사구의 개구면적을 가변으로 하기 위한 조정수단;
해당 관상화염버너의 연소부하에 따라 각 해당 노즐로부터의 분사속도를 미리 설정된 범위내의 값으로 하도록 해당조정수단에 의해 노즐분사구의 면적을 조정하기 위한 제어수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 관상화염버너의 연소제어장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 제 7 측면에 따라, 선단이 개방된 관상의 연소실;
해당 연소실 내면을 향하여 개구하고, 해당 연소실의 내주면의 접선방향과 거의 동일한 방향으로 분사 가능한 연료가스와 산소함유가스로 이루어지는 예혼합가스를 불어 넣기 위한 복수의 연료불어넣음용 노즐 및 복수의 산소함유 가스불어넣음용 노즐을 갖는 관상화염버너;
각 해당 노즐에 접속한 공급관에 설치된 개폐밸브;
해당 관상화염버너의 연소부하에 따라 각각의 해당 노즐로부터의 분사속도가 미리 설정된 범위의 값이 되도록 해당 개폐밸브를 개폐제어하기 위한 제어수단;
해당 노즐분사구의 개구면적을 가변으로 하는 조정수단;
해당 관상화염버너의 연소부하에 따라 해당 노즐로부터의 분사속도가 미리 설정된 범위내의 값이 되도록 해당 조정수단에 의해 노즐분사구의 면적을 조정하기 위한 제어수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 관상화염버너의 연소제어장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 제 8 측면에 따라, 선단이 개방된 관상의 연소실, 노즐분사구가 해당 연소실의 내면에 개구한 긴쪽방향, 둘레방향 중, 적어도 일방향에 위치하는 복수의 연료불어넣음용 노즐 및 산소함유가스불어넣음용 노즐을 준비하는 공정;
각 해당 노즐에 공급관을 접속하고, 해당 공급관에 개폐밸브를 설치하는 공정;
각 해당 연료불어넣음용 노즐 및 각 해당 산소함유가스불어넣음용 노즐의 분사방향을 해당 연소실 내주면의 접선방향과 거의 일치시켜 연소제어하는 공정;
해당 관상화염버너의 연소부하에 따라 해당 각 노즐로부터의 분사속도가 미리 설정된 범위내의 값이 되도록 해당 개폐밸브를 개폐제어하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 관상화염버너의 연소제어방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 제 9 측면에 따라, 연소부하에 따라 해당 연소실에 불어 넣 어지는 해당 연료가스 및 해당 산소함유가스의 초기유속은 압력손실로부터 결정되는 허용최대유속(Vp)과 해당 관상화염을 형성하기 위해 필요한 최소유속(Vq)의 범위내로 되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 관상화염버너의 연소제어방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 제 10 측면에 따라, 선단이 개방된 관상의 연소실과, 노줄분사구가 해당 연소실의 내면에 개구한 연료가스와 산소함유가스로 이루어지는 예혼합가스를 불어 넣기 위한 긴쪽방향, 둘레방향 중, 적어도 일방향에 위치하는 복수의 노즐을 준비하는 공정;
해당 각 노즐에 공급관을 접속하고, 해당 공급관에 개폐밸브를 설치하는 공정;
해당 각 연료불어넣음용 노즐 및 해당 산소함유가스불어넣음용 노즐의 분사방향을 해당 연소실 내주면의 접선방향과 거의 일치시켜 연소제어하는 공정;
해당 관상화염버너의 연소부하에 따라 해당 각 노즐로부터의 분사속도가 미리 설정된 범위내의 값이 되도록 해당 개폐밸브를 개폐제어하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 관상화염버너의 연소제어방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 제 11 측면에 따라, 선단이 개방된 관상의 연소실, 노즐분사구가 해당 연소실의 내면에 개구한 복수의 연료불어넣음용 노즐 및 복수의 산소함유가스불어넣음용 노즐을 준비하는 공정;
각 해당 노즐에 공급관을 접속하고, 해당 공급관에 개폐밸브를 설치하는 공정;
각 해당 연료불어넣음용 노즐 및 각 해당 산소함유가스불어넣음용 노즐의 분사방향을 해당 연소실 내주면의 접선방향과 거의 일치시켜 연소제어하는 공정;
해당 관상화염버너의 연소부하에 따라 각 해당 노즐로부터의 분사속도가 미리 설정된 범위내의 값이 되도록 해당 개폐밸브를 개폐제어하는 공정;
해당 노즐분사구의 개구면적을 가변으로 하기 위한 조정수단에 의해 해당 관상화염버너의 연소부하에 따라 해당 노즐로부터의 분사속도가 미리 설정된 범위 내의 값이 되도록 해당 노즐분사구의 면적을 조정하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 관상화염버너의 연소제어방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 제 12 측면에 따라, 선단이 개방된 관상의 연소실과, 노즐분사구가 해당 연소실의 내면에 개구한 연료가스와 산소함유가스로 이루어지는 예혼합가스를 불어 넣기 위해 복수의 노즐을 준비하는 공정;
각 해당 노즐에 공급관을 접속하고, 해당 공급관에 개폐밸브를 설치하는 공정;
각 해당 노즐의 분사방향을 해당 연소실 내주면의 접선방향과 거의 일치시켜 연소제어하는 공정;
해당 관상화염버너의 연소부하에 따라 각 해당 노즐로부터의 분사속도가 미리 설정된 범위내의 값이 되도록 해당 개폐밸브를 개폐제어하는 공정;
해당 노즐분사구의 개구면적을 가변으로 하기 위한 조정수단에 의해 해당 관상화염버너의 연소부하에 따라 해당 노즐로부터의 분사속도가 미리 설정된 범위내의 값이 되도록 해당 노즐분사구의 면적을 조정하는 공정으로 이루어지는 것을 특 징으로 하는 관상화염버너의 연소제어방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 제 13 측면에 따라, 선단이 개방된 관상의 연소실, 노즐분사구가 상기 연소실의 내면에 개구한 연료와 산소함유가스를 따로따로 또는 미리 혼합하여 불어 넣는 노즐을 준비하는 공정;
각 해당 노즐의 분사방향이 연소실 내주면의 접선방향과 거의 일치하고 있는 관상화염버너를 복수개 이용함으로써, 또한 해당 연소실 내경이 보다 큰 해당 관상화염버너의 후단에 해당 연소실 내경이 보다 작은 해당 관상화염버너의 선단을 연결함으로써 복수의 해당 관상화염버너를 일체화하여 다단식 관상화염버너를 준비하는 공정;
연소부하에 따라 해당 다단식 관상화염버너를 구성하는 각각의 해당 관상화염버너 중에서 사용할 해당 관상화염버너를 선택함으로써 연소제어하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 관상화염버너의 연소제어방법이 제공된다.
이하에서는 양호한 실시예를 도시한 첨부 도면과 관련하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
실시형태 1
본 발명의 실시형태 1을 도 1∼도 3에 나타낸다. 도 1은 이 실시형태에 관련되는 관상화염버너의 측면도, 도 2는 도 1에 있어서의 A-A화살표시의 단면도이다. 도 3은 이 실시형태에 관련되는 관상화염버너의 점화상태를 설명하는 설명도 이다.
도 1에 있어서, “10”은 관상의 연소실이고, 선단(10a)이 개방되어 연소배기가스의 배출구로 되어 있다. 그리고 연소실(10)의 후단(10b)의 근처에 연소실(10)로 연료가스를 불어 넣는 노즐과 산소함유가스를 불어 넣는 노즐이 장착되어 있다. 또 연소실(10)의 후단(10b)에는 점화용 스파크플러그(21)가 장착되어 있고, 점화용 스파크플러그(21)는 이그나이터(22) 및 전원(23)에 의해 연소실(10) 내에 스파크를 튕기도록 되어 있다.
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이 연소실(10)로의 노즐분사구로서 관축방향을 따른 가늘고 긴 슬릿(12)이 연소실(10)의 동일관 둘레상으로 4군데에 형성되어 있고, 각각의 슬릿(12)에 관축방향으로 가늘고 긴 편평 형상의 노즐(11a, 11b, 11c, 11d)이 접속되어 있다. 각각의 노즐(11a, 11b, 11c, 11d)의 분사방향은 연소실(10)의 내주면의 접선방향이고 또한 동일회전방향이 되도록 설치되어 있다. 그들 4개의 노즐 중, 노즐(11a)과 노즐(11c)의 2개는 연료가스 불어넣음노즐이고, 노즐(11b)과 노즐(11d)의 2개는 산소함유가스 불어넣음노즐이다.
연료가스 불어넣음노즐(11a, 11c)로부터는 연료가스가 연소실(10)의 내주면의 접선방향을 향하여 고속으로 불어 넣어지고, 산소함유가스 불어넣음노즐(11b, 11d)로부터는 산소함유가스가 연소실(10)의 내주면의 접선방향을 향하여 불어 넣어지며, 연소실(10)의 내주면에 가까운 영역에서 연료가스와 산소함유가스가 효율 좋게 혼합되면서 선회류가 형성되도록 되어 있다. 그 선회류로 된 혼합가스에 점화용 스파크플러그(21)에 의해 적절히 점화하면, 연소실(10) 내에 관상의 화염이 생 성된다. 그 연소가스는 연소실(10)의 선단(10a)으로부터 배출된다.
또한 상기의 산소함유가스는 공기, 산소, 산소부화공기, 산소ㆍ배기가스혼합가스 등 연소용의 산소를 공급하는 가스를 가리키고 있다.
그리고 이 실시형태에 있어서는 점화용 스파크플러그(21)를 연소실(10)의 관축과 r/2(단 r: 연소실의 반경)위치의 사이에 장착되어 있다.
도 3은 연소실(10)의 반경방향에 있어서의 점화용 스파크플러그(21)의 장착위치와 점화용 스파크플러그(21)에 의한 점화상태의 관계를 나타낸 것이고, 관축과 r/2위치의 사이에 점화용 스파크플러그(21)를 장착함으로써 양호한 점화를 실행할 수 있는 것을 나타내고 있다.
이것은 연소실(10)의 관축 근처는 연료가스와 산소함유가스가 혼합된 선회류의 유속이 비교적 늦어져 적절한 공기비 범위로 혼합되므로 확실하게 착화할 수 있기 때문이다.
이에 따라 점화용의 파일럿버너를 필요로 하지 않어 관상화염버너의 소형화와 저렴화가 가능하게 된다.
또 관상화염버너의 한층의 소형화를 괴하기 위해 노즐(11a-11d)과 연소실(10)의 후단(10b)의 거리(L)를 짧게 한 경우에는 연료가스와 산소함유가스의 혼합을 위한 적당한 거리가 얻어지지 않게 되어 연소실(10)의 후단(10b) 부근에 있어서 가스연료와 산소함유연료가 적절한 공기비 범위로 혼합되는 영역이 반경방향으로 좁아질 가능성이 있으므로 그와 같은 경우에는 관축과 r/3위치의 사이에 점화용 스파크플러그(21)를 장착하는 것이 바람직하다. 이에 따라 노즐(11a-11d)과 점화 용 스파크플러그(21)가 접근하고 있는 경우(L≒0)라도 확실하게 양호한 점화를 실행할 수 있다.
또한 이 실시형태에서는 연료가스 불어넣음노즐 및 산소함유가스 불어넣음노즐을 분사방향이 연소실 내주면의 접선방향에 일치하도록 설치되어 있는데, 반드시 연소실 내주면의 접선방향에 일치할 필요는 없고, 연소실에 가스의 선회류를 형성할 수 있는 정도로 분사방향이 연소실 내주면의 접선방향으로부터 벗어나 있어도 좋다.
또 이 실시형태에서는 연소실로의 분사구로서 관축방향을 따라 슬릿을 형성하고, 그 슬릿에 편평형상의 연료가스 불어넣음노즐 및 산소함유가스 불어넣음노즐을 접속하고 있는데, 연소실로의 분사구로서 복수의 작은구멍을 관축방향으로 형성하고, 그 작은 구멍열에 연료가스 또는 산소함유가스를 불어 넣기 위한 노즐을 접속하도록 해도 좋다.
또 이 실시형태에서는 연료가스를 불어 넣고 있는데, 액체연료를 불어 넣어도 좋다. 액체연료로서는 등유, 경유, 알코올, A중유 등의 비교적 낮은 온도에서 기화하는 것이 호적하다.
또 이 실시형태에서는 연료가스와 산소함유가스를 따로따로 불어 넣고 있는데, 연료가스와 산소함유가스를 미리 혼합하여 불어 넣어도 좋다.
본 실시형태에 있어서는 연소실의 관축 근처의 적절한 위치에 점화용 스파크플러그를 장착하고 있으므로 연소실의 연료가스와 산소함유가스가 혼합된 가스에 확실하게 점화할 수 있어 점화용의 파일럿버너를 필요로 하지 않고, 관상화염버너 의 소형화와 저렴화가 가능하게 된다.
또한 관상화염버너의 단면은 원형이 아니고 다각형이어도 좋다.
실시형태 2
(실시형태 2-1)
본 발명의 실시형태 2를 도면을 참조하여 설명한다. 도 4는 관상화염버너의 실시형태를 나타내는 종단면도이다.
이 관상화염버너는 일단이 개방된 내통(101)과 내통(101)의 외주면을 따라 슬라이드하는 양단이 개방된 외통(102)으로 구성된 연소실(103)과, 노즐분사구가 상기 연소실(103)의 내통(101)의 내면에 개구한 연료불어넣음용 노즐(104) 및 산소함유가스불어넣음용 노즐(105)로 구성되어 있다.
그리고 연료불어넣음용 노즐(104) 및 산소함유가스불어넣음용 노즐(105)은 연소실(103) 직경방향에서의 분사방향이 연소실(103) 내주면의 대략 접선방향으로 되도록 접속되어 있다. 또한 여기에서 산소함유가스란 공기, 산소, 산소부화공기, 산소ㆍ배기가스혼합가스 등의 연소용의 산소를 공급하는 가스를 가리키는 것이다.
따라서 연소실(103)에 연료불어넣음용 노즐(104)로부터 연료를, 산소함유가스불어넣음용 노즐(105)로부터 산소함유가스를 불어 넣고, 점화플러그(106)에 의해 점화하면, 화염은 연소실(103)의 내통(101)의 내주면을 따라 관상으로 형성된다. 이와 같이 형성되는 화염은 관상화염(107)으로 불린다.
통상 관상화염버너에 있어서는 연소실(103)내에서 관상화염(107)의 연소가 종료되도록 설치되어 있는데, 본 발명의 관상화염버너에 있어서는 내통(101)보다도 외측에서 관상화염(107)의 일부가 형성되도록 하고, 외통(102)을 연소실(103)의 길이가 길어지는 방향으로 슬라이드시킨 경우에는 연소실(103)내에서 관상화염(107)이 모두 형성되며, 외통(102)을 연소실(103)의 길이가 짧아지는 방향으로 슬라이드시킨 경우에는 연소실(103)밖에서 관상화염(107)의 일부가 형성되도록 되어 있다.
내통(101) 및 외통(102)의 길이는 논리적으로 결정할 수 도 있는데, 실험을 반복하여 결정해도 좋다.
그리고 도 5에 나타내는 바와 같이 형성되는 관상화염(107)의 전체길이를 L1, 연소실(103)밖에 있어서 형성되는 관상화염(107)의 길이를 L2로 하면, 도 6의 그래프에 나타내는 바와 같이 전열량 및 매연발생량은 L2/L1의 값을 크게 하면 할수록 많아진다. 이것은 L2를 크게 하면 로내에서의 가스방사율이 큰 휘염비율이 많아지고, 피가열물로의 전열이 촉진되는 동시에, 연소실(103)내에서 안정적으로 연소할 비율이 작아지기 때문에 매연이 발생하기 쉽기 때문이다.
또 도 7의 그래프에 나타내는 바와 같이 NOx의 발생량은 L2/L1의 값을 크게 하면 할수록 작아진다. 이것은 연소실(103)밖의 로내공간에서 연소할 비율을 크게 하면, 연소실(103)밖의 공간에 존재하는 배기가스를 끌어 넣으면서 희석연소를 할 수 있으므로 연소장의 산소농도가 낮아지고, 또한 국소적인 고온부의 발생도 억제되기 때문에 서멀NOx생성반응이 억제되어 NOx발생량을 저감할 수 있기 때문이다.
본 발명에 의해 관상화염버너의 전열량, 매연발생량 및 NOx발생량을 제어할 수 있다.
또한 관상화염버너의 단면은 원형이 아니고 다각형이어도 좋다.
(실시형태 2-2)
본 발명의 관상화염버너를 사용한 연소실험을 실행했다.
도 9는 그 때의 로내온도(곡선A) 및 가열한 강재온도(곡선B)의 경시적 변화를 나타내는 그래프이다. 이 연소실험에 있어서는 로내온도는 1000℃에 도달하기까지는 일정 승온속도로 승온시키고, 로내온도가 1000℃에 도달하고 나서는 그 온도로 홀딩하며, 전체가열시간이 15시간이 되도록 가열했다.
우선 외주(도 4에 있어서의 102)를 로내측으로 슬라이드시켜서 도 5에 있어서의 L2가 0이하로 되도록 하여, 즉 화염이 연소실내에서만 발생하도록 하여 강재의 가열을 실행했다(연소제 1 실험). 그 때의 NOx 및 매연농도의 경시적 변화를 도 10에 나타낸다.
도 10에 있어서 농도의 값은 허용값을 100으로 하여 인덱스표시하고 있다.
이 경우의 연소에 있어서는 매연은 거의 발생하지 않는데, NOx의 발생량은 로온이 1000℃로 되기까지는 150의 농도까지 상승하고, 로온이 1000℃에 도달한 후는 150의 농도로 고도로 유지되어 있으며, 이 연소에 있어서는 NOx의 발생량이 문제로 되는 것을 알 수 있다.
또 15시간 가열후의 강재의 온도를 측정한 바 950℃이고, 목표온도의 1000℃ 보다 꽤 낮은 온도레벨이었다.
다음으로 외통(102)을 로 내측과 반대측으로 슬라이드시켜서 도 5에 있어서의 L2가 0을 넘도록 하여, 즉 화염이 로내에서 발생하도록 하여 제 1 연소실험과 같은 가열조건으로 강재의 가열을 실행했다(제 2 연소실험). 그 때의 NOx 및 매연농도의 경시변화를 도 11에 나타낸다.
도 11에 있어서도 농도는 허용값을 100으로 하여 인덱스표시하고 있다. 이 경우의 연소에 있어서는 매연의 발생량은 승온과정에 있어서 약간 많지만 로온이 1000℃에 도달하고 나서는 거의 문제가 되지 않는 발생량이다.
한편 NOx의 발생량은 전체가열구간을 통해서 저위로 안정되어 있다. 즉 이 경우의 연소에 있어서는 승온과정에 있어서의 매연의 발생량이 약간 문제가 되는데, NOx의 발생량은 문제가 되지 않는 것을 알 수 있다.
또 15시간 가열후의 강재의 온도를 측정한 바 980℃이고, 제 1 연소실험에 비교하여 목표온도의 1000℃에 보다 가까이 있으며, 저온도역에 있어서의 매연의 발생을 제외하면 이 연소방법이 제 1 연소방법보다도 효과적으로 강재의 가열을 할 수 있는 것을 알 수 있다.
다음으로 제 1 및 제 2 연소실험의 결과를 토대로 매연 및 NOx의 발생량이 허용값 이하로 되도록 로온이 800℃를 넘고 나서는 제 2 연소실험 때와 똑같이 화염이 연소실밖에서 발생하도록 하고, 제 1 및 제 2 연소실험과 같은 가열조건으로 강재의 가열을 실행했다.(제 3 연소실험)
그 때의 NOx 및 매연농도의 경시적 변화를 도 12에 나타낸다.
도 12에 있어서도 농도는 허용값을 100으로 하여 인덱스표시하고 있다. 이 경우의 연소에 있어서는 매연의 발생량 및 NOx의 발생량 모두 전체가열구간을 통해서 매연은 농도 30이하, NOx는 80이하로 저위로 안정되어 있고, 양호한 가열이 실행되고 있다.
또 15시간 가열후의 강재의 온도를 측정한 바 975℃이고, 제 2 연소실험의 경우와 비교하여 약간 온도가 내려가지만 효율 좋게 가열이 실행되고 있다.
이상과 같이 관상화염버너의 연소실의 길이를 일정하게 하고 있으면, 로내온도가 낮을 때에 매연이 발생하거나, 로내온도가 높아졌을 때에 NOx가 많이 발생하거나 하는데, 연소실의 길이를 로온에 따라 변화시킴으로써 강재를 양호한 가열조건으로 가열할 수 있는 것을 알 수 있다.
실시형태 3
(실시형태 3-1)
본 발명의 실시형태를 도 13∼도 16에 나타낸다. 도 13은 이 실시형태에 이용하는 다단식 관상화염버너의 측면도, 도 14A는 도 13에 있어서의 A-A화살표시의 단면도, 도 14B는 도 13에 있어서의 B-B화살표시의 단면도이다. 도 15, 도 16은 이 실시형태에 관련되는 다단식 관상화염버너의 연소제어방법의 설명도이다.
도 13에 있어서 “201”이 이 실시형태에 관련되는 다단식 관상화염버너이고, 내경이 큰 대경 관상화염버너(202)의 뒤에 내경이 작은 소경 관상화염버 너(213)를 직렬로 연결하여 일체의 관상화염버너로 한 구조로 되어 있다.
대경 관상화염버너(202)는 도 13 및 도 14A에 나타내는 바와 같이 선단(210a)이 개방되어 연소가스의 배출구로 되어 있는 관상의 연소실(210)과, 연소실(210)에 연료가스와 산소함유가스를 따로따로 불어 넣기 위한 노즐(211a, 211b, 211c, 211d)을 갖고 있다. 그리고 연소실(210)의 후단(210b) 근처에 연소실(210)로의 노즐분사구로서 관축방향을 따른 가늘고 긴 슬릿(212)이 연소실(210)의 동일 원둘레상의 4군데에 형성되어 있고, 각각의 슬릿(212)에 관축방향으로 가늘고 긴 편평형상의 노즐(211a, 211b, 211c, 211d)이 접속되어 있다. 각각의 노즐(211a, 211b, 211c, 211d)의 분사방향은 연소실(210)의 내주면의 접선방향이고 또한 동일회전방향으로 되도록 설치되어 있다. 그들 4개의 노즐 중 노즐(211a)과 노즐(211c)의 2개는 연료가스 불어넣음노즐이고, 노즐(211b)과 노즐(211d)의 2개는 산소함유가스 불어넣음노즐이다.
연료가스 불어넣음노즐(211a, 211c)로부터는 연료가스가 연소실(210)의 내주면의 접선방향을 향하여 고속으로 불어 넣어지고, 산소함유가스 불어넣음노즐(211b, 211d)로부터는 산소함유가스가 연소실(210)의 내주면의 접선방향을 향하여 고속으로 불어 넣어지며, 연소실(210)의 내주면에 가까운 영역에서 연료가스와 산소함유가스가 효율 좋게 혼합되면서 선회류가 형성되도록 되어 있다. 그 선회류로 된 혼합가스에 점화플러그 또는 파일럿버너 등의 점화장치(도시하지 않음)에 의해 점화하면, 연소실(210) 내에 관상의 화염이 생성된다. 그리고 그 연소가스는 연소실(210)의 선단(210a)으로부터 배출된다.
한편 소경관상화염버너(203)는 도 13 및 도 14B에 나타내는 바와 같이 선단(213a)이 대경관상화염버너(202)의 후단(210b)에 접속하여 연소가스의 배출구로 되어 있는 관상의 연소실(213)과, 연소실(213)에 연료가스와 산소함유가스를 따로따로 불어 넣기 위한 노즐(214a, 214b, 214c, 214d)을 갖고 있다. 그리고 연소실(213)의 후단(213b) 근처에 연소실(213)로의 노즐분사구로서 관축방향을 따른 가늘고 긴 슬릿(215)이 연소실(213)의 동일원 둘레 상으로 4군데에 형성되어 있고, 각각의 슬릿(215)에 관축방향으로 가늘고 긴 편평형상의 노즐(214a, 214b, 214c, 214d)이 접속되어 있다. 각각의 노즐(214a, 214b, 214c, 214d)의 분사방향은 연소실(213)의 내주면의 접선방향이고 또한 동일회전방향으로 되도록 설치되어 있다. 그들 4개의 노즐 중, 노즐(214a)과 노즐(214c)의 2개는 연료가스 불어넣음노즐이고, 노즐(214b)과 노즐(214d)의 2개는 산소함유가스 불어넣음노즐이다.
또한 대경 관상화염버너(202)의 연소실(210)의 내경이 큰 것에 대응하여 대경 관상화염버너(202)의 슬릿(212)의 개구면적의 쪽이 소경 관상화염버너(203)의 슬릿(215)의 개구면적을 비교하여 크게 되어 있다.
연료가스불어넣음노즐(214a, 214c)로부터는 연료가스가 연소실(213)의 내주면의 접선방향을 향하여 고속으로 불어 넣어지고, 산소함유가스불어넣음노즐(214b, 214d)로부터는 산소함유가스가 연소실(213)의 내주면의 접선방향을 향하여 고속으로 불어 넣어지며, 연소실(213)의 내주면에 가까운 영역에서 연료가스와 산소함유가스가 효율 좋게 혼합되면서 선회류가 형성되도록 되어 있다. 그 선회류로 된 혼합가스에 점화플러그 또는 파일럿버너 등의 점화장치(도시하지 않음)에 의해 점화 하면, 연소실(213)내에 관상의 화염이 생성된다. 그리고 그 연소가스는 연소실(213)의 선단(213a)으로부터 대경관상화염버너(202)의 연소실(210)을 경유하여 선단(210a)으로부터 배출된다.
또한 상기의 산소함유가스는 공기, 산소, 산소부화공기, 산소ㆍ배기가스혼합가스 등의 연소용의 산소를 공급하는 가스를 가리키고 있다.
그리고 도 15에 나타내는 바와 같이 대경관상화염버너(202)의 연료가스불어넣음노즐(211a, 211c)로 연료가스를 공급하는 배관중에는 노즐(211a, 211c)로의 연료가스의 공급을 ONㆍOFF하는 개폐밸브(216a)가 설치되어 있고, 대경관상화염버너(202)의 산소함유가스불어넣음노즐(211b, 211d)로 산소함유가스를 공급하는 배관중에는 노즐(211b, 211d)로의 산소함유가스의 공급을 ONㆍOFF하는 개폐밸브(216b)가 설치되어 있다. 따라서 이 개폐밸브(216a, 216b)의 개폐에 의해 대경관상화염버너(202)의 사용과 정지를 전환할 수 있다.
또 소경관상화염버너(203)의 연료가스불어넣음노즐(214a, 214c)로 연료가스를 공급하는 배관중에는 노즐(214a, 214c)로의 연료가스의 공급을 ONㆍOFF하는 개폐밸브(217a)가 설치되어 있고, 소경관상화염버너(203)의 산소함유가스불어넣음노즐(214b, 214d)로 산소함유가스를 공급하는 배관중에는 노즐(214b, 214d)로의 산소함유가스의 공급을 ONㆍOFF하는 개폐밸브(217b)가 설치되어 있다. 따라서 이 개폐밸브(217a, 217b)의 개폐에 의해 소경관상화염버너(203)의 사용과 정지를 전환할 수 있다.
그리고 개폐밸브(216a, 216b, 217a, 217b)의 개폐를 제어하기 위한 공급제어 장치(220)가 설치되어 있고, 그 개폐제어에 의해 사용할 관상화염버너를 선택할 수 있게 되어 있다.
또 연료가스를 공급하는 배관중에는 연료가스불어넣음노즐(211a, 211c, 214a, 214c)에 공급할 연료가스의 전체유량을 조정하기 위한 연료가스유량조정밸브(218)가 설치되어 있고,, 산소함유가스를 공급하는 배관중에는 산소함유가스불어넣음노즐(211b, 211d, 214b, 214d)에 공급할 산소함유가스의 전체유량을 조정하기 위한 산소함유가스유량조정밸브(219)가 설치되어 있다. 연료가스유량조정밸브(218)와 산소함유가스유량조정밸브(219)는 공급제어장치(220)에 의해 제어되고, 공급할 연료가스 및 산소함유가스의 전체유량을 조정하도록 되어 있다.
또한 연료가스 및 산소함유가스의 전체공급유량은 연료가스의 유량계(221)와 산소함유가스의 유량계(222)에 의해 측정되고 있고, 그 측정값은 공급제어장치(220)에 보내지며, 연료가스유량조정밸브(218) 및 산소함유가스유량조정밸브(219)의 개도(開度)조정에 이용되도록 되어 있다.
상기와 같이 구성된 다단식 관상화염버너(201)의 연소제어방법을 도 15, 도 16을 이용하여 설명한다.
이 다단식 관상화염버너의 연소제어방법에서는 연소부하에 따라 대경관상화염버너(202)와 소경관상화염버너(203) 중에서 사용할 관상화염버너를 선택하도록 하고 있다.
즉 대경관상화염버너(202)와 소경관상화염버너(203)는 각각 불어넣음속도가 관상화염을 형성하기 위해 필요한 화염형성최소유속이 되는 공급유량과, 압력손실 로부터 결정되는 허용최대유속이 되는 공급유량의 범위에 대응한 연소부하의 범위가 연소가능범위가 되는데, 소경관상화염버너(203)는 연소실의 내경이 작고, 슬릿의 개구면적도 작은 것으로부터 비교적 작은 연소부하의 범위가 연소가능범위가 되며, 대경관상화염버너(202)는 내경이 크고, 슬릿의 개구면적도 큰 것으로부터 비교적 큰 연소부하의 범위가 연소가능범위가 된다.
따라서 연소부하가 작은 것은 소경관상화염버너(203)를 사용하고, 연소부하가 커지면 대경관상화염버너(202)를 사용하며, 보다 더 연소부하가 커지면 대경관상화염버너(202)와 소경관상화염버너(203)를 병용한다.
이에 따라 이 실시형태에 있어서는 단체(單體)의 관상화염버너에서는 곤란한 넓은 연소부하범위에서의 안정된 연소가 가능하게 된다.
또한 관상화염버너의 단면은 원형이 아니고 다각형이어도 좋다.
(실시형태 3-2)
다음으로 다른 실시형태를 도 17을 이용하여 설명한다.
상기의 실시형태에 있어서는 도 15에 나타낸 바와 같이 대경관상버너 또는/ 및 소경관상화염버너에 공급할 연료가스의 전체유량과 산소함유가스의 전체유량을 조정하도록 하고 있는 것에 대해 이 실시형태에 있어서는 추가로 공급할 연료가스의 유량과 산소함유가스의 유량을 대경관상화염버너(210)와 소경관상화염버너(213)에 대해서 별개로 조정할 수 있도록 하고 있다.
즉 도 17에 나타내는 바와 같이 우선 대경관상화염버너(210)에 연료가스를 공급하는 배관중에는 연료가스불어넣음노즐(211a, 211c)에 공급할 연료가스의 유량을 조정하기 위한 연료가스유량조정밸브(218a)가 설치되어 있고, 대경관상화염버너에 산소함유가스를 공급하는 배관중에는 산소함유가스불어넣음노즐(211b, 211d)에 공급할 산소함유가스의 유량을 조정하기 위한 산소함유가스유량조정밸브(219a)가 설치되어 있다. 연료가스유량조정밸브(218a)와 산소함유가스유량조정밸브(219a)는 공급제어장치(220a)에 의해 제어되고, 대경관상화염버너에 공급할 연료가스 및 산소함유가스의 유량을 조정할 수 있도록 되어 있다. 연료가스 및 산소함유가스의 공급유량은 연료가스의 유량계(221a)와 산소함유가스의 유량계(222a)에 의해 측정되고 있고, 그 측정값은 공급제어장치(220a)에 보내지며, 연료가스유량조정밸브(218a) 및 산소함유가스유량조정밸브(219a)의 개도조정에 이용되도록 되어 있다.
마찬가지로 소경관상화염버너(213)에 연료가스를 공급하는 배관중에는 연료가스불어넣음노즐(214a, 214c)에 공급할 연료가스의 유량을 조정하기 위한 연료가스유량조정밸브(218b)가 설치되어 있고, 소경관상화염버너(213)에 산소함유가스를 공급하는 배관중에는 산소함유가스불어넣음노즐(214b, 214d)에 공급할 산소함유가스의 유량을 조정하기 위한 산소함유가스유량조정밸브가 설치되어 있다. 연료가스유량조정밸브(218b)와 산소함유가스유량조정밸브(219b)는 공급제어장치(220b)에 의해 제어되고, 소경관상화염버너(213)에 공급할 연료가스 및 산소함유가스의 유량을 조정할 수 있도록 되어 있다. 연료가스 및 산소함유가스의 공급유량은 연료가스의 유량계(221b)와 산소함유가스의 유량계(222b)에 의해 측정되고 있고, 그 측정값은 공급제어장치(220b)에 보내지며, 연료가스유량조정밸브(218b) 및 산소함유가스유량 조정밸브(219b)의 개도조정에 이용되도록 되어 있다.
그리고 대경관상화염버너(210)의 공급제어장치(220a)와 소경관상화염버너(213)의 공급제어장치(b)와 연휴(連携)하여 연료가스 및 산소함유가스의 전체공급유량을 조정할 수 있도록 되어 있다.
상기와 같이 구성된 다단식 관상화염버너의 연소를 실행하는 경우에는 연소부하가 작은 것은 대경관상화염버너(210)의 연료가스유량조정밸브(218a) 및 산소함유가스유량조정밸브(219a)의 개도를 0으로 하여 소경관상화염버너(213)의 연소가스유량조정밸브(218b) 및 산소함유가스유량조정밸브(219b)의 개도를 연소부하에 따라 조정하고, 연소부하가 커지면 소경관상화염버너(213)의 연료가스유량조정밸브(218b) 및 산소함유가스유량조정밸브(219b)의 개도를 0으로 하여 대경관상화염버너(210)의 연료가스유량조정밸브(218a) 및 산소함유가스유량조정밸브(219a)의 개도를 연소상태에 따라 조정한다. 보다 더 연소부하가 커지면, 0으로 하고 있었던 소경관상화염버너(213)의 연료가스유량조정밸브(218b) 및 산소함유가스유량조정밸브 (219b)의 개도를 열어 연소부하에 따라 대경관상화염버너(210)의 연료가스유량조정밸브(219b)의 개도를 열어 연소부하에 따라 대경관상화염버너(210)의 연료가스유량조정밸브(218a) 및 산소함유가스유량조정밸브(219a)의 개도와, 소경관상화염버너(213)의 연료가스유량조정밸브(218b) 및 산소함유가스유량조정밸브(219b)의 개도를 각각 조정한다.
이에 따라 이 실시형태에 있어서도 단체의 관상화염버너에서는 곤란한 넓은 연소부하범위에서의 안정된 연소가 가능하게 된다.
또한 지금까지 서술한 실시형태에서는 2개의 관상화염버너를 연결하고 있는데, 필요에 따라 3개 이상의 관상화염버너를 연결해도 좋다.
또 지금까지 서술한 실시형태에서는 연료가스불어넣음노즐 및 산소함유가스불어넣음노즐을 분사방향이 연소실 내주면의 접선방향에 일치하도록 설치하고 있는데, 반드시 연소실 내주면의 접선방향에 일치할 필요는 없고, 연소실에 가스의 선회류를 형성할 수 있는 정도로 분사방향이 연소실 내주면의 접선방향으로부터 벗어나 있어도 좋다.
또 지금까지 서술한 실시형태에서는 연소실로의 분사구로서 관축방향을 따라 슬릿을 형성하고, 그 슬릿에 편평 형상의 연료가스 불어넣음노즐 및 산소함유가스불어넣음노즐을 접속하고 있는데, 연소실로의 분사구로서 복수의 작은구멍을 관축방향으로 형성하고, 그 작은 구멍열에 연료가스 또는 산소함유가스를 불어 넣기 위한 노즐을 접속하도록 해도 좋다.
또 이 실시형태에서는 연료가스와 산소함유가스를 따로따로 불어 넣고 있는데, 연료가스와 산소함유가스를 미리 혼합하여 불어 넣어도 좋다.
본 실시형태를 이용하면, 연소부하의 증감에 대응하여 다단으로 이루어진 관상화염버너로부터 적절한 관상화염버너를 선택하여 사용할 수 있으므로 보다 넓은 연소부하범위에서 안정된 연소를 실행하는 것이 가능하게 된다.
또한 관상화염버너의 단면은 원형이 아니고 다각형이어도 좋다.
실시형태 4
본 발명의 실시형태 4를 도면을 참조하여 설명한다. 도 18은 본 실시형태의 관상화염버너의 설명도이고, 도 18A는 관상화염버너의 구성도, 도 18B는 도 18A의 B-B화살표시도이다.
이 관상화염버너는 일단이 개방된 관상의 연소실(301)과, 노즐분사구가 상기 연소실(301)의 내면에 개구한 연료불어넣음용 노즐 및 산소함유가스불어넣음용 노즐(304)을 구비하고, 상기 연료불어넣음용 노즐 및 산소함유가스불어넣음용 노즐(304)의 분사방향이 연소실(301) 내주면의 대략 접선방향과 일치하고 있는 관상화염버너에 있어서, 상기 연소실(301)의 길이를 관상화염이 형성되는 길이보다도 길게 하는 동시에, 연소실(301)을 내경이 연소실(301)의 외경보다도 큰 외통(302)으로 덮고, 연소실(301)의 와면과 외통(302)의 내면의 사이를 상기 불어넣음노즐에 공급하기 전의 연료가스 또는 산소함유가스의 통로(303)로 한 것이다.
연소실(301)의 일단은 개방단이고, 연소배기가스의 배출구로 되어 있다. 그리고 연소실(301)의 타단부에는 관축방향을 따라 긴 슬릿이 형성되어 있고, 이 슬릿에 연료가스와 산소함유가스를 따로따로 불어넣는 노즐(304)이 접속되어 있다.
노즐(304)은 연소실(301)의 내주면의 대략 접선방향을 향하여 설치되어 있고, 연료가스와 산소함유가스의 불어 넣음에 의해 연소실(301)내에 선회류가 형성되도록 되어 있다. 또 노즐(304)은 선단부의 형상이 편평하고, 또한 그 개구면적이 축소되어 있으며, 연료가스 및 산소함유가스가 고속으로 불어 넣어지도록 되어 있다. “305”는 점화플러그이다.
외통(302)은 선후단 함께 폐색단으로 되어 있고, 외통(302)의 선단측에 접속한 배관(306)을 통해서 연소가스 또는 산소함유가스를 연소실(301)과 외통(302)에 형성되는 공간(303)에 공급할 수 있도록 되어 있다.
외통(302)의 후단측에는 상기 노즐(304)에 접속되는 배관(307)이 접속되어 있고, 예열된 연료가스 또는 산소함유가스를 노즐(304)에 도입하도록 되어 있다. 또한 상기와 같이 하여 연료가스를 예열해서 공급할 때에는 설치되어 있는 노즐(304)의 반쪽에는 예열하지 않는 산소함유가스가 공급되고, 산소함유가스를 예열하고 나서 공급할 때에는 설치되어 있는 노즐(304)의 반쪽에는 예열하지 않는 연료가스가 공급된다.
본 실시형태의 관상화염버너는 연료가스 또는 산소함유가스를 예열하고 나서 연소실(301)에 공급하는 부분의 구조 이외는 종래의 관상화염버너와 같은 구조를 하고 있으므로 연소의 원리는 종래의 관상화염버너와 마찬가지이므로 그 상세설명은 생략한다.
본 실시형태의 관상화염버너에 있어서는 연소실의 길이를 관상화염이 형성되는 길이보다도 길게 하고 있다. 따라서 연소실의 선단부분은 연소가스에 의해 고온으로 되는데, 상온의 연료가스 또는 산소함유가스로 냉각하고 있으므로 버너가 열로 손상되는 일은 없고, 버너의 수명을 연장할 수 있다. 또 연료가스 또는 산소함유가스를 예열하고 있으므로 연소성을 높일 수 있어 연소 가능한 연료의 범위를 넓힐 수 있다.
또한 관상화염버너의 단면은 원형이 아니고 다각형이어도 좋다.
( 실시예 )
본 실시형태의 이중원통식의 관염화염버너의 효과를 확인하기 위해 저발열량의 연료를 사용한 연소실험을 실행했다. 또한 비교예로서 종래의 일중원통식의 관상화염버너를 사용한 연소시험(연소용 공기 또는 연료의 예열 없음)도 아울러 실행했다. 저발열량의 연료로서는 고로가스단체 및 고로가스(BFG)에 N2가스나 코크스로가스(COG)를 혼입시켜서 고로가스보다도 저발열량으로 한 혼합가스를 사용했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
표 1에 있어서, 비교예 1-3에 있어서 사용한 연료는 본 실시예에 있어서 사용한 연료와 동일 구성의 것이다.
Figure 112007047473668-pat00001
(비고)연료발열량의 단위는 Kcal/Nm3
표 1로부터 명백한 바와 같이 고로가스를 연소시키는 경우에는 본 실시예와 같이 연소용 공기를 예열한 경우라도, 비교예 1과 같이 연소용 공기를 예열하지 않은 경우라도, 연소상태는 양호한데, 고로가스보다도 발열량이 낮은 연료를 연소시키는 경우에는 본 실시예 2-5와 같이 연소용 공기나 연료를 예열한 경우에는 연소상태는 양호한데, 비교예 2 및 3과 같이 연소용 공기나 연료를 예열하지 않는 경우에는 연소상태는 나쁜 것을 알 수 있다.
또한 실시예 2 및 3의 저위발열량의 연료의 구체예로서는 환원분위기로 또는 무산화분위기로의 배기가스이다. 이들 배기가스는 그대로 방산할 수 없으므로 전용의 연소로에서 연소시킨 후 대기방산시키고 있는데, 본 실시예에 의해 특별히 전용연소로를 필요로 하지 않고 또한 연료로서 이용하면서 처리할 수 있다고 하는 효과가 있다.
실시형태 5
(실시형태 5-1)
본 발명의 실시형태 5-1을 도 19∼도 22에 나타낸다. 도 19는 이 실시형태에 이용하는 관상화염버너의 측면도, 도 20A는 도 19에 있어서의 A-A화살표시의 단면도, 도 20B는 도 19에 있어서의 B-B화살표시의 단면도이다. 도 21은 이 실시형태에 관련되는 관상화염버너의 연소제어장치의 전체구성도이고, 도 22는 이 실시형태에 있어서의 관상화염버너의 연소제어방법을 설명하는 설명도이다.
도 19에 있어서, “410”은 관상의 연소실이고, 선단(410a)이 개방되어 연소배기가스의 배출구로 되어 있다. 그리고 후단(410b) 근처의 관축방향의 2군데에 연소실(410)로 연료가스를 불어 넣는 노즐과 산소함유가스를 불어 넣는 노즐의 장착부(A, B)가 설치되어 있다.
노즐장착부(A)에서는 도 19 및 도 20A에 나타내는 바와 같이 연소실(410)로의 노즐분사구로서 관축방향을 따른 가늘고 긴 슬릿(412)이 연소실(410)의 둘레방향의 4군데에 형성되어 있고, 각각의 슬릿(412)에 관축방향에 가늘고 긴 편평형상의 노즐(411a, 411b, 411c, 411d)이 접속되어 있다. 각각의 노즐(411a, 411b, 411c, 411d)의 분사방향은 연소실(410)의 내주면의 접선방향이고 또한 동일회전방향으로 되도록 설치되어 있다. 그들 4개의 노즐 중, 노즐(411a)과 노즐(411c)의 2개는 연료가스불어넣음노즐이고, 노즐(411b)과 노즐(411d)의 2개는 산소함유가스불어넣음노즐이다.
연료가스불어넣음노즐(411a, 411c)로부터는 연료가스가 연소실(410)의 내주면의 접선방향을 향하여 고속으로 불어 넣어지고, 산소함유가스불어넣음노즐(411b, 411d)로부터는 산소함유가스가 연소실(410)의 내주면의 접선방향을 향하여 고속으로 불어 넣어지며, 연소실(410)의 내주면에 가까운 영역에서 연료가스와 산소함유가스가 효율 좋게 혼합되면서 선회류가 형성되도록 되어 있다. 그 선회류로 된 혼합가스에 점화플러그 또는 파일럿버너 등의 점화장치(도시하지 않음)에 의해 점화하면, 연소실(410)내에 관상의 화염이 생성된다.
마찬가지로 노즐장착부(B)에서도 도 19 및 도 20B에 나타내는 바와 같이 연소실(410)로의 노즐분사구로서 관축방향을 따른 가늘고 긴 슬릿(414)이 연소실(410)의 둘레방향의 4군데에 형성되어 있고, 각각의 슬릿(414)에 관축방향에 가늘고 긴 편평형상의 노즐(413a, 413b, 413c, 413d)이 접속되어 있다. 각각의 노즐(413a, 413b, 413c, 413d)의 분사방향은 연소실(410)의 내주면의 접선방향이고 또한 동일회전방향으로 되도록 설치되어 있다. 그들 4개의 노즐 중, 노즐(413a)과 노즐(413c)의 2개는 연료가스불어넣음노즐이고, 노즐(413b)과 노즐(413d)의 2개는 산소함유가스불어넣음노즐이다.
연료가스불어넣음노즐(413a, 413c)로부터는 연료가스가 연소실(410)의 내주면의 접선방향을 향하여 고속으로 불어 넣어지고, 산소함유가스불어넣음노즐(413b, 413d)로부터는 산소함유가스가 연소실(410)의 내주면의 접선방향을 향하여 고속으로 불어 넣어지며, 연소실(410)의 내주면에 가까운 영역에서 연료가스와 산소함유가스가 효율 좋게 혼합되면서 선회류가 형성되도록 되어 있다. 그 선회류로 된 혼합가스에 점화플러그 또는 파일럿버너 등의 점화장치(도시하지 않음)에 의해 점화하면, 연소실(410)내에 관상의 화염이 생성된다.
따라서 이 실시형태에 있어서는 동일관 둘레상으로 2개씩의 연료가스불어넣음노즐과 산소함유가스불어넣음노즐을 설치하고, 그것을 관축방향에 2열 설치하고 있으므로 연료가스불어넣음노즐과 산소함유가스불어넣음노즐이 각각 4개씩 설치되어 있는 것이 된다.
또한 상기의 산소함유가스는 공기, 산소, 산소부화공기, 산소ㆍ배기가스혼합가스 등 연소용의 산소를 공급하는 가스를 가리키고 있다.
그리고 도 20에 나타내는 바와 같이 연료가스불어넣음노즐(411a, 411c, 413a, 413c)로 연료가스를 공급하는 배관중에는 각각의 노즐(411a, 411c, 413a, 413c)로의 연료가스의 공급을 ONㆍOFF하는 개폐밸브(415a, 415c, 416a, 416c)가 설치되어 있고, 산소함유가스불어넣음노즐(411b, 411d, 413b, 413d)로 산소함유가스를 공급하는 배관중에는 각각의 노즐(411b, 411d, 413b, 413d)로의 산소함유가스의 공급을 ONㆍOFF하는 개페밸브(415b, 415d, 416b, 416d)가 설치되어 있다.
그리고 개폐밸브(415a, 415b, 415c, 415d, 416a, 416b, 416c, 416d)의 개폐를 제어하기 위한 공급제어장치(420)가 설치되어 있고, 그 개폐제어에 의해 연소실(410)로 연료가스 및 산소함유가스를 불어 넣는 노즐을 선택할 수 있도록 되어 있다.
또 연료가스를 공급하는 배관중에는 연료가스불어넣음노즐(411a, 411c, 413a, 413c)에 공급하는 연료가스의 전체공급유량을 조정하기 위한 연료가스유량조정밸브(417)가 설치되어 있고, 산소함유가스를 공급하는 배관중에는 산소함유가스불어넣음노즐(411b, 411d, 413b, 413d)에 공급하는 산소함유가스의 전체공급유량을 조정하기 위한 산소함유가스유량조정밸브(418)가 설치되어 있다. 연료가스유량조정밸브(417)와 산소함유가스조정밸브(418)는 공급제어장치(420)에 의해 제어되고, 연소부하에 따라 공급할 연료가스 및 산소함유가스의 전체유량을 조정하도록 되어 있다. 즉 연소부하가 작은 경우는 연료가스유량조정밸브(417) 및 산소함유가스유량조정밸브(418)의 개도를 좁혀서 전체공급유량을 감소시키고, 연소부하가 큰 경우는 연료가스유량조정밸브(417) 및 산소함유가스유량조정밸브(418)의 개도를 넓혀서 전체공급유량을 증가시킨다.
또한 연료가스 및 산소함유가스의 전체공급유량은 연료가스의 유량계(421)와 산소함유가스의 유량계(422)에 의해 측정되고 있고, 그 측정값을 공급제어장치(420)에 보내지며, 연료가스유량조정밸브(417) 및 산소함유가스유량조정밸브(418)의 개도조정에 이용되도록 되어 있다.
상기와 같이 구성된 관상화염버너의 연소제어장치를 이용하여 관상화염버너의 연소제어를 실행하는 방법을 도 21 및 도 22를 이용하여 설명한다.
이 관상화염버너의 연소제어방법에서는 연소부하에 따라 연소실(410)에 불어 넣어지는 연료가스 및 산소함유가스의 초기유속이 압력손실로부터 결정되는 허용최대유속(Vp)과, 관상화염을 형성하기 위해 필요한 최소유속(Vq)의 범위가 되도록 연료가스 및 산소함유가스의 불어 넣음에 사용하는 노즐의 갯수를 선택하도록 하고 있다.
즉 연소부하에 따라 연소실(410)에 불어 넣어지는 연료가스 및 산소함유가스의 전체공급유량을 증가시킬 때에 개폐밸브(415a)를 열고, 다른 3개의 개폐밸브(415c, 416a, 416c)를 닫고서 연료가스불어넣음노즐(411a)에서만 연료가스가 불어 넣어지도록 하며, 개페밸브(415b)를 열고, 다른 3개의 개페밸브(415d, 416b, 416d)를 닫고서 산소함유가스불어넣음노즐(411b)에서만 산소함유가스가 불어 넣어지도록 한 경우에는 공급되는 연료가스유량의 전부가 집중하여 1개의 연료가스불어넣음노즐(411a)로부터 불어 넣어지고, 공급되는 산소함유가스유량의 전부가 집중하여 1개의 산소함유가스불어넣음노즐(411b)로부터 불어 넣어지므로 도 22A 중의 L1선에 나타내어지는 바와 같이 불어넣음노즐(411a, 411b)로부터의 초기유속은 전체공급유량의 증가에 동반하여, 즉 연소부하의 증가에 동반하여 급속히 증가한다. 그 결과 관상화염을 형성하기 위해 필요한 최소유속(Vq)에 바로 이를 수 있는데, 압력손실로부터 결정되는 허용최대유속(Vp)도 바로 넘어 버린다.
이에 대해 2개의 개폐밸브(415a, 415c)를 열고, 나머지 2개의 개폐밸브(416a, 416c)를 닫고서 2개의 연료가스불어넣음노즐(411a, 411c)로부터 연료가스가 불어 넣어지도록 하며, 2개의 개폐밸브(415b, 415d)를 열고, 나머지 2개의 개폐밸브(416b, 416d)를 닫고서 2개의 산소함유가스불어넣음노즐((411b, 411d)로부터 산소함유가스가 불어 넣어지도록 한 경우에는 공급되는 연료가스유량의 1/2씩이 분산하여 2개의 연료가스불어넣음노즐(411a, 411c)로부터 불어 넣어지고, 공급되는 산소함유가스유량의 1/2씩이 분산하여 2개의 산소함유가스불어넣음노즐(411b, 411d)로부터 불어 넣어지므로 도 22A 중의 L2선에 나타내어지는 바와 같이 불어넣음노즐로부터의 초기유속은 전체공급유량의 증가에 동반하여, 즉 연소부하의 증가에 동반하여 비교적 완만하게 증가한다. 상기의 각 1개의 불어넣음노즐(411a, 411b)을 이용한 경우에 비하여 1/2의 증가비율로 된다. 그 결과 관상화염을 형성하기 위해 필요한 최소유속(Vq)에 비교적 늦게 도달하는데, 압력손실로부터 결정되는 허용최대유속(Vp)을 넘는 것도 비교적 늦어진다.
또한 4개의 개폐밸브(415a, 415c, 416a, 416c)를 모두 열고 4개의 연료가스불어넣음노즐(411a, 411c, 413a, 413c)로부터 연료가스가 불어 넣어지도록 하고, 4개의 개폐밸브(415b, 415d, 416b, 416d)를 모두 열고 4개의 산소함유가스불어넣음노즐(411b, 411d, 413b, 413d)로부터 산소함유가스가 불어 넣어지도록 한 경우에는 공급되는 연료가스유량의 1/4씩이 분산하여 4개의 연료가스불어넣음노즐(411a, 411c, 413a, 413c)로부터 불어 넣어지고, 공급되는 산소함유가스유량의 1/4씩이 분산하여 산소함유가스불어넣음노즐(411b, 411d, 413b, 413d)로부터 불어 넣어지므로, 도 17A 중의 L3선에 나타내어지는 바와 같이 불어넣음노즐로부터의 초기유속은 전체공급유량의 증가에 동반하여, 즉 연소부하의 증가에 동반하여 매우 완만하게 증가한다. 상기의 각 1개의 불어넣음노즐(411a, 411b)을 이용한 경우에 비하여 1/4의 증가비율로 된다. 그 결과 관상화염을 형성하기 위해 필요한 최소유속(Vq)에 도달하는 것이 무척 늦어지는데, 압력손실로부터 결정되는 허용최대유속(Vp)을 넘는 것도 상당히 늦어진다.
그리고 상기와 같은 관계에 의거하여 이 연소제어방법에서는 연소부하에 따라 연소실(410)에 불어 넣어지는 연료가스 및 산소함유가스의 초기유속이 압력손실로부터 걸정되는 허용최대유속(Vp)과, 관상화염을 형성하기 위해 필요한 최소유속(Vq)의 범위가 되도록 공급제어장치(420)가 개폐밸브(415a, 415b, 415c, 415d, 416a, 416b, 416c, 416d)의 개폐를 제어하여 연료가스 및 산소함유가스의 불어 넣음에 사용할 노즐의 갯수를 정하고 있다.
즉 도 22B에 나타내는 바와 같이 소정최소연소부하로부터 약 1/4의 부하까지는 연료가스불어넣음노즐과 산소함유가스불어넣음노즐을 각각 1노즐씩 사용하고, 약 1/4부터 약 1/2의 연소부하까지는 각각 2노즐씩 사용하며, 약 1/2부터 소정최대연소부하까지는 각각 4노즐씩을 사용한다.
이에 따라 도 22A 중의 M선에 나타내는 바와 같이 불어넣음노즐로부터의 초기유속이 압력손실로부터 결정되는 허용최대유속(Vp)과, 관상화염을 형성하기 위해 필요한 최소유속(Vq)의 범위에 항상 들어가 필요한 고속도로 유지하면서 압력손실이 과잉으로 커지지 않게 할 수 있다.
이와 같이 이 실시형태에 있어서는 관상의 연소실(410)의 동일 원둘레상에 2개씩의 연료가스의 불어넣음노즐 및 산소함유가스의 불어넣음노즐을 장착하는 동시에, 그것을 관축방향으로 2열 설치하고, 연소부하의 증감에 대응하여 연료 및 산소함유가스의 전체공급유량을 증감시켜도 이들 복수의 연료가스불어넣음노즐 및 산소함유가스불어넣음노즐 중에서 사용할 노즐의 갯수를 개폐밸브의 개폐에 의해 적절히 선택해서 소정의 불어넣음속도가 얻어지도록 하고 있으므로 공급유량이 증가했을 때의 압력손실의 감소와 공급유량이 저하했을 때의 선회력의 홀딩을 양립시키는 것이 가능하다.
또한 이 실시형태에서는 동일관 둘레상으로 2개씩의 연료가스불어넣음노즐과 산소함유가스불어넣음노즐을 장착하고, 그것을 관축방향으로 2열 설치하고 있는데, 관둘레방향의 갯수 및 관축방향의 열수는 필요에 따라 적당히 설정하면 좋다.
또 이 실시형태에서는 연료가스불어넣음노즐 및 산소함유가스불어넣음노즐을 분사방향이 연소실 내주면의 접선방향에 일치하도록 설치하고 있는데, 반드시 연소실 내주면의 접선방향에 일치할 필요는 없고, 연소실에 가스의 선회류를 형성할 수 있는 정도로 분사방향이 연소실 내주면의 접선방향으로부터 벗어나 있어도 좋다.
또 이 실시형태에서는 연소실로의 분사구로서 관축방향을 따라 슬릿을 형성하고, 그 슬릿에 편평 형상의 연료가스 불어넣음노즐 및 산소함유가스 불어넣음노즐을 접속하고 있는데, 연소실로의 분사구로서 복수의 작은 구멍을 관축방향에 형성하고, 그 작은 구멍열에 연료가스 또는 산소함유가스를 불어 넣기 위한 노즐을 접속하도록 해도 좋다.
또 이 실시형태에서는 연료가스를 불어 넣고 있는데, 액체연료를 불어 넣어도 좋다. 액체연료로서는 등유, 경유, 알코올, A중유 등의 비교적 낮은 온도에서 기화하는 것이 호적하다.
또한 관상화염버너의 단면은 원형이 아니고 다각형이어도 좋다.
실시형태 5-2
본 실시형태를 도 26에 나타낸다. 도 26은 이 실시형태에 관련되는 관상화염버너의 연소제어장치의 전체 구성도이다.
상기의 실시형태 5-1에 있어서는 도 21에 나타낸 바와 같이 장착부(A)의 노즐 또는/ 및 장착부(B)의 노즐에 공급할 연료가스의 전체유량과 산소함유가스의 전체유량을 조정하도록 하고 있는 것에 대해 이 실시형태에서는 추가로 공급할 연료가스의 유량과 산소함유가스의 유량을 장착부(A)의 노즐에 대해 별개로 조정할 수 있도록 되어 있다.
즉 도 26에 나타내는 바와 같이 장착부(A)의 노즐에 연료가스를 공급하는 배관중에는 연료가스불어넣음노즐(411a, 411c)에 공급할 연료가스의 유량을 조정하기 위한 연료가스유량조정밸브(417a)가 설치되어 있고, 장착부(A)의 노즐에 산소함유가스를 공급하는 배관중에는 산소함유가스불어넣음노즐((411b, 411d)에 공급할 산소함유가스의 유량을 조정하기 위한 산소함유가스유량조정밸브(418a)가 설치되어 있다. 연료가스유량조정밸브(417a)와 산소가스유량조정밸브(418a)는 공급제어장치에 의해 제어되고, 장착부(A)의 노즐에 공급할 연료가스 및 산소함유가스의 유량을 조정할 수 있도록 되어 있다. 연료가스 및 산소함유가스의 공급량은 연료가스의 유량계(421a)와 산소함유가스의 유량계(422a)에 의해 측정되고 있고, 그 측정값은 공급제어장치(420a)에 보내지며, 연료가스유량조정밸브(417a) 및 산소함유가스유량조정밸브(418b)의 개도조정에 이용되도록 되어 있다. 마찬가지로 장착부(B)의 노즐에 연료가스를 공급하는 배관중에는 연료가스불어넣음노즐(413a 및 413c)에 공급할 연료가스의 유량을 조정하기 위한 연료가스유량조정밸브(417b)가 설치되어 있고, 장착부(B)의 노즐에 산소함유가스를 공급하는 배관중에는 산소함유가스불어넣음노즐(413b, 413d)에 공급할 산소함유가스의 유량을 조정하기 위한 산소함유가스유량조정밸브(418b)가 설치되어 있다. 연료가스유량밸브(417b)와 산소함유가스유량조정밸브(418b)는 공급제어장치(420b)에 의해 제어되고, 장착부(B)의 노즐에 공급할 연료가스 및 산소함유가스의 유량(421b)과 산소함유가스의 유량계(422b)에 의해 측정되고 있고, 그 측정값은 공급제어장치(420b)에 보내지며, 연료가스유량조정밸브(417b) 및 산소함유가스유량조정밸브(418b)의 개도조정에 이용되도록 되어 있다.
그리고 장착부(A)의 노즐로의 공급제어장치(420a)와 장착부(B)의 노즐로의 공급제어장치(420b)와 연휴하여 연료가스 및 산소함유가스의 전체공급유량을 조정할 수 있도록 되어 있다.
또한 장착부(A)의 연료가스불어넣음(411a, 411c)으로의 연료가스의 공급을 ONㆍOFF하는 개폐밸브(415a, 415c)가 설치되어 있고, 장착부(A)의 산소함유가스불어넣음노즐(411b, 411d)로 산소함유가스를 공급하는 배관중에는 각각의 노즐(411b, 411d)로의 산소함유가스의 공급을 ONㆍOFF하는 개폐밸브(415b, 415d)가 설치되어 있으며, 공급제어장치(420a)에 의해 각각의 개폐밸브(415a, 415b, 415c, 415d)의 개폐를 제어하도록 되어 있다.
또한 장착부(B)의 연료가스불어넣음노즐(413a, 413c)로 연료가스를 공급하는 배관중에는 각각의 노즐(413a, 413)로의 연료가스의 공급을 ONㆍOFF하는 개폐밸브(416a, 416c)가 설치되어 있고, 장착부(B)의 산소함유가스불어넣음노즐(413b, 413d)로의 산소함유가스를 공급하는 배관중에는 각각의 노즐(413b, 413d)로의 산소함유가스의 공급을 ONㆍOFF하는 개폐밸브(416b, 416d)가 설치되어 있으며, 공급제어장치(420b)에 의해 각각의 개폐밸브(416a, 416b, 416c, 416d)의 개폐를 조정하도록 되어 있다.
이와 같은 공급제어장치(420a)와 공급제어장치(420b)에 의한 개폐제어에 의해 연소실(410)로 연료가스 및 산소함유가스를 불어 넣는 노즐을 선택할 수 있도록 되어 있다.
따라서 이 실시형태에 있어서도 연소부하의 증감에 대응하여 연료 및 산소함유가스의 전체공급유량을 증감시켜도 복수의 연소가스불어넣음노즐 및 산소함유가스불어넣음노즐 중에서 사용할 노즐의 갯수를 개폐밸브의 개폐에 의해 적절히 선택해서 그 노즐로 공급할 유량을 유량조정밸브에 의해 조정함으로써 소정의 불어넣음속도가 얻어지도록 할 수 있으므로 공급유량이 증가했을 때의 압력손실의 감소와 공급유량이 저하했을 때의 선회력의 홀딩을 양립시키는 것이 가능하게 된다.
또한 관상화염버너의 단면은 원형이 아니고 다각형이어도 좋다.
(실시형태 5-3)
본 발명의 실시형태 5-3을 도 23∼도 25에 나타낸다. 도 23은 이 실시형태에 이용하는 관상화염버너의 측면도, 도 24A는 도 23에 있어서의 A-A화살표시의 단면도, 도 24B는 도 23에 있어서의 B-B화살표시의 단면도이다. 도 25는 이 실시형태에 관련되는 관상화염버너의 연소제어장치의 전체 구성도이다.
도 23에 있어서 “410”은 관상의 연소실이고, 선단(410a)이 개방되어 연소배기가스의 배출구로 되어 있다. 그리고 후단(410b) 근처의 관축방향의 2군데에 연소실(410)로 연료가스를 불어 넣는 노즐과 산소함유가스를 불어 넣는 노즐의 장착부(A, B)가 설치되어 있다.
노즐장착부(A)에서는 도 23 및 도 24A에 나타내는 바와 같이 연소실(410)로의 노즐분사구로서 관축방향을 따른 가늘고 긴 슬릿(432)이 연소실(410)의 둘레방향으로 2군데에 형성되어 있고, 각각의 슬릿(432)에 관축방향에 가늘고 긴 편평형상의 노즐(431a, 43b)이 접속되어 있다. 각각의 노즐(431a, 431b)의 분사방향은 연소실(410)의 내주면의 접선방향이고 또한 동일회전방향으로 되도록 설치되어 있다. 노즐(431a, 431b)에는 연료가스와 산소함유가스를 미리 혼합한 예혼합가스가 공급되도록 되어 있다.
그리고 예혼합가스가 공급된 예혼합가스불어넣음노즐(431a, 431b)로부터 예혼합가스가 연소실(410)의 내주면의 접선방향을 향하여 고속으로 불어 넣어지고, 연소실(410)의 내주면에 가까운 영역에서 선회류가 형성되도록 되어 있다. 그 선회류로 된 예혼합가스에 점화플러그 또는 파일럿버너 등의 점화장치(도시하지 않음)에 의해 점화하면, 연소실(410)내에 관상의 화염이 생성된다.
마찬가지로 노즐장착부(B)에서도 도 23 및 도 24B에 나타내는 바와 같이 연소실(410)로의 노즐분사구로서 관축방향을 따른 가늘고 긴 슬릿(434)이 연소실(410)의 둘레방향으로 2군데에 형성되어 있고, 각각의 슬릿(434)에 관축방향에 가늘고 긴 편평형상의 노즐(433a, 433b)이 접속되어 있다. 각각의 노즐(433a, 433b)의 분사방향은 연소실(410)의 내주면의 접선방향이고 또한 동일회전방향으로 되도도록 설치되어 있다. 노즐(433a, 433b)에는 연료가스와 산소함유가스를 미리 혼합한 예혼합가스가 공급되도록 되어 있다.
그리고 예혼합가스가 공급된 예혼합가스불어넣음노즐(433a, 433b)로부터 예혼합가스가 연소실(410)의 내주면의 접선방향을 따라 고속으로 불어 넣어지고, 연소실(410)의 내주면에 가까운 영역에서 선회류가 형성되도록 되어 있다. 그 선회류로 된 예혼합가스에 점화플러그 또는 파일럿버너 등의 점화장치(도시하지 않음)에 의해 점화하면, 연소실(410)내에 관상의 화염이 생성된다.
따라서 이 실시형태에 있어서는 동일관 둘레상으로 2개의 예혼합가스불어넣음노즐을 설치하고, 그것을 관축방향에 2열 설치하고 있으므로 4개의 예혼합가스불어넣음노즐이 설치되어 있는 것으로 된다.
그리고 도 25에 나타내는 바와 같이 예혼합가스불어넣음노즐(431a, 431b, 433a, 433b)로 예혼합가스를 공급하는 배관중에는 각각의 노즐((431a, 431b, 433a, 433b)로의 예혼합가스의 공급을 ONㆍOFF하는 개폐밸브(435a, 435b, 436a, 436b)와, 연료가스와 산소함유가스를 미리 혼합하여 예혼합가스로 하기 위한 가스혼합가스(437a, 437b, 438a, 438b)가 설치되어 있다.
*개폐밸브(435a, 435b, 436a, 436b)의 개폐제어는 공급제어장치(420)에 의해 실행되고, 그 개폐제어에 의해 연소실(410)로 예혼합가스를 불어 넣는 노즐을 선택할 수 있도록 되어 있다.
가스혼합가스(437a, 437b, 438a, 438b)에 연료가스를 공급하는 배관중에는 공급할 연료가스의 전체유량을 조정하기 위한 연료가스유량조정밸브(517)가 설치되어 있고, 가스혼합가스(437a, 437b, 438a, 438b)에 산소함유가스를 공급하는 배관중에는 공급할 산소함유가스의 전체유량을 조정하기 위한 산소함유가스유량조정밸브(418)가 설치되어 있다. 연료가스유량조정밸브(417)와 산소함유가스유량조정밸브(418)는 공급제어장치(420)에 의해 제어되고, 연소부하에 따라 공급할 연료가스 및 산소함유가스의 전체유량을 조정하도록 되어 있다. 즉 연소부하가 작은 경우는 연료가스유량조정밸브(417) 및 산소함유가스유량조정밸브(418)의 개도를 좁혀서 전체공급유량을 감소시키고, 연소부하가 큰 경우는 연료가스유량조정밸브(417) 및 산소함유가스유량조정밸브(418)의 개도를 넓혀서 전체공급유량을 증가시킨다.
또한 연료가스 및 산소함유가스의 전체공급유량은 연료가스의 유량계(421)와 산소함유가스의 유량계(422)에 의해 측정되고 있고, 그 측정값은 공급제어장치(420)에 보내지며, 연료가스유량조정밸브(417) 및 산소함유가스유량조정밸브(418)의 개도조정에 이용되도록 되어 있다.
상기와 같이 구성된 관상화염버너의 연소제어장치를 이용한 연소제어방법은 상기의 실시형태와 마찬가지이다.
즉 연소부하에 따라 연소실(410)에 불어 넣어지는 예혼합가스의 초기유속이 압력손실로부터 결정되는 허용최대유속(Vp)과, 관상화염을 형성하기 위해 필요한 최소유속(Vq)의 범위가 되도록 공급제어장치(420)가 개폐밸브(435a, 435b, 436a, 436b)의 개폐를 제어하여 예혼합가스의 불어 넣음에 사용할 노즐의 갯수를 정한다.
예를 들면, 소정최소연소부하부터 약 1/4의 부하까지는 1개의 예혼합가스불어넣음노즐을 사용하고, 약 1/4부터 약 1/2의 연소부하까지는 2개의 예혼합가스불어넣음노즐을 사용하며, 약 1/2부터 소정최대연소부하까지는 4개의 예혼합가스불어넣음노즐을 사용한다.
이에 따라 불어넣음노즐로부터의 초기유속이 압력손실로부터 결정되는 허용최대유속(Vp)과, 관상화염을 형성하기 위해 필요한 최소유속(Vq)의 범위에 항상 들어가 필요한 고속도로 유지하면서 압력손실이 과잉으로 커지지 않도록 할 수 있다.
이와 같이 이 실시형태에 있어서는 관상의 연소실(410)의 동일 원둘레상으로 2개의 예혼합가스불어넣음노즐을 장착하는 동시에, 그것을 관축방향에 2열 설치하고, 연소부하의 증감에 대응하여 예혼합가스의 전체공급유량을 증감시켜도 이들 복수의 예혼합가스불어넣음노즐 중에서 사용할 노즐의 갯수를 개폐밸브의 개폐에 의해 적절히 선택해서 소정의 불어넣음속도가 얻어지도록 하고 있으므로 공급유량이 증가했을 때의 압력손실의 감소와 공급유량이 저하했을 때의 선회력의 홀딩을 양립시키는 것이 가능하다.
또한 이 실시형태에서는 동일관 둘레상으로 2개의 예혼합가스불어넣음노즐을 장착하고, 그것을 관축방향에 2열 설치하고 있는데, 관둘레방향의 갯수 및 관축방향의 열수는 필요에 따라 적절히 설정하면 좋다.
또 이 실시형태에서는 예혼합가스불어넣음노즐을 분사방향이 연소실 내주면의 접선방향에 일치하도록 설치하고 있는데, 반드시 연소실 내주면의 접선방향에 일지할 필요는 없고, 연소실내에 가스의 선회류를 형성할 수 있는 정도로 분사방향이 연소실 내주면의 접선방향으로부터 벗어나 있어도 좋다.
또 이 실시형태에서는 연소실로의 분사구로서 관축방향을 따라 슬릿을 형성하고, 그 슬릿에 편평 형상의 예혼합가스 불어넣음노즐을 접속하고 있는데, 연소실로의 분사구로서 복수의 작은 구멍을 관축방향에 배치하고, 그 작은 구멍열에 예혼합가스를 불어 넣기 위한 노즐을 접속하도록 해도 좋다.
또 이 실시형태에 있어서, 연료가스로서 액체연료를 미리 가열하여 가스화시킨 것을 이용해도 좋다. 액체연료로서는 등유, 경유, 알코올, A중유 등의 비교적 낮은 온도에서 기화하는 것이 호적하다.
또한 관상화염버너의 단면은 원형이 아니고 다각형이어도 좋다.
(실시형태 5-4)
본 실시형태를 도 27에 나타낸다. 도 27은 이 실시형태에 관련되는 관상화염버너의 연소제어장치의 전체 구성도이다.
상기의 실시형태 5-3에 있어서는 도 25에 나타낸 바와 같이 장착부(A)의 예혼합가스불어넣음노즐 또는/ 및 장착노즐에 공급할 연료가스의 전체유량과 산소함유가스의 전체유량을 조정하도록 하고 있는 것에 대해 이 실시형태에 있어서는 추가로 공급할 연료가스의 유량과 산소함유가스의 유량을 장착부(A)의 예혼합가스불어넣음노즐에 대해서 별개로 조정할 수 있도록 하고 있다.
즉 도 26에 나타내는 바와 같이 장착부(A)의 예혼합가스불어넣음노즐(431a, 431b)에 연료가스를 공급하는 배관중에는 공급할 산소함유가스의 유량을 조정하기 위한 산소함유가스유량조정밸브(417a)가 설치되어 있고, 장착부(A)의 예혼합가스불어넣음노즐(431a, 431b)에 산소함유가스를 공급하는 배관중에는 공급할 산소함유가스의 유량을 조정하기 위한 산소함유가스유량조정(418a)이 설치되어 있다. 연료가스유량조정밸브(417a)와 산소가스유량조정밸브(418a)는 공급제어장치(420a)에 의해 제어되고, 장착부(A)의 예혼합가스불어넣음노즐(431a, 431b)에 공급할 연료가스 및 산소함유가스의 유량을 조정할 수 있도록 되어 있다. 연료가스 및 산소함유가스의 공급유량은 연료가스의 유량계(421a)와 산소함유가스의 유량계(422a)에 의해 측정되고 있고, 그 측정값은 공급제어장치(420a)에 보내지며, 연료가스유량조정밸브(417a) 및 산소함유가스유량조정밸브(418a)의 개도조정에 이용되도록 되어 있다.
마찬가지로 장착부(B)의 예혼합가스불어넣음노즐(433a, 433b)에 연료가스를 공급하는 배관중에는 공급할 연료가스의 유량을 조정하기 위한 연료가스유량조정밸브(417b)가 설치되어 있고, 장착부(B)의 예혼합가스불어넣음노즐((433a, 433b)에 산소함유가스를 공급하는 배관중에는 공급할 산소함유가스의 유량을 조정하기 위한 산소함유가스유량조정밸브(418b)가 설치되어 있다. 연료가스유량조정밸브(417b)와 산소함유가스유량조정밸브(418b)는 공급제어장치(420b)에 의해 제어되고, 장착부(B)의 예혼합가스불어넣음노즐(433a, 433b)에 공급할 연료가스 및 산소함유가스의 유량 및 산소함유가스의 유량계를 조정할 수 있도록 되어 있다. 연료가스 및 산소함유가스의 공급유량은 연료가스의 유량계(421b)와 산소함유가스의 유량계(422b)에 의해 측정되고 있고, 그 측정값은 공급제어장치(420b)에 보내지며, 연료가스유량조정밸브(417b) 및 산소함유가스유량조정밸브(418b)의 개도조정에 이용되도록 되어 있다.
그리고 장착부(A)의 예혼합가스불어넣음노즐(431a, 431b)로의 공급제어장치(420b)와 장착부(B)의 예혼합가스불어넣음노즐(433a, 433b)로의 공급제어장치(420b)와 연휴하여 연료가스 및 산소함유가스의 전체공급유량을 조정할 수 있도록 되어 있다.
또한 장착부(A)의 예혼합가스불어넣음노즐(431a)에 가스혼합가스(437a)로부터의 예혼합가스를 공급하는 배관중에는 예혼합가스불어넣음노즐(431a)로의 예혼합가스를 ONㆍOFF하는 개폐밸브(435a)가 설치되어 있고, 장착부(A)의 예혼합가스불어넣음노즐(431b)에 가스혼합실(437b)로부터의 예혼합가스를 공급하는 배관중에는 예혼합가스불어넣음노즐(431b)로의 예혼합가스의 공급을 ONㆍOFF하는 개폐밸브(435b)가 설치되어 있다.
또 장착부(B)의 예혼합가스불어넣음노즐(433a)에 가스혼합가스(438a)로부터의 예혼합가스를 공급하는 배관중에는 예혼합가스불어넣음노즐(433a)로의 예혼합가스의 공급을 ONㆍOFF하는 개폐밸브(436a)가 설치되어 있고, 장착부(B)의 예혼합가스불어넣음노즐(433b)에 가스혼합가스(438b)로부터의 예혼합가스를 공급하는 배관중에는 예혼합가스불어넣음노즐(433b)로의 예혼합가스의 공급을 ONㆍOFF하는 개폐밸브(436b)가 설치되어 있다.
개폐밸브(435a, 435b)의 개폐제어는 공급제어장치(420a)에 의해 실행되고, 개폐밸브(436a, 436b)의 개폐제어는 공급제어장치(420a)에 의해 실행된다. 그 개폐제어에 의해 연소실(410)로 예혼합을 불어 넣는 노즐을 선택할 수 있게 되어 있다.
따라서 이 실시형태에 있어서도 연소부하의 증감에 대응하여 예혼합가스의 전체공급유량을 증감시켜도 복수의 예혼합가스불어넣음노즐 중에서 사용할 노즐의 갯수를 개폐밸브의 개폐에 의해 적절하게 선택해서 그 노즐에 공급할 유량을 유량조정밸브에 의해 조정함으로써 소정의 불어넣음속도가 얻어지도록 할 수 있으므로 공급유량이 증가했을 때의 압력손실의 감소와 공급유량이 저하했을 때의 선회력의 홀딩을 양립시키는 것이 가능하게 된다.
본 실시형태에 있어서는 연소부하의 증감에 대응하여 연료 및 산소함유가스의 전체공급유량을 증감시켜도 소정의 불어넣음속도가 얻어지도록 연소실로 연료 및 산소함유가스를 불어 넣는 노즐의 갯수 또는 연소실에 연료가스와 산소함유가스의 예혼합가스를 불어 넣는 노즐의 갯수를 적절히 선택하도록 하고 있으므로 보다 넓은 연소부하범위로 안정된 연소를 실행할 수 있다.
또한 관상화염버너의 단면은 원형이 아니고 다각형이어도 좋다.
실시형태 6
본 발명의 실시형태 6을 도 28∼도 31에 나타낸다. 도 28은 이 실시형태에 이용하는 관상화염버너의 측면도, 도 29A는 도 28에 있어서의 A-A화살표시의 단면도이다. 도 30은 이 실시형태에 관련되는 관상화염버너의 연소제어장치의 전체 구성도이고, 도 31은 이 실시형태에 있어서의 관상화염버너의 연소제어방법을 설명하는 설명도이다.
*도 28에 있어서, “510”은 관상의 연소실이고, 선단(510a)이 개방되어 연소배기가스의 배출구로 되어 있다. 그리고 연소실(510)의 후단(510b)의 근처에 연소실(510)로 연료가스를 불어 넣는 노즐과 산소함유가스를 불어 넣는 노즐이 장착되어 있다.
도 28 및 도 29에 나타내는 바와 같이 연소실(510)로의 노즐분사구로서 관축방향을 따른 가늘고 긴 슬릿(512)이 연소실(510)의 동일관 둘레상의 4군데에 형성되어 있고, 각각의 슬릿(512)에 관축방향으로 가늘고 긴 편평형상의 노즐(511a, 511b, 511c, 511d)이 접속되어 있다. 각각의 노즐(511a, 511b, 511c, 511d)의 분사방향은 연소실(510)의 내주면의 접선방향이고 또한 동일회전방향으로 되도록 설치되어 있다. 그들 4개의 노즐 중 노즐(511a)과 노즐(511c)의 2개는 연료가스불어넣음노즐이고, 노즐(511b)과 노즐(511d)의 2개는 산소함유가스불어넣음노즐이다.
연료가스불어넣음노즐(511a, 511c)로부터는 연료가스가 연소실(510)의 내주면의 접선방향을 향하여 고속으로 불어 넣어지고, 산소함유가스불어넣음노즐(511b, 511d)로부터는 산소함유가스가 연소실(510)의 내주면의 접선방향을 향하여 고속으로 불어 넣어지며, 연소실(510)의 내주면에 가까운 영역에서 연료가스와 산소함유가스가 효율 좋게 혼합되면서 선회류가 형성되도록 되어 있다. 그 선회류로 된 혼합가스에 점화플러그 또는 파일럿버너 등의 점화장치(도시하지 않음)에 의해 점화하면, 연소실(510)내에 관상의 화염이 생성된다. 그 연소가스는 연소실(510)의 선단(510a)으로부터 배출된다.
또한 상기의 산소함유가스는 공기, 산소, 산소부화공기, 산소ㆍ배기가스혼합가스 등 연소용의 산소를 공급하는 가스를 가리키고 있다.
그리고 도 29A 및 도 29B에 나타내는 바와 같이 슬릿(512)이 설치되어 있는 위치에 슬릿(512)의 개구면적을 변경하기 위한 슬릿개구면적조정링(513)이 연소실(510)에 내접하도록 하여 장착되어 있다. 슬릿개구면적조정링(513)은 얇은 살두께의 원형형상으로 4개의 슬릿(512)과 대응하는 원둘레방향의 4군데에 노치부가 설치되어 있고, 이 슬릿개구면적조정링(513)을 관둘레방향으로 회전시킴으로써 4개의 슬릿(512)의 개구면적을 변경할 수 있다.
즉 도 29A는 슬릿개구면적조정링(513)의 노치부가 슬릿(512)에 겹쳐 슬릿(512)의 개구면적이 최대로 되어 있는 상태를 나타내고 있는데, 이 상태로부터 슬릿개구면적조정링(513)을 소정의 각도만큼 회전시키면, 도 29B에 나타내는 바와 같이 슬릿(512)의 일부가 슬릿개구면적조정링(513)으로 막혀서 슬릿(512)의 개구면적이 좁아진다.
그리고 도 30에 전체 구성도를 나타내는 바와 같이 이 실시형태의 관상화염버너의 연소제어장치에 있어서는 연료가스를 공급하는 배관중에는 연료가스불어넣음노즐(511a, 511c)에 공급할 연료가스의 공급유량을 조정하기 위한 연료가스유량조정밸브(517)가 설치되어 있고, 산소함유가스를 공급하는 배관중에는 산소함유가스불어넣음노즐(511b, 511d)에 공급할 산소함유가스의 공급유량을 조정하기 위한 산소함유가스유량조정밸브(518)가 설치되어 있다. 연료가스유량조정밸브(517)와 산소함유가스유량조정밸브(518)는 공급제어장치(520)에 의해 제어되고, 연소부하에 따라 공급할 연료가스 및 산소함유가스의 유량을 조정하도록 되어 있다. 즉 연소부하가 작은 경우는 연료가스유량조정밸브(517) 및 산소함유가스유량조정밸브(518)의 개도를 좁혀서 공급유량을 감소시키고, 연소부하가 큰 경우는 연료가스유량조정밸브(517) 및 산소함유가스유량조정밸브(518)의 개도를 넓혀서 공급유량을 증가시킨다.
또한 연료가스 및 산소함유가스의 공급유량은 연료가스의 유량계(521)와 산소함유가스의 유량계(522)에 의해 측정되고 있고, 그 측정값은 공급제어장치(520)에 보내지며, 연료가스유량조정밸브(517) 및 산소함유가스유량조정밸브(518)의 개도조정에 이용되도록 되어 있다.
*또 슬릿개구면적조정링(513)의 각도위치를 조정하기 위한 모터(514)가 설치되어 있고, 모터(514)는 공급제어장치(520)에 의해 제어되며, 슬릿개구면적조정링(513)의 각도위치를 변경함으로써 슬릿(512)의 개구면적을 조정하도록 되어 있다. 또한 모터(514)에 대신하여 유압실린더, 공기실린더 등의 액츄에이터를 이용해도 좋다.
상기와 같이 구성된 관상화염버너의 연소제어장치를 이용하여 관상화염버너의 연소제어를 실행하는 방법을 도 30, 도 31을 이용하여 설명한다.
이 관상화염버너의 연소제어방법에서는 연소부하에 따라 공급유량을 증감할 때에 연소실(510)에 불어 넣어지는 연료가스 및 산소함유가스의 초기유속이 압력손실로부터 결정되는 허용최대유속(Vp)과 관상화염을 형성하기 위해 필요한 최소유속(Vq)의 범위로 되도록 슬릿(512)의 개구면적을 조정하고 있다.
즉 슬릿(512)의 개구면적을 좁게 한 경우는 도 31A 중의 L1선에 나타내어지는 바와 같이 불어넣음노즐(511a∼511d)의 초기유속은 공급유량의 증가, 즉 연소부하의 증가에 동반하여 급속히 증가한다. 그 결과, 관상화염을 형성하기 위해 필요한 최소유속(Vq)에 바로 이를 수 있는데, 압력손실로부터 결정되는 허용최대유속(Vp)도 바로 넘어 버린다.
이에 대해 슬릿(512)의 개구면적을 다소 넓게 한 경우는 도 31A 중의 L2선에 나타내어지는 바와 같이 불어넣음노즐로부터의 초기유속은 공급유량의 증가, 즉 연소부하의 증가에 동반하여 비교적 완만하게 증가한다. 그 결과, 관상화염을 형성하기 위해 필요한 최소유속(Vq)에 비교적 늦게 도달하는데, 압력손실로부터 결정되는 허용최대유속(Vp)을 넘는 것도 비교적 늦어진다.
또한 슬릿(512)의 개구면적을 최대로 넓게 한 경우는 도 31A 중의 L3선에 나타내어지는 바와 같이 불어넣음노즐로부터의 초기유속은 공급유량의 증가, 즉 연소부하의 증가에 동반하여 매우 완만하게 증가한다. 그 결과, 관상화염을 형성하기 위해 필요한 최소유속(Vq)에 도달하는 것이 매우 늦어지는데, 압력손실로부터 결정되는 허용최대유속(Vp)을 넘는 것도 상당히 늦어진다.
그리고 상기와 같은 관계에 의거하여 이 연소제어방법에서는 연소부하에 따라 연소실(510)에 불어 넣어지는 연료가스 및 산소함유가스의 초기유속이 압력손실로부터 결정되는 허용최대유속(Vp)과, 관상화염을 형성하기 위해 필요한 최소유속(Vq)의 범위로 되도록 공급제어장치(520)가 슬릿개구면적조정링(513)의 각도위치를 제어하여 슬릿(512)의 개구면적을 조정하고 있다.
즉 도 31B에 나타내는 바와 같이 소정최소연소부하부터 약 1/3의 연소부하까지는 슬릿(512)의 개구면적을 좁히고, 약 1/3의 연소부하부터 약 2/3의 연소부하까지는 슬릿(512)의 개구면적을 약간 넓히며, 약 2/3의 연소부하부터 소정최대연소부하까지는 슬릿(512)의 개구면적을 최대로 넓혀서 연소를 실행한다.
이에 따라 도 31A 중의 M1선에 나타내는 바와 같이 불어넣음노즐로부터의 초기유속이 압력손실로부터 결정되는 허용최대유속(Vp)과, 관상화염을 형성하기 위해 필요한 최소유속(Vq)의 범위에 항상 들어가 필요한 고속도로 유지하면서 압력손실이 과잉으로 커지지 않도록 할 수 있다.
또한 상기와 같이 연소부하에 따라 슬릿(512)의 개구면적을 단계적으로 변경하는 연소제어방법뿐만 아니고, 도 31B에 나타내는 바와 같이 연소부하에 따라 슬릿(512)의 개구면적을 연속적으로 변경함으로써 도 31A 중의 M2선에 나타내는 바와 같이 불어넣음노즐로부터의 초기유속이 압력손실로부터 결정되는 허용최대유속(Vp)과, 관상화염을 형성하기 위해 필요한 최소유속(Vq)의 범위에서 또한 항상 일정한 유속으로 되도록 하는 연소제어를 실행할 수 도 있다.
또한 이 실시형태에서는 연료가스불어넣음노즐 및 산소함유가스불어넣음노즐을 분사방향이 연소실 내주면의 접선방향에 일치하도록 설치하고 있는데, 반드시 연소실 내주면의 접선방향에 일치할 필요는 없고, 연소실에 가스의 선회류를 형성할 수 있는 정도로 분사방향이 연소실 내주면의 접선방향으로부터 벗어나 있어도 좋다.
또 이 실시형태에서는 연소실로의 분사구로서 관축방향을 따라 슬릿을 형성하고, 그 슬릿에 편평 형상의 연료가스 불어넣음노즐 및 산소함유가스 불어넣음노즐을 접속하고 있는데, 연소실로의 분사구로서 복수의 작은 구멍을 관축방향으로 형성하고, 그 작은 구멍열에 연료가스 또는 산소함유가스를 불어 넣기 위한 노즐을 접속하도록 해도 좋다.
또 이 실시형태에서는 연료가스를 불어 넣고 있는데, 액체연료를 불어 넣어도 좋다. 액체연료로서는 등유, 경유, 알코올, A중유 등의 비교적 낮은 온도에서 기화하는 것이 호적하다.
또 이 실시형태에서는 연료가스와 산소함유가스를 따로따로 불어 넣고 있는데, 연료가스와 산소함유가스를 미리 혼합하여 불어 넣어도 좋다.
본 실시형태에 있어서는 연소부하의 증감에 대응하여 연료 및 산소함유가스 의 공급유량을 증감시켜도 소정의 불어넣음속도가 얻어지도록 노즐분사구의 개구면적을 조정하도록 하고 있으므로 보다 넓은 연소부하범위로 안정된 연소를 실행할 수 있다.
또한 관상화염버너의 단면은 원형이 아니고 다각형이어도 좋다.

Claims (15)

  1. 삭제
  2. 선단이 개방된 관상의 연소실;
    상기 연소실 내면을 향하여 개구하고, 상기 연소실에 가스의 선회류를 형성할 수 있도록 상기 연소실의 내주면의 접선방향과 동일한 방향으로 분사 가능한 연료와 산소함유가스를 따로따로 불어 넣기 위한, 또는 미리 혼합하여 불어 넣기 위한 연료 불어넣음용 노즐 및 산소함유가스 불어넣음용 노즐로 이루어지며,
    여기에서 상기 관상화염버너는, 복수의 관상화염버너를 이용함으로써, 또한 상기 연소실의 내경이 보다 큰 관상화염버너의 후단에 연소실의 내경이 보다 작은 상기 관상화염버너의 선단을 연결함으로써 일체로 구성된 다단식 관상화염버너인 것을 특징으로 하는 관상화염버너.
  3. 선단이 개방된 관상의 연소실;
    상기 연소실 내면을 향하여 개구하고, 상기 연소실에 가스의 선회류를 형성할 수 있도록 상기 연소실의 내주면의 접선방향과 동일한 방향으로 분사 가능한 연료 불어넣음용 노즐 및 산소함유가스 불어넣음용 노즐로 이루어지며, 여기에서 관상화염버너는,
    상기 연소실의 외경보다도 큰 내경을 갖는 외통에 덮여진 연소실, 및 상기 연소실의 외면과 상기 외통의 내면 사이의 틈에 의해 형성되는 상기 불어넣음용 노즐에 공급하기 전의 연료가스 또는 산소함유가스가 통과하기 위한 통로를 갖는 것을 특징으로 하는 관상화염버너.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 틈은 연소가스 또는 산소함유가스를 예열하기 위해 통과시키기 위한 수단인 것을 특징으로 하는 관상화염버너.
  5. 선단이 개방된 관상의 연소실과, 상기 연소실 내면을 향하여 개구하고, 상기 연소실에 가스의 선회류를 형성할 수 있도록 상기 연소실의 내주면의 접선방향과 동일 방향으로 분사 가능한 긴 쪽 방향, 둘레방향 중, 적어도 일 방향에 위치하는 복수의 연료 불어넣음용 노즐 및 복수의 산소함유가스 불어넣음용 노즐을 구비하는 관상화염버너의 연소제어장치로서;
    상기 관상화염버너가 갖는 각각의 노즐에 접속한 공급관에 설치된 개폐밸브;
    상기 관상화염버너의 연소부하에 따라 각각의 노즐로부터의 분사속도를 미리 설정된 범위 내의 값으로 하도록 상기 개폐밸브를 개폐 제어하기 위한 제어수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 관상화염버너의 연소제어장치.
  6. 선단이 개방된 관상의 연소실과, 상기 연소실 내면을 향하여 개구하고, 상기 연소실에 가스의 선회류를 형성할 수 있도록 상기 연소실의 내주면의 접선방향과 동일한 방향으로 분사 가능한 연료가스와 산소함유가스로 이루어지는 예혼합가스를 불어 넣기 위한 긴쪽 방향, 둘레 방향 중, 적어도 일 방향에 위치하는 복수의 노즐을 갖는 관상화염버너의 연소제어장치로서;
    각 노즐에 접속된 공급관에 설치된 개폐밸브:
    상기 관상화염버너의 연소부하에 따라 각각의 노즐로부터의 분사속도를 미리 설정된 범위 내의 값으로 하도록 상기 개폐밸브를 개폐 제어하기 위한 제어수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 관상화염버너의 연소제어장치.
  7. 선단이 개방된 관상의 연소실과, 상기 연소실 내면을 향하여 개구하고, 상기 연소실에 가스의 선회류를 형성할 수 있도록 상기 연소실의 내주면의 접선방향과 동일한 방향으로 분사 가능한 복수의 연료 불어넣음용 노즐 및 복수의 산소함유가스 불어넣음용 노즐을 갖는 관상화염버너의 연소제어장치로서;
    상기 각 노즐에 접속한 공급관에 설치된 개폐밸브;
    상기 관상화염버너의 연소 부하에 따라 각각의 상기 노즐로부터의 분사속도가 미리 설정된 범위 내의 값이 되도록 상기 개폐밸브를 개폐 제어하기 위한 제어수단;
    상기 각 노즐 분사구의 개구 면적을 가변으로 하기 위한 조정수단;
    상기 관상화염버너의 연소 부하에 따라 상기 각 노즐로부터의 분사속도를 미리 설정된 범위 내의 값으로 하도록 상기 조정수단에 의해 노즐 분사구의 면적을 조정하기 위한 제어수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 관상화염버너의 연소제어장치.
  8. 선단이 개방된 관상의 연소실과, 상기 연소실 내면을 향하여 개구하고, 상기 연소실에 가스의 선회류를 형성할 수 있도록 상기 연소실의 내주면의 접선방향과 동일한 방향으로 분사 가능한 연료가스와 산소함유가스로 이루어지는 예혼합가스를 불어 넣기 위한 복수의 연료 불어넣음용 노즐 및 복수의 산소함유가스 불어넣음용 노즐을 갖는 관상화염버너의 연소제어장치로서;
    상기 각 노즐에 접속한 공급관에 설치된 개폐밸브;
    상기 관상화염버너의 연소부하에 따라 각각의 노즐로부터의 분사속도가 미리 설정된 범위 내의 값이 되도록 상기 개폐밸브를 개폐 제어하기 위한 제어수단;
    상기 노즐 분사구의 개구 면적을 가변으로 하는 조정수단;
    상기 관상화염버너의 연소부하에 따라 상기 노즐로부터의 분사속도가 미리 설정된 범위 내의 값이 되도록 상기 조정수단에 의해 노즐 분사구의 면적을 조정하기 위한 제어수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 관상화염버너의 연소제어장치.
  9. 선단이 개방된 관상의 연소실, 노즐 분사구가 상기 연소실의 내면에 개구한 긴쪽방향, 둘레방향 중, 적어도 일 방향에 위치하는 복수의 연료 불어넣음용 노즐 및 산소함유가스 불어넣음용 노즐을 준비하는 공정;
    상기 각 노즐에 공급관을 접속하고, 상기 공급관에 개폐밸브를 설치하는 공정;
    상기 각 연료 불어넣음용 노즐 및 각 산소함유가스 불어넣음용 노즐의 분사방향을 상기 연소실에 가스의 선회류를 형성할 수 있도록 상기 연소실의 내주면의 접선방향과 일치시켜 연소제어하는 공정;
    상기 관상화염버너의 연소부하에 따라 상기 각 노즐로부터의 분사속도가 미리 설정된 범위 내의 값이 되도록 상기 개폐밸브를 개폐 제어하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 관상화염버너의 연소제어방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    연소부하에 따라 상기 연소실에 불어 넣어지는 연료가스 및 산소함유가스의 초기 유속은 압력손실로부터 결정되는 허용최대유속(Vp)과 관상 화염을 형성하기 위해 필요한 최소유속(Vq)의 범위 내로 되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 관상화염버너의 연소제어방법.
  11. 선단이 개방된 관상의 연소실과, 노즐 분사구가 상기 연소실의 내면에 개구한 연료가스와 산소함유가스로 이루어지는 예혼합가스를 불어 넣기 위한 긴쪽방향, 둘레방향 중, 적어도 일 방향에 위치하는 복수의 노즐을 준비하는 공정;
    상기 각 노즐에 공급관을 접속하고, 상기 공급관에 개폐밸브를 설치하는 공정;
    상기 각 연료 불어넣음용 노즐 및 산소함유가스 불어넣음용 노즐의 분사방향을 상기 연소실에 가스의 선회류를 형성할 수 있도록 상기 연소실의 내주면의 접선방향과 일치시켜 연소제어하는 공정;
    상기 관상화염버너의 연소부하에 따라 상기 각 노즐로부터의 분사속도가 미리 설정된 범위 내의 값이 되도록 상기 개폐밸브를 개폐 제어하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 관상화염버너의 연소제어방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    연소부하에 따라 상기 연소실에 불어 넣어지는 연료가스 및 산소함유가스의 초기 유속은 압력손실로부터 결정되는 허용최대유속(Vp)과 관상 화염을 형성하기 위해 필요한 최소유속(Vq)의 범위 내로 되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 관상화염버너의 연소제어방법.
  13. 선단이 개방된 관상의 연소실, 노즐 분사구가 상기 연소실의 내면에 개구한 복수의 연료 불어넣음용 노즐 및 복수의 산소함유가스 불어넣음용 노즐을 준비하는 공정;
    상기 각 노즐에 공급관을 접속하고, 상기 공급관에 개폐밸브를 설치하는 공정;
    상기 각 연료 불어넣음용 노즐 및 각 산소함유가스 불어넣음용 노즐의 분사방향을 상기 연소실에 가스의 선회류를 형성할 수 있도록 상기 연소실의 내주면의 접선방향과 일치시켜 연소제어하는 공정;
    상기 관상화염버너의 연소부하에 따라 상기 각 노즐로부터의 분사속도가 미리 설정된 범위 내의 값이 되도록 상기 개폐밸브를 개폐제어하는 공정;
    상기 노즐 분사구의 개구 면적을 가변으로 하기 위한 조정수단에 의해 해당 관상화염버너의 연소부하에 따라 상기 노즐로부터의 분사속도가 미리 설정된 범위 내의 값이 되도록 상기 노즐 분사구의 면적을 조정하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 관상화염버너의 연소제어방법.
  14. 선단이 개방된 관상의 연소실과, 노즐 분사구가 상기 연소실의 내면에 개구한 연료가스와 산소함유가스로 이루어지는 예혼합가스를 불어 넣기 위해 복수의 노즐을 준비하는 공정;
    상기 각 노즐에 공급관을 접속하고, 상기 공급관에 개폐밸브를 설치하는 공정;
    상기 각 노즐의 분사방향을 상기 연소실에 가스의 선회류를 형성할 수 있도록 상기 연소실의 내주면의 접선방향과 일치시켜 연소제어하는 공정;
    상기 관상화염버너의 연소 부하에 따라 상기 각 노즐로부터의 분사속도가 미리 설정된 범위 내의 값이 되도록 상기 개폐밸브를 개폐제어하는 공정;
    상기 노즐 분사구의 개구 면적을 가변으로 하기 위한 조정수단에 의해 해당 관상화염버너의 연소부하에 따라 상기 노즐로부터의 분사속도가 미리 설정된 범위 내의 값이 되도록 상기 노즐 분사구의 면적을 조정하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 관상화염버너의 연소제어방법.
  15. 선단이 개방된 관상의 연소실, 노즐 분사구가 상기 연소실의 내면에 개구한 연료와 산소함유가스를 따로따로 또는 미리 혼합하여 불어넣는 노즐을 준비하는 공정;
    상기 각 노즐의 분사방향이 상기 연소실에 가스의 선회류를 형성할 수 있도록 상기 연소실의 내주면의 접선방향과 일치하고 있는 관상화염버너를 복수개 이용함으로써, 또한 상기 연소실 내경이 보다 큰 관상화염버너의 후단에 상기 연소실 내경이 보다 작은 관상화염버너의 선단을 연결함으로써 복수의 관상화염버너를 일체화하여 다단식 관상화염버너를 준비하는 공정;
    연소부하에 따라 상기 다단식 관상화염버너를 구성하는 각각의 관상화염버너 중에서 사용할 관상화염버너를 선택함으로써 연소제어하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 관상화염버너의 연소제어방법.
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