KR100916691B1 - 메탈 화이버 버너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 메탈 화이버 버너에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화염이 분산되도록 하여 질소산화물의 배출량을 감소시키면서도 고부하의 안정적인 연소가 가능하고, 또한 연소용 공기와 연료 가스의 혼합을 증가시켜 혼합 가스의 점화성 및 염의 균일성의 증가가 가능한 메탈 화이버 버너에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명에 따른 메탈 화이버 버너는 연소용 공기와 연료 가스를 공급하는 연료공급관과, 상기 연소용 공기와 연료 가스를 공급받아 혼합하고, 상기 혼합된 혼합 가스를 복수개의 부분으로 분기하여 분출시키는 분기형 연료분사노즐과, 상기 연료분사부에 연통하여 설치되며, 복수개의 염공이 형성되어 있는 슬릿판과, 상기 슬릿판의 상부에 설치되며, 복수개의 구획 부분들 중 어느 한 구획 부분 이상은 다른 구획 부분과 다른 조밀도를 갖는 메탈 화이버 및 상기 염공과 메탈 화이버 판을 통해 분출되는 상기 혼합가스를 점화시키는 점화장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

버너, 메탈 화이버, 조밀도, 질소산화물, 분기형 연료분사노즐

Description

메탈 화이버 버너{Metal fiber burner}

본 발명은 메탈 화이버 버너에 관한 것으로, 특히 화염이 분산되도록 하여 질소산화물의 배출량을 감소시키면서도 고부하의 안정적인 연소가 가능하고, 또한 연소용 공기와 연료 가스의 혼합을 증가시켜 혼합 가스의 점화성 및 염의 균일성의 증가가 가능한 메탈 화이버 버너에 관한 것이다.

일반적으로 버너는 연료용 공기와 연료 가스를 혼합한 혼합가스를 연소시켜 보일러에 내장된 배관들을 직간접적으로 가열하여 난방수 및 온수 등을 공급할 수 있도록 하는 보일러의 일 구성품으로, 최근에는 혼합가스의 연소시 버너에서 발생하는 질소산화물의 배출량을 낮춰 친환경적인 제품을 제공하기 위한 노력들이 이루어지고 있다.

예를 들어, 한국공개특허 제2001-78106호에서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 연소용 공기를 공급하는 급기팬(8)과, 급기팬(8)으로부터 공급되는 공기와 가스노즐에서 공급되는 가스를 혼합하는 매니폴드(9)와, 유입된 혼합기체를 통과시키는 관통공(3)이 천공되어 있는 외부 분배기(2) 등을 포함하고, 이때 외부 분배기(2)의 외측으로 상기 관통공(3)을 통과한 혼합기체를 연소시키는 메탈화이버 매트(1)를 밀착 설치하여, 메탈화이버 매트(1)가 혼합기체의 연소시 발생하는 큰 화염을 여러개의 작은 화염들로 분산시킬 수 있도록 함으로써, 염의 온도를 낮추고 그에 따라 질소산화물(NOx)의 발생을 감소시킬 수 있는 메탈화이버 버너를 제공하고 있다.

그러나, 이상과 같은 메탈화이버 버너는 전체 부분이 동일한 조밀도(즉, 그 짜임새에 의해 혼합기체를 통과시킬 수 있는 정도나 화염을 분산시킬 수 있는 정도)로 이루어진 메탈화이버 매트(1)에 의해 해당 메탈화이버 매트(1) 전체에 걸쳐 염의 온도를 낮추고 질소산화물의 발생을 감소시킬 수는 있으나, 그에 따른 반대급부로 고부하의 높은 온도의 화염을 발생시킬 수는 없다는 문제가 있었다.

더욱이, 질소산화물의 발생을 감소시키기 위해 공기를 과잉공급하는 희박연소(Lean-Burn) 방식을 채택하는 경우에는 과잉공기에 의해 조밀도가 일정한 메탈화이버 매트(1) 전체에서 불완전 연소가 일어남은 물론, 유속이 빨라 화염이 날아가 버리는 리프팅(Lifting) 현상이 발생하여 화염이 불안정하다는 문제가 있었다.

한편, 하나의 분사노즐(미도시)을 통해 외부 분배기(2) 전체에 혼합기체를 공급되도록 구성되어 있어서, 공급된 혼합기체가 외부 분배기(2)의 특정 부분에 집중되는 현상이 발생하고, 낮은 혼합율에 의해 점화성 및 화염의 균일성이 저하된다는 문제가 있었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로, 큰 화염을 여러개의 작은 화염들로 분산되도록 하여 질소산화물의 배출량을 감소시키면서도 고부하의 안정적인 연소가 가능하고, 또한 연소용 공기와 연료 가스의 혼합을 증가시켜 혼합 가스의 점화성 및 염의 균일성의 증가가 가능한 메탈 화이버 버너를 제공하고자 한다.

이를 위해 본 발명에 따른 메탈 화이버 버너는 연소용 공기와 연료 가스를 공급하는 연료공급관과, 상기 연소용 공기와 연료 가스를 공급받아 혼합하고, 상기 혼합된 혼합가스를 분사하는 연료분사노즐과, 상기 연료분사부에 연통하여 설치되며, 복수개의 염공이 형성되어 있는 슬릿판, 및 상기 슬릿판의 상부에 설치되며, 복수개의 구획 부분들 중 어느 한 구획 부분 이상은 다른 구획 부분과 다른 조밀도를 갖는 메탈 화이버를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 메탈 화이버에는 상기 슬릿판의 상부에 탈착 또는 부착이 가능하도록 하는 탈부착 장치가 설치되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 염공은 주염공과 보조염공을 포함하며, 상기 주염공과 보조염공은 서로 다른 형상 또는 크기로 이루어져 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 메탈 화이버은 상기 슬릿판의 주염공과 보조염공의 위치에 대응여 구획되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 연분사노즐은 상기 혼합가스를 복수개의 부분으로 분기하여 분출시키는 분기형 연료분사노즐인 것이 바람직하다.

또한, 상기 슬릿판은 상기 분기형 연료분사노즐을 통해 분출되는 혼합가스를 각각 공급받도록 복수개의 서브 슬릿판으로 이루어져 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 메탈 화이버 버너에 의하면 서로 다른 조밀도를 갖는 부분들로 구획된 메탈 화이버에 의해 큰 화염을 여러개의 작은 화염들로 분산되도록 하여 질소산화물의 배출량을 감소시키면서도 고부하의 안정적인 연소가 가능하게 한다.

또한, 분기형 연료분사노즐에 의해 연소용 공기와 연료 가스의 혼합을 증가시켜 혼합 가스의 점화성 및 염의 균일성의 증가시킬 수 있게 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 메탈 화이버 버너에 대해 상세히 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 메탈 화이버 버너를 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 메탈 화이버 버너를 나타낸 저면도이며, 도 4와 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 메탈 화이버 버너의 메탈 화이버를 나타낸 평면도이다.

먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 메탈 화이버 버너(100)는 하우징(110)의 일측에 장치되어 연소용 공기와 연료 가스를 공급하는 연료공급 관(120)과, 공급된 연소용 공기와 연료 가스를 혼합하고, 그 혼합가스를 분사하는 연료분사노즐(130)과, 연료분사노즐(130)과 연통하여 설치되며, 복수개의 염공(143)이 형성되어 있는 슬릿판(140)과, 슬릿판(140)의 상부에 설치되며, 복수개의 구획 부분들 중 어느 한 구획 부분 이상은 다른 구획 부분과 다른 조밀도를 갖는 메탈 화이버(150) 및 도시 생략된 점화장치 등을 포함하여 구성된다.

따라서, 연료공급관(120)을 통해 공급된 연소용 공기와 연료 가스가 연료분사노즐(130)에서 혼합된 다음 슬릿판(140)으로 분사되면, 슬릿판(140)의 염공(143)을 통해 1차 분출된 혼합가스가 메탈 화이버(150)를 통해 2차 분출되고, 이때 점화장치에 의해 혼합가스가 연소되면 메탈 화이버(150)에 의해 어느 한 구획 부분 이상의 화염과 그 외 다른 구획 부분의 화염 특성이 서로 다르게 되고, 그 서로 다른 특성의 화염들의 조합에 의해 질소산화물의 배출량을 감소시키면서도 고부하의 안정적인 연소가 가능하게 된다.

좀더 상세히 설명하면, 연료공급관(120)은 하우징(110)의 일측에서 연료분사노즐(130)과 연통하여 장치되어 있어, 공급팬(미도시)으로부터 발생된 송풍력에 의해 외부로부터 공급된 연소용 공기와 연료 가스를 연료분사노즐(130)까지 공급할 수 있도록 한다.

연료분사노즐(130)은 분출측이 슬릿판(140)과 연통하여 장치되어 있어, 연료공급관(120)을 통해 공급된 연소용 공기와 연료가스를 혼합한 다음, 그 혼합된 가 스를 슬릿판(140)을 향해 분사할 수 있게 한다.

특히, 연료분사노즐(130)은 도 3을 통해 알 수 있는 바와 같이 혼합가스를 복수개의 부분으로 분기하여 분출시키는 분기형 연료분사노즐(130)인 것이 바람직한데, 이와 같이 분기형 연료분사노즐(130)을 사용하여 혼합가스를 슬릿판(140)에 각각 분사되도록 하면 혼합기체의 집중 현상을 방지할 수 있음은 물론, 각 분기부에서 연소용 공기와 연료가스의 추가 혼합이 가능하게 된다.

슬릿판(140)은 연료분사노즐(130)을 통해 분출된 혼합가스를 통과시킬 수 있도록 복수개의 염공(143)들이 형성되어 있다.

이때, 염공(143)은 주염공(143a)과 상기 주염공(143a)의 외측에 인접하여 형성된 보조염공(143b)을 포함하여, 그 크기가 큰 주염공(143a)을 통해서는 담 연소(Lean-Burn)가 일어날 수 있도록 하고, 주염공(143a)보다 그 크기가 상대적으로 작은 보조염공(143b)을 통해서는 농 연소(Rich-Burn)이 일어날 수 있도록 함에 따라, 슬릿판(140) 만으로도 농담 연소(Lean-Rich Burn)를 가능하게 하는 것이 바람직하다.

또한, 슬릿판(140)은 분기형 연료분사노즐(130)을 통해 분출되는 혼합가스를 각각 공급받도록 복수개의 서브 슬릿판(141)들로 이루어져 있는 것이 바람직하나, 하나의 슬릿판(140)을 복수개의 구역으로 구획하여 각 구역에 염공(143)들을 형성시킬 수도 있음은 자명하다.

메탈 화이버(150)는 스테인레스 등과 같은 금속재질로 이루어져 있으며, 슬릿판(140)의 상측에 설치되어 슬릿판(140)의 염공(143)을 통해 일어난 큰 화염을 여러개의 작은 화염으로 분리함에 따라 염의 온도를 낮추고 질소산화물의 발생량을 감소시킨다.

이러한 메탈 화이버(150)는 용접 등에 의해 슬릿판(140)의 상부에 고정될 수도 있으나, 나사(151) 및 나사공(152, 111)들을 이용해 그 탈부착이 가능하도록 함으로써 유지 및 보수를 용이하게 하는 것이 바람직할 것이다. 단, 본 발명에 있어서의 탈부착 장치는 나사(151) 및 나사공(152, 111)에 한정하는 것이 아니고, 그 외 다양한 타입의 탈부착 장치도 사용 가능함은 자명하다.

또한, 메탈 화이버(150)는 도 4를 통해 알 수 있는 바와 같이 하나의 메탈 화이버(150)을 이용해 슬릿판(140) 전체를 커버할 수 있도록 하거나, 도 5를 통해 알 수 있는 바와 같이 서브 슬릿판(140)의 상측에 각각 장치되는 복수개로 나뉘어 구성될 수도 있음은 자명하다.

한편, 본 발명의 메탈 화이버(150)는 복수개의 부분으로 구획되어 있으며, 이들 중 어느 한 구획 부분 이상은 다른 구획 부분과 다른 조밀도를 갖는다. 예컨대, 도 4 및 도 5를 통해 알 수 있는 바와 같이 메탈 화이버(150)는 제1구획부(A1)와 제2구획부(A2)를 포함하여, 제1구획부(A1)는 그 짜임새가 상대적으로 낮은 조밀도를 갖도록 하고, 제2구획부(A2)는 그 짜임새가 상대적으로 높은 조밀도를 갖도록 한다.

따라서, 상술한 바와 같이 큰 화염을 여러개의 작은 화염으로 분리함과 동시 에 제1구획부(A1)에 의해서는 담 연소가 가능하도록 하고, 제2구획부(A2)에 의해서는 농 연소가 가능하도록 하여, 질소산화물의 발생량을 감소시키면서도 고부하의 안정적인 염을 발생시킬 수 있도록 한다. 즉, 메탈 화이버(150) 자체만으로도 농담연소가 가능하게 한다.

나아가, 주염공(143a)의 상부에는 조밀도가 낮은 제1구획부(A1)가 위치하도록 하고, 보조염공(143b)의 상부에는 조밀도가 높은 제2구획부(A2)가 위치하도록 하여 슬릿판(140)의 염공(143) 위치에 대응되도록 구획하면 슬릿판(140)과 더불어 농담연소가 가능하도록 할 수도 있다.

이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 메탈 화이버 버너에 대해 상세히 설명하도록 한다. 본 발명의 다른 실시예는 슬릿판이 일체형으로 이루어져 있고 그에 따라 메탈 화이버이 구획되어 있는 것을 예로 든 것이다.

도 6은 본 발명에 따른 메탈 화이버 버너의 슬릿판과 메탈 화이버를 나타낸 평면도로서, 도 6의 (a)는 슬릿판을 나타낸 것이고, 도 6의 (b)는 메탈 화이버를 나타낸 것이다.

먼저, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 본 발명의 슬릿판(140)은 복수개의 서브 슬릿판(141)들 각각에 염공(143)들이 각각 형성되어 있는 것이 아닌 하나의 슬릿판(140)에 염공(143)들이 형성되어 있다.

이때, 슬릿판(140)의 중심부에는 주염공(143a)들이 형성되어 있으며, 주염공(143a)이 형성된 중심부로부터 양측 단부 방향에 보조염공(143b)들이 형성되어 있다. 따라서, 중심부의 주염공(143a)과 양단부의 보조염공(143b)에 의해 농담 연소가 가능하게 된다.

그리고, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 본 발명의 메탈 화이버(150)는 상기 슬릿판(140)의 주염공(143a)과 보조염공(143b)의 위치에 대응하여 제1구획부(A1)와 제2구획부(A2)로 구획되어 있으며, 제1구획부(A1)는 낮은 조밀도로 이루어져 있고 제2구획부(A2)는 높은 조밀도로 이루어져 있다. 따라서, 슬릿판(140)과 함께 또는 단독으로 농담연소를 가능하게 한다.

따라서, 질소산화물의 발생량을 감소시키면서도 고부하의 안정적인 염을 발생시킬 수 있도록 한다.

이상에서 본 발명에 의한 메탈 화이버 버너에 대해 설명하였다. 이러한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명의 메탈 화이버 버너는 질소산화물의 배출량을 감소시키면서도 고부하의 안정적인 연소가 가능하게 함은 물론, 혼합 가스의 점화성 및 염의 균일성의 증가시킬 수 있어, 환경친화적이면서도 사용특성이 향상된 버너를 제공할 수 있게 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 메탈 화이버 버너를 나타낸 사시도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 메탈 화이버 버너를 나타낸 사시도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 메탈 화이버 버너를 나타낸 저면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 메탈 화이버 버너의 메탈 화이버를 나타낸 일 예이다.

도 5는 본 발명에 따른 메탈 화이버 버너의 메탈 화이버를 나타낸 다른 예이다.

도 6의 (a)는 본 발명에 따른 메탈 화이버 버너의 슬릿판을 나타낸 평면도이다.

도 6의 (b)는 본 발명에 따른 메탈 화이버 버너의 메탈 화이버를 나타낸 평면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110: 하우징 120: 연료공급관

130: 연료분사노즐 140: 슬릿판

141: 서브 슬릿판 143a: 주염공

143b: 보조염공 150: 메탈 화이버

Claims (6)

1. 연소용 공기와 연료 가스를 공급하는 연료공급관과;

   상기 연소용 공기와 연료 가스를 공급받아 혼합하고, 상기 혼합된 혼합가스를 분사하는 연료분사노즐과;

   상기 연료분사부에 연통하여 설치되며, 전체에 걸쳐서 복수개의 염공이 형성되어 있는 슬릿판; 및

   상기 슬릿판의 전체 상부에 설치되며, 담 연소가 가능하도록 상대적으로 낮은 조밀도를 갖는 제1구획부와 농 연소가 가능하도록 상대적으로 높은 조밀도를 갖는 제2구획부로 이루어지는 메탈 화이버;

   를 포함하고,

   상기 염공은 주염공과 보조염공을 포함하며, 상기 주염공은 담 연소가 일어나도록 상대적으로 크기가 크고, 상기 보조염공은 농 연소가 일어나도록 상대적으로 크기가 작으며, 상기 주염공의 상부에는 상기 제1구획부가 위치하고 상기 보조염공의 상부에는 상기 제2구획부가 위치하는 것을 특징으로 하는 메탈 화이버 버너.
2. 제1항에 있어서,

   상기 메탈 화이버에는 상기 슬릿판의 상부에 탈착 또는 부착이 가능하도록 하는 탈부착 장치가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 메탈 화이버 버너.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 연료분사노즐은 상기 혼합가스를 복수개의 부분으로 분기하여 분출시키는 분기형 연료분사노즐인 것을 특징으로 하는 메탈 화이버 버너.
6. 제5항에 있어서,

   상기 슬릿판은 상기 분기형 연료분사노즐을 통해 분출되는 혼합가스를 각각 공급받도록 복수개의 서브 슬릿판으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 메탈 화이버 버너.

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