KR100885715B1 - 버너의 점화 및 모니터링 방법 및 장치 - Google Patents

버너의 점화 및 모니터링 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 연료/산소 혼합기가 버너 헤드(2)로부터 고속으로 배출되고 그 혼합기의 배출 속도에 의해 화염의 길이가 좌우되는 고속 버너(1)를 점화 및 모니터링하는 방법에 관한 것이다. 이러한 본 발명은 연료 혼합기를 위한 버너 채널(5) 내에 동심으로 전기 전도성 파이프(8)를 배치하고, 이 파이프(8)의 제1 단부(9)를 버너 헤드(2)의 연료 혼합기 출구(7)에 근접하여 종결시키며, 파이프(8)를 전기적으로 절연(10)시키고, 파이프의 타단부(12)에서 자외선, 가시광선 및/또는 적외선으로 이루어진 군의 광을 검출하며, 버너의 점화시에 전압의 인가에 의해 파이프(8)의 제1 단부(9)와 이를 둘러싸는 버너 헤드(2) 사이에 스파크(15)를 생성하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 또한 그러한 버너에 관한 것이다.

Description

버너의 점화 및 모니터링 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR IGNITING AND MONITORING A BURNER}
본 발명은 버너를 점화 및 모니터링하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명은 대체로 소위 SER 타입의 버너, 즉 폐쇄된 바닥부를 갖는 외부 파이프에 의해 둘러싸인 파이프를 버너 헤드의 연장부에 포함하고 있는 버너에 관한 것이지만, 본 발명은 또한 보호 파이프가 마련되지 않은 "직통(straight-through)"형 버너 또는 개방형 버너에도 적용될 수 있다.
버너는 통상 화염의 주변에 배치된 전극에 의해 모니터링되고 있다. 이 전극은 전기 회로에 연결되며, 이 전기 회로는 화염 주변에서의 이온화로 인해 그 회로가 전극과 버너 또는 화염 파이프 사이에서 연결될 때까지는 전류가 흐를 수 없게 되어 있다. 대안으로, 연소시에 발생하는 자외선을 검출하는 UV 검출기가 사용되고 있다.
이온화를 검출하려면 화염의 가장자리에 전극을 배치할 필요가 있는 반면, UV 검출은 UV 복사선을 포착할 수 있어야 한다.
소위 고속 버너의 경우에 이온화 검출에 대해 문제점이 발생한다. 고속 버너의 경우, 연료 혼합기가 버너 헤드로부터 고속으로 흐르게 되며, 이는 화염의 길 이 및 위치가 유출되는 연료 혼합기의 속도에 따라 달라지게 됨을 의미한다. 따라서, 그러한 화염 위치로 인해 통상의 버너에서의 전극의 길이보다 길이가 길며 자유로이 매달려 있거나 최선의 경우에는 세라믹 외부 파이프에 의해 지지될 수 있는 전극이 필요하다. 버너와의 금속성 접촉은 없어야 한다.
이러한 문제점은 유입되는 연료/공기 혼합기의 상류에서 검출 전극이 그 전방부와 버너 사이에 스파크를 발생시키도록 고전압이 인가됨으로써 화염의 점화에 사용되도록 요구되는 경우에 더욱 두드러진다. 고전압의 사용은 전극을 버너로부터 격리시키기 위해 그 전극이 세라믹 파이프로 에워싸여야 함을 의미하며, 이는 나아가서 전극의 단면적이 버너의 연료 혼합기 전달 채널에 대해 무시할 수 없는 것이 됨을 의미한다.
충분한 형상 안정성 및 산화 수명 길이를 보장하는 치수로 된 통상의 점화용 전극은 절연 세라믹과 함께라면 연료 및 연소 공기/프리믹스(premix) 공기의 안내를 위해 활용 가능한 공간을 현저히 감소시킬 것이다.
가변적인 화염 형상을 생성하는 고속 버너 외에도, 전극의 위치는 파워를 증가시키는 경우에도 보다 중요하게 되었다. 최적의 이온화는 화염의 가장자리에서 얻어진다. 버너의 종방향 축선을 따라 배치된 전극은 제기능을 제대로 발휘하지 못하거나 전혀 발휘 못할 것이다.
전극이 편심되게 위치 설정되면 화염의 대칭성에 방해를 초래할 것이다.
UV 검출의 경우, 축방향으로 벗어나는 UV 센서의 시야각(viewing angle)은 화염의 위치에 매우 민감한 것으로 확인되었다.
이들 문제점은, 통장의 종래 해결책에 비해 버너의 단면적을 덜 차지하면서 기계적 안정성 및 산화 수명 길이를 유지하는 구조를 제공하는 데에 목적이 있는 본 발명에 의해 해결된다.
따라서, 본 발명은, 연료/산소 혼합기가 버너 헤드로부터 고속으로 유동하고 혼합기의 속도에 의해 화염의 길이가 좌우되는 고속 버너를 점화 및 모니터링하는 방법에 관한 것으로서, 연료 혼합기를 위한 버너 채널 내에 동심으로 전기 전도성 파이프를 배치하고, 이 파이프의 제1 단부를 버너 헤드의 연료 혼합기 출구에 근접하여 종결시키며, 파이프에 전기 절연체를 마련하고, 파이프의 타단부에서 자외선, 가시광선 및/또는 적외선으로 이루어진 군의 광을 검출하며, 점화시에 전압의 인가를 통해 파이프의 제1 단부와 이를 둘러싸는 버너 헤드 사이에 스파크를 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한 첨부된 청구 범위의 청구항 5에 기재된 현저한 특징적 구성을 갖는 형태의 버너에 관한 것이다.
이하, 본 발명은 첨부 도면에 도시된 본 발명의 예시적인 실시 형태를 부분적으로 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 버너의 종단면도이다.
도 1에는 연료/산소 혼합기가 버너 헤드(2)로부터 고속으로 배출되고 혼합기의 속도에 의해 화염의 길이가 좌우되는 고속 버너가 도시되어 있다. 도 1에서는 버너의 전방부 및 후방부만을 도시한다. 버너의 후방부는 연료 및 산소 함유 가스의 입구(3, 4)를 각각 포함한다. 이 혼합기는 버너 헤드(2)에 의해 둘러싸인 오리피스(6)가 있는 관형 채널(5) 내에서 운반된다. 버너 헤드는 혼합기 출구(7)를 구비하며, 혼합기는 버너의 외부에서 연소된다.
본 발명에 따르면, 버너는 버너(1)의 연료 혼합기 전달 채널(5) 내에 동심으로 배치된 전기 전도성 파이프(8)를 포함한다. 이 파이프(8)의 제1 단부(9)는 버너 헤드의 연료 혼합기 출구에 근접하여 종결된다.
게다가, 파이프에는 전기 절연체(10)가 마련되며, 이 절연체는 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 전기 전도성 파이프를 에워싸는 세라믹 파이프로 이루어진다.
본 발명에 따르면, 자외선, 가시광선, 및/또는 적외선으로 이루어진 군에 속하는 광을 검출하는 광 검출기(11)가 파이프(8)의 타단부(12)에 배치된다. 이 검출기는 검출된 광에 따라 전기 신호를 방출하도록 되어 있으며, 이 전기 신호는 연소의 여부를 검출하는 검출 회로(13)로 보내진다.
또한, 전압 공급원(14)이 전기 전도체(16, 17)를 통해 파이프(8) 및 버너(1)에 연결되어, 점화시에 전압을 인가하여 파이프의 제1 단부(9)와 이를 둘러싸는 버너 헤드(2) 사이에 스파크(15)를 생성한다.
본 발명은 이러한 버너를 점화 및 모니터링하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 연료 혼합기를 위한 버너 채널 내에 동심으로 파이프를 배치하고, 이 파이프의 제1 단부를 버너 헤드의 연료 혼합기 출구 오리피스에 근접하여 종결시킨다. 파이프는 전기적으로 절연된다. 자외선, 가시광선 및/또는 적외선으로 이루어진 군의 광이 연소의 발생 여부를 검출하도록 파이프의 타단부에서 검출된다. 점화는 전압의 인가를 통해 파이프의 제1 단부와 이를 둘러싸는 버너 사이에 스파크를 생성함으로써 이루어진다.
이는 검출이 산업용 버너와 관련한 통상의 UV 검출기(11)에 의해 이루어질 수 있도록 버너의 화염으로부터 충분히 높은 UV 복사선이 얻어질 수 있게 하면서, 유동의 대칭성을 유지하고 유동 조건에 최소의 영향을 미칠 수 있는 조건을 달성할 수 있게 한다.
검출하는 데에 있어서 버너의 파워에 의존하지 않도록 하는 기능을 부여하기 위해서, 시선(視線)은 버너의 중앙 축선, 다시 말해 화염의 바로 하류측에서 연장한다.
편심되게 위치 설정된 시야 또는 관측 채널은 이 채널이 버너의 축선에 대해 평행하거나 작은 각도를 이루느냐에 관계없이 검출기(11)에서 광을 포착하는 것과 관련하여 화염의 위치에 더 의존하게 될 것이다. 게다가, 편심되게 위치 설정된 관측 채널은 유입되는 연료 혼합기의 유동 패턴에 비대칭성, 즉 교란을 초래할 것이다.
또한, 파이프(8)는 중앙에 배치된 점화 전극을 구성하며, 이것의 관형 형상으로 인해, 검출 및 점화 모두에 대해 필요 조건을 충족시키면서 충분히 큰 시야 또는 관측 채널을 허용할 수 있다. 또한, 연료 혼합기의 일부를 파이프(8)를 통해 안내할 수도 있다. 이는 버너 채널(5)에서의 연료 혼합기를 위한 가용 단면적을 증대시킨다. 이 경우, 입구 개구는 파이프(8)에서 버너의 하류 부분에 마련된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 방사상 날개(19)를 포함하는 적어도 하나의 지지 레그(18)가 연료 혼합기 채널 내에 배치되어, 파이프의 동축 배치 상태를 유지하도록 되어 있다.
50℃ 내지 2000℃의 온도 범위에서 전기 전도성을 갖는 재료의 파이프로 구성함으로써, 강도에 대한 면적 관성모멘트의 비를 봉의 경우에 비해 더 크게 할 수 있다. 이는 보다 큰 강도 또는 강성도에서 벽의 두께를 감소시킬 수 있게 해준다. 전술한 바와 같이, 원통형 캐비티가 매체 운반을 위해 사용될 수 있고, 이에 의해 가스 및 공기의 통로를 위해 더 큰 공간을 제공한다. 이는 캐비티가 사용되지 않는 경우와 달리 연소 성분을 주입하는 데에 요구되는 과압(overpressure)을 감소시킨다.
파이프(8)의 동축 배치 상태는 파이프의 그러한 배치가 버너의 연소 특성에 악영향을 미치지 않는 것이 확인되었다는 점에서 연소 기법과 관련하여 매우 중요하다.
중앙에 배치된 약 19㎟의 내부 단면적의 파이프(8)가 충분한 UV 복사선을 포착하는 것이 테스트를 통해 입증되었다. 이러한 파이프는 편심되게 배치된 약 64㎟의 내부 단면적을 갖는 파이프보다 더 많은 복사선을 포착하게 된다.
본 발명이 위에서 자외선 검출기와 관련하여 설명되었지만, 그 검출기는 가시광선 검출기 또는 적외선 검출기로 대체하여, 그 광을 검출 회로에 연결된 적절 한 공지의 검출기에 의해 검출할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 발명은 앞서 다수의 예시적인 실시 형태를 참조하여 설명하였지만, 전술한 실시 형태는 사용되는 재료 및 치수의 선정과 관련하여 달리할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명은 전술한 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 첨부된 청구 범위에서 벗어나지 않고 변형 및 수정이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims (8)

  1. 연료/산소 혼합기가 버너 헤드(2)로부터 고속으로 배출되어 버너 헤드의 외부에서 연소되고, 연료/산소 혼합기의 배출 속도에 의해 화염의 길이가 좌우되며, 연료 혼합기를 위한 버너 채널(5) 내에는 버너 채널(5)과 동심으로 전기 전도성 파이프(8)가 배치되고, 이 파이프(8)의 제1 단부(9)는 버너 헤드(2)의 연료 혼합기 출구(7)에 근접하여 종결되어 있는 고속 버너(1)를 점화 및 모니터링하는 방법에 있어서,
    파이프(8)를 연료 혼합기 전달 채널(5) 내에 배치된 지지 레그(18)에 의해 지지하여, 파이프를 채널 내에 동축 배치 상태로 유지하고;
    파이프(8)를 이 파이프(8)의 제1 단부(9) 외에는 전기적으로 절연시키며;
    파이프의 타단부(12)에서 자외선, 가시광선 및 적외선 중 하나 이상으로 이루어진 군의 광을 검출하고;
    버너의 점화시에 전압의 인가에 의해 파이프(8)의 제1 단부(9)와 이를 둘러싸는 버너 헤드(2) 사이에 스파크(15)를 생성하는
    것을 특징으로 하는 고속 버너의 점화 및 모니터링 방법.
  2. 제1항에 있어서, 파이프(8) 주위에 세라믹 절연체(10)를 장착하는 것을 특징으로 하는 고속 버너의 점화 및 모니터링 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 광 검출을 위한 검출기(11)에 의해 연소의 발생 여부를 검출하는 검출 회로(13)로 전기 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 고속 버너의 점화 및 모니터링 방법.
  4. 연료/산소 혼합기가 버너 헤드(2)로부터 고속으로 배출되어 버너 헤드의 외부에서 연소되고, 배출 속도에 의해 화염의 길이가 좌우되며, 전기 전도성 파이프(8)가 버너(10)의 연료 혼합기 전달 채널(5) 내에 동심으로 배치되고, 이 파이프(8)의 제1 단부(9)는 버너 헤드(2)의 연료 혼합기 출구(7)에 근접하여 종결되어 있는, 고속 버너에 있어서,
    파이프(8)에는 이 파이프(8)의 제1 단부(9) 외에는 전기 절연체(10)가 마련되며, 파이프(8)의 타단부(12)에는 자외선, 가시광선 및 적외선 중 하나 이상으로 이루어진 군의 광을 검출하도록 된 광 검출기(11)가 마련되고, 파이프(8) 및 버너(1)에는 전압 공급원(14)이 연결되어, 버너(1)의 점화시에 전압 공급원의 전압에 의해 파이프(8)의 제1 단부(9)와 이를 둘러싸는 버너 헤드(2) 사이에 스파크(15)를 생성하며, 연료 혼합기 전달 채널(5) 내에는 파이프(8)를 동축 배치 상태로 유지하도록 된 적어도 하나의 지지 레그(18)가 배치되는 것을 특징으로 하는 고속 버너.
  5. 제4항에 있어서, 세라믹 절연체(10)가 파이프(8) 주위에 마련되는 것을 특징으로 하는 고속 버너.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 광 검출기(11)는 연소 발생의 여부를 검출하도록 된 검출 회로(13)로 전기 신호를 전송하도록 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 고속 버너.
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