KR101078845B1 - 풀타임 축열연소식 컴팩트 버너 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 풀타임 축열연소식 컴팩트 버너에 관한 것으로서, 버너 본체의 연소공기 이동통로 상에 유동분배수단이 구비되도록 함으로써, 연소공기 유동이 균일하게 분배 공급되도록 하고 최종적으로 로 내부에 연소공기가 균일한 속도로 공급되도록 하여 안정화된 화염을 얻게 되고, 로 내부의 배기가스를 방출하는 과정에서 축열체와의 균일한 열교환이 이루어지게 되어 열교환 성능이 향상되는 한편, 축열체의 내구성 및 버너시스템의 내구성이 향상되고, 버너타일의 선단에 형성한 급기구의 측면에 보조 급기구를 연통 가능한 상태로 형성함으로써, 축열연소에 따른 재순환영역 및 화염공간을 확대시켜 온도 피크(Peak) 영역이 감소되도록 하는 한편, 버너본체 및 버너타일로 이어지는 연소공기 이동통로 전체에 볼형상의 축열체가 채워지도록 하고, 메인에어 흡/배기구에는 세라믹 하니콤이 설치되도록 하여 볼형상의 축열체의 이동을 제한함과 아울러 축열 및 연소공기의 예열 성능이 향상되도록 하여 에너지 절감 효과와 함께 NOx 저감효과를 갖는다.
풀타임 축열연소식 컴팩트 버너, 버너타일, 분리벽, 유동, 분배

Description

풀타임 축열연소식 컴팩트 버너{Full-Time Regenerative Compact Burner}
본 발명은 풀타임 축열연소식 컴팩트 버너에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유로의 굴곡부에서의 공기유동을 균등 분배시켜 화염을 안정화 시킨 풀타임 축열연소식 컴팩트 버너에 관한 것이다.
일반적으로 버너 등의 연소기들은 연료와 공기를 적당한 배합비로 공급하여 연소시키고, 그 연소시 발생되는 열에너지를 다른 매체물들에 전달하여 녹이거나 온도변화를 시키고, 또한 전기나 운동에너지로 전환시키기 위하여 사용되는 장치이다.
이러한 연소기나 버너 등은 공업로 내에서의 연소반응, 전열특성의 최적화가 구현되어야 하고, 로 내에서 고효율을 위한 최적의 온도가 유지되도록 하여야 한다. 또한 연소기나 버너 등은 취급이 용이하고 안전하여야 하며, 작업환경이 사람에게 해롭지 않아야 할 뿐만 아니라, 배출되는 열, 기체, 유체 및 공해물 등이 최소가 되면서도 고효율을 유지할 수 있어야만 이상적인 버너라 할 수 있다.
도 1은 종래기술의 풀타임 축열연소식 컴팩트 버너의 전체단면도로서, 동 도면에서 보는 바와 같은 풀타임 축열연소식 컴팩트 버너는, 연소용 공기의 공급통로이자 연소된 고온의 배기가스의 배출통로인 복수개의 축열체(10)와 상기 축열체(10)를 통과하는 연소용 공기의 공급/배기 통로를 구비하고, 상기 연소용 공기의 공급/배기 통로의 내경에 2차 파일롯 에어를 공급하기 위한 통로를 구비하는 버너본체(20), 그리고 상기 2차 파일롯 에어를 공급하기 위한 통로의 내경에 형성되고 버너내부와 연결되는 끝단에 에어노즐(31)이 형성되어 버너에 1차 파일롯 에어를 공급하기 위한 에어노즐 튜브(30) 및 상기 에어노즐 튜브(30)의 내부를 관통하여 형성되고 상기 버너에 연료를 공급하기 위한 가스노즐(41)과 상기 가스노즐(41)의 상부 좌우에 각각 길이방향으로 형성되어 플레임이 형성되도록 하는 보염기(42) 및 상기 가스노즐(41) 하단에 길이방향으로 형성되어 불꽃을 일으키는 점화봉(43)을 포함하여 구성되는 점화장치(40)로 구성된다.
그리고 상기 요소들이 축열식 버너시스템에 잘 고정될 수 있도록 버너타일이 구비된다.
연소용 공기 유로는 중앙부에서는 상온공기인 1차 파일롯 에어와 2차 파일롯 에어가 공급되고, 바깥쪽으로는 축열체(10)를 지나는 예열공기인 메인에어 유로로 구성되어져 있다.
로 내부의 분위기 온도가 1000℃ 이하로 낮은 경우에도 1, 2차 파일롯 에어의 유입량을 적절하게 조절하여 메인 에어와 더불어 연소해도 안정된 화염을 얻을 수 있는데 이는 화염을 안정적으로 하는 버너 중앙부의 노즐(31,41) 구조 즉 공기 및 가스 연료 분출 구조에 의한 것이다.
도 2는 종래기술의 풀타임 축열연소식 컴팩트 버너의 버너본체의 단면도로서, 동 도면에서 보는 바와 같이, 버너본체(20)는 2개의 공기통로를 가지는데, 축열체(10)를 통과한 배기가스의 통로이자 버너에 예열공기를 공급하기 위한 공급통로인 메인에어의 급/배기 통로와 상기 메인에어의 급/배기 통로 내경에는 버너내부에 2차 파일롯 에어를 공급하기 위한 2차 파일롯 에어 공급통로를 구비한다.
상기 버너본체(20)는 축열체(10)와 중앙부를 감싸면서 결합되되 고온에 견딜 수 있는 플렌지 결합으로 고정된다.
도 3은 종래기술의 풀타임 축열연소식 컴팩트 버너의 에어노즐 튜브의 단면도를, 그리고 도 4는 종래기술의 풀타임 축열연소식 컴팩트 버너의 에어노즐 튜브의 상세도를 나타낸다.
동 도면에서 보는 바와 같이 에어노즐 튜브(30)는 상기 튜브(30)의 우측 상단에 1차 파일롯 에어 유로가 형성되고 버너의 내부 끝단에는 상기 에어가 연료가스와 적절히 혼합될 수 있는 사선모양의 복수개의 홀(32)을 형성한다.
상기 구조에 의할 때, 1,2차 파일롯 에어에 의해 희석된 연료가스의 연소가 이루어지게 되며, 이후 예열된 메인 에어에 의해 충분한 산소가 공급되면서 연소가 완전히 이루어지는, 연소반응 체류 시간이 증가되는 모습으로 반응이 이루어진다. 이러한 순차적인 연소방법으로 인해 안정된 화염을 유지할 수 있다.
이때 이러한 연소가 적절하게 이루어지도록 하기 위해서는 버너내부로 유입되는 공기의 유량을 외부에서 제어해야하는데, 이를 위해서는 로 내의 분위기 온도 에 따라 바깥쪽으로 흐르는 메인에어의 유량과 중앙부에서의 1,2차 파일롯 에어의 유량이 제어됨으로써 가능하게 된다.
상기 제어방법으로서 제어 대상을 당량비로 표현하면 분위기 온도가 1000℃ 이하인 상온 모드일 때는 1차 파일롯 에어의 연소 구간의 당량비가 2내지 12가 되도록 제어하며, 2차 파일롯 에어의 연소 구간에서의 당량비는 1.5 내지 10, 메인 에어의 연소 구간의 당량비는 1이 되도록 제어한다.
상기와 같은 제어는 스텝밸브에 의해 제어 가능하며 이는 기존에 연구 개발된 NOx(질소산화물) 억제 방법 중 비평형 연소법에 의해 가능하다.
비평형 연소법은 공기 2단 공급연소법 등에 의해 가능한데, 이들은 연소를 위한 공기의 공급비를 조절하여 NOx의 생성을 억제한다.
즉, 연소에 따른 NOx의 생성비를 살펴보면, 그 최고의 생성점이 되는 부분이 연료와 공기간의 일정한 혼합에 의해 연소효율성이 우수한 배합비율에서 발생된다.
다시 말하면, 공기 2단 공급연소법은 공기를 1, 2차 단계로 분할하여 공급하는 연소법이다. 1차 단계에서는 상기 NOx의 생성량이 최고점에 달하는 공기의 혼합량에 비해 적은 양의 공기를 공급하고, 2차 단계에서는 공기를 과량으로 공급하여 전체적으로 NOx 생성 최고지점을 피하는 방법이다.
또는 공기의 공급량 제어는 대한민국등록특허 10-481431(발명의 명칭 : 배기가스 연료 혼합형 3단 연소 저질소 산화물버너를 이용한 연소 시스템)에 기재된 바와 같은 방법으로도 제어 가능하며 본 명세서에서는 제어방법에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 4는 종래기술의 풀타임 축열연소식 컴팩트 버너의 점화장치의 구성도를 나타낸다.
동 도면에서 보는 바와 같이 점화장치(40)는 가스노즐(41)과 보염기(42) 그리고 점화봉(43)으로 구성된다.
이중 가스노즐(41)은 에어노즐 튜브(30)의 내경에 에어노즐(31)을 관통하여 설치되며 버너외부 끝단과 연결되는 부위에는 연료가스를 공급할 수 있는 버너헤드가 구비된다.
반면 버너내부와 연결되는 가스노즐(41)의 끝단에는 공급된 연료가스가 파일롯 에어와의 급격한 혼합을 방지하기 위해 복수개의 길이방향의 가스노즐 홀(44)을 형성한다.
축열체(10)를 지나는 예열공기, 즉 주 연소용 공기인 메인에어는 로내에서 빠르게 분출되면서 강력한 내부 재순환 연소 유동장을 형성케 된다.
이는 연료가스와 1, 2차 파일롯 에어가 서서히 혼합되어 열분해가 많이 진행된 후 그을음이 많이 일어나면서 마지막 예열공기인 메인 에어와 최종 반응하기 때문에 강한 휘염 연소가 일어나게 된다.
이와 같은 풀타임 축열연소식 컴팩트 버너는 1,2차 파일롯 에어 및 메인 에어 순으로 연료가스와의 혼합 및 연소가 이루어지는데 1차 파일롯 에어로서는 안정된 미연 연소가스 영역이 존재되고 여기서 열분해가 이루어지면서 2차 파일롯 에어로 인해 일부 연소가 이루어지면서 열분해가 계속 일어난다.
이후 예열된 공기에 의해 충분한 산소가 공급되면서 연소가 완전히 이루어지 는 연소반응체류 시간이 최대 지연되어 다단 연소 효과를 통한 NOx 저감이 가능하게 된다.
그러나, 상기한 바와 같은 종래기술은 버너본체(20)의 메인 에어의 급/배기 통로가 버너본체(20)와 수직방향으로 설치됨에 따라, 연소용 공기 공급/배기 통로의 굴절이 불가피하게 되고, 이로 인해 굴절구간에서의 유체의 유속 차이가 발생된다. 즉, 메인 에어의 급/배기 통로에서 가까운 쪽의 유속이 빠르고, 먼 쪽일수록 유속이 느려지게 되어 로 내에서의 축열체의 위치에 따른 연소의 불균일이 이루어져 불안정한 화염을 일으키는 원인이 되었다.
또한, 종래기술은 버너타일의 연소공기 및 배기가스 출입구가 주화염 방향 즉, 정면으로만 형성되어 있어, 화염공간이 정면방향에만 제한되고, 이로 인해 화염의 온도 균일성이 좋지 못해 에너지 효율이 떨어지는 문제가 있었다.
또한, 종래기술은 버너타일의 연소공기 및 배기가스 출입구 측에만 축열체(10)를 형성함으로써, 배기가스 열을 온전하게 활용하지 못하고 대부분 방출시킴에 따라 축열효율이 떨어지게 되고, 이로 인해 연소공기의 예열 효율이 저하되는 문제가 있었다.
종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 연소공기 이동통로(제1, 제2유로) 내의 연소공기의 유동이 균일하게 분배 공급되도록 하는 유동분배수단을 버너 본체의 유로 굴곡부에 구비되도록 한 풀타임 축열연소식 컴팩트 버너를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 축열 연소에 따른 재순환영역 및 화염공간이 확대되도록 하기위해 버너타일의 급기구 측면에 보조 급기구를 형성한 풀타임 축열연소식 컴팩트 버너를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 버너본체 및 버너타일로 이어지는 연소공기 이동통로(제1, 제2유로) 전체에 볼형상의 축열체가 채워지도록 하고, 메인에어 급/배기구에는 세라믹 하니콤이 설치되도록 하여 볼형상의 축열체의 이동을 제한함과 아울러 축열 및 연소공기의 예열 성능이 향상되도록 하는 풀타임 축열연소식 컴팩트 버너를 제공함에 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 풀타임 축열연소식 컴팩트 버너는, 공기와 연료를 배합하여 연소시키고, 연소된 고온 배기가스의 열에너지를 축적시켜 연소용 공급 공기의 예열에 이용하는 풀타임 축열연소식 컴팩트 버너에 있어서,
메인에어를 공급하는 제1유로의 굴곡구간에 연소공기의 유동 및 유속 차이를 보상하고, 유동공기를 균일하게 분배시키기 위한 유동분배수단이 설치되도록 한 버너본체; 상기 버너본체의 선단에 결합되어 메인에어의 고압토출이 이루어지도록 하는 버너타일; 상기 버너본체의 내관 중심에 설치되어 1차파일롯 에어를 공급하는 연소공기공급관; 상기 연소공기 공급관의 후단부에 결합되고, 연소가스 주입부를 갖는 버너헤드; 상기 버너헤드의 중심에 연소공기 공급관과 일정 거리 이격공간을 갖도록 설치되는 연소가스 공급관; 상기 연소가스 공급관과 연소공기 공급관 사이에 불꽃 점화를 위해 설치되는 점화봉; 및 상기 점화봉의 반대측에 불꽃 점화를 감지하기 위해 설치되는 프레임로드;를 포함한다.
여기서, 상기 버너본체는 외관과 내관 사이의 공간과 메인에어 급/배기관으로 이어지는 제1유로를 형성하고, 상기 외관과 메인에어 급/배기관이 접하는 제1유로의 굴곡구간에 공기유동 및 유속의 차이를 보상하고, 유동공기를 균일하게 분배시키기 위한 유동분배수단1,2을 설치하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 유동분배수단1,2는 무수히 많은 유동공들이 천공된 원판으로 제작되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 유동분배수단1은 메인에어 급/배기관의 내경과 동일하게 제작되며, 제1유로의 굴곡중심 내측방향으로부터 외측방향으로 점차 크기를 달리하는 다수의 유동공들을 형성하되, 상기 유동공들은 내측에 위치한 유동공의 크기가 작고 외측에 위치한 유동공의 크기를 크게 제작하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유동공은 내측방향에 위치한 유동공 들 간의 간격을 외측방향에 형성한 유동공 들 간의 간격보다 넓게 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유동분배수단2는 버너본체의 외관과 내관 사이에 설치되는 도넛 형상의 판체로 제작되며, 제1유로의 굴곡중심 내측방향으로부터 외측방향으로 점차 크기를 달리하는 다수의 유동공들을 형성하되, 상기 유동공들은 내측에 위치한 유동공의 크기 작고 외측에 위치한 유동공이 크게 제작되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 유동공은 내측방향에 위치한 유동공 들 간의 간격을 외측방향에 형성한 유동공 들 간의 간격보다 넓게 형성하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 메인에어 급/배기관 내에 세라믹 허니콤이 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 버너타일은, 고온에 잘 견딜 수 있도록 된 세라믹 재질의 몸체를 형성하고, 상기 몸체의 일측에는 버너본체의 제1플렌지와 결합되는 제2플렌지가 형성되고, 상기 몸체 중심에는 버너본체의 내관과 연통되는 중공관로가 형성되며, 상기 중공관로 둘레에 버너본체의 제1유로와 연통되는 제2유로가 형성되며, 상기 제2유로의 전단부에서 관로가 좁아지는 급기구가 형성되는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 급기구의 접선방향 측면에 수직하게 보조 급기구를 형성하고, 상기 보조 급기구를 통해 일부 연소공기가 분기되어 공급되도록 하거나, 배기가스를 측면 흡입되도록 하여 로 내부의 축열연소에 따른 재순환영역 및 화염공간이 확대되도록 하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제1유로 및 제2유로 내부가 볼형상의 축열체로 채워지도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 버너 본체의 연소공기 이동통로 상에 유동분배수단이 구비되도록 함으로써, 연소공기 유동이 균일하게 분배 공급되도록 하고 최종적으로 로 내부에 연소공기가 균일한 속도로 공급되도록 하여 안정화된 화염을 얻게 되고, 이로서 연소 효율이 향상되는 것은 물론, NOx 를 저감시키는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 로 내부의 배기가스를 방출하는 과정에서 축열체와의 균일한 열교환이 이루어지게 되어 열교환 성능이 향상되는 한편, 축열체의 내구성 및 버너시스템의 내구성이 향상되는 효과를 갖는다.
그리고, 본 발명은 버너타일의 선단에 형성한 급기구의 측면에 보조 급기구를 연통 가능한 상태로 형성함으로써, 축열연소에 따른 재순환영역 및 화염공간을 확대시켜 온도 피크(Peak) 영역이 감소되도록 하는 한편, 화염온도 균일성을 향상시켜, 에너지 절감 효과와 함께 NOx 저감효과를 갖는다.
그리고, 본 발명은 버너본체 및 버너타일로 이어지는 연소공기 이동통로 전체에 볼형상의 축열체가 채워지도록 하고, 메인에어 흡/배기구에는 세라믹 하니콤이 설치되도록 하여 볼형상의 축열체의 이동을 제한함과 아울러 축열 및 연소공기의 예열 성능이 향상되도록 하여 에너지 절감 효과와 함께 NOx 저감효과를 갖는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 풀타임 축열연소식 컴팩트 버 너에 대해 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 풀타임 축열연소식 컴팩트 버너의 전체단면도로서, 동 도면에서 보는 바와 같은 본 발명은 메인에어를 공급하는 제1유로(116)의 굴곡구간(116b)에 연소공기의 유동 및 유속 차이를 보상하고, 유동공기를 균일하게 분배시키기 위한 유동분배수단(118)(119)이 설치되도록 한 버너본체(110)와, 상기 버너본체(110)의 선단에 결합되어 메인에어의 고압토출이 이루어지도록 하는 버너타일(120)과, 상기 버너본체(110)의 내관 중심에 설치되어 1차파일롯 에어를 공급하는 연소공기 공급관(130)과, 상기 연소공기 공급관(130)의 후단부에 결합되고, 연소가스 주입부(141)를 갖는 버너헤드(140)와, 상기 버너헤드(140)의 중심에 연소공기 공급관(130)과 일정 거리 이격공간을 갖도록 설치되는 연소가스 공급관(150)과, 상기 연소가스 공급관과 연소공기 공급관 사이에 불꽃 점화를 위해 설치되는 점화봉(160) 및 상기 점화봉(160)의 반대측에 불꽃 점화를 감지하기 위해 설치되는 프레임로드(170)를 포함한다.
도 7은 본 발명의 풀타임 축열연소식 컴팩트 버너의 버너몸체의 단면도 및 측면도이다. 동 도면에서 보는 바와 같은 상기 버너본체(110)는 외관(111) 및 내관(112)으로 이루어지는 이중관 형태로 제작되고, 상기 외관(111)의 후방 끝단에 수직방향으로 연통 결합되는 메인에어 급/배기관(113)을 형성하며, 상기 메인에어 급/배기관(113)의 맞은편 위치에서 내관(112)과 연통 결합되는 2차파일롯에어 공급 관(114)을 형성하고, 상기 외관(111) 전방에는 관 연결을 위한 제1플렌지(115)를 형성한다.
여기서, 상기 메인에어 급/배기관(113) 내에는 세라믹 허니콤(190)이 설치되도록 할 수 있는데, 상기 세라믹 허니콤(190)은 축열체로서의 역할을 수행하게 된다.
이때, 상기 버너본체(110)는 외관(111)과 내관(112) 사이의 공간과 메인에어 급/배기관(113)으로 이어지는 제1유로(116)를 형성한다.
상기 제1유로(116)는 외관(111)과 메인에어 급/배기관(113)이 접하는 부위에서 굴곡구간(116b)이 발생되고, 굴곡구간(116b)을 통과하는 연소공기는 굴곡의 중심과 외측에서 유동거리의 차가 발생되어 유속의 변화가 발생된다.
본 발명은 이와 같은 굴곡구간(116b)에서의 유동 및 유속의 차이를 보상하고, 유동공기를 균일하게 분배시키기 위한 유동분배수단1,2(118)(119)을 제안한다.
상기 유동분배수단1,2(118)(119)는 무수히 많은 유동공(118a,118b,118c,119a,119b,119c)들이 천공된 원판으로 제작되는데, 상기 유동분배수단1(118)은 제1유로(116)의 수직구간(116a)과 굴곡구간(116b)의 경계지점에 격벽 형태로 설치되고, 유동분배수단2(119)는 제1유로(116)의 굴곡구간(116b)과 수평구간(116c)의 경계지점에 격벽 형태로 설치된다.
즉, 굴곡구간(116b)으로 진입하여 통과하는 연소공기는 유동분배수단1,2(118)(119)를 차례로 통과하게 되는데, 이때, 유동분배수단1,2(118)(119)에 형성되는 유동공(118a,118b,118c,119a,119b,119c)의 크기와 설치간격에 따라 연소공 기의 유동 및 유속이 달라지게 된다.
도 8a, 도 8b는 본 발명의 유동분배수단의 정면도 및 측면도로서, 동 도면을 참조하여 유동분배수단1,2(118)(119)에 대해 보다 자세히 설명하면 다음과 같다.
상기 유동분배수단1(118)은 도 8a와 같이 직경이 메인에어 급/배기관(113)의 내경과 동일하게 제작되며, 제1유로(116)의 굴곡중심 내측방향(도면에서는 좌측방향으로 도시됨)으로부터 외측방향(도면에서는 우측방향으로 도시됨)으로 점차 크기를 달리하는 다수의 유동공(118a,118b,118c)들을 형성한다.
이때, 상기 유동공(118a,118b,118c)들은 내측(좌측)에 위치한 유동공의 크기 작고 외측(우측)에 위치한 유동공(118a,118b,118c)의 크기를 크게 제작된다. 일예로서 유동공(118a,118b,118c) 들은 내측(좌측)으로부터 φ10, φ12, φ14 순의 크기로 배열되도록 할 수 있다.
이와 같이 유동공(118a,118b,118c)의 크기를 달리하여 배치하는 이유는, 유동량이 많은 내측(좌측)에서의 연소 공기의 유동은 억제되도록 하는 반면, 외측(우측)방향의 연소 공기의 유동은 촉진되도록 하기 위함이다.
이와 같은 이유로 인해, 내측(좌측)방향에 위치한 유동공(118a) 들 간의 간격을 외측(우측)방향에 형성한 유동공(118c) 들 간의 간격보다 넓게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 유동분배수단2(119)는 도 8b와 같이 직경이 버너본체(110)의 외관(111) 과 내관(112) 사이에 설치되는 도넛 형상의 판체로 제작되며, 제1유로(116)의 굴곡중심 내측방향(도면에서는 상측방향으로 도시됨)으로부터 외측방향(도면에서는 하측방향으로 도시됨)으로 점차 크기를 달리하는 다수의 유동공(119a,119b,119c)들을 형성한다.
이때, 상기 유동공(119a,119b,119c)들은 내측(상측)에 위치한 유동공의 크기 작고 외측(하측)에 위치한 유동공(119a,119b,119c)의 크게 제작된다. 일예로서 유동공(119a,119b,119c) 들은 내측(상측)으로부터 φ10, φ12, φ16 순의 크기로 배열되도록 할 수 있다.
이와 같이 유동공(119a,119b,119c)의 크기를 달리하여 배치하는 이유는, 유동량이 많은 내측(상측)에서의 연소 공기의 유동은 억제되도록 하는 반면, 외측(하측)방향의 연소 공기의 유동은 촉진되도록 하기 위함이다.
이와 같은 이유로 인해, 내측(상측)방향에 위치한 유동공(119a) 들 간의 간격을 외측(하측)방향에 형성한 유동공(119c) 들 간의 간격보다 넓게 형성하는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같은 유동분배수단1,2(118)(119)를 설치함으로써, 버너의 로 내부에 공급되는 연소공기의 유동을 균일하게 유지시킬 수 있게 된다.
또한, 상기 제1유로(116) 내부에는 볼 형상의 축열체(180)가 채워지도록 할 수 있는데, 상기 유동분배수단1,2(118)(119)는 축열체(119)의 이동을 방지하는 격벽으로서 이용될 수도 있다.
상기 버너본체(110)의 제1플렌지(115) 전방에는 버너타일(120)을 결합한다.
도 9는 본 발명의 버너타일의 단면도 및 측면도이다. 동 도면에서 보는 바와 같은 상기 버너타일(120)은 버너본체(110)를 로에 고정시키는 역할을 하는 부위로서, 대부분이 로 내부로 삽입되어 고온의 화염을 토출하게 된다.
상기 버너타일(120)의 구성을 보면, 고온에 잘 견딜 수 있도록 된 세라믹 재질의 몸체(121)를 형성하고, 상기 몸체(121)의 일측에는 버너본체(110)의 제1플렌지(115)와 결합되는 제2플렌지(127)가 형성되고, 상기 몸체(121) 중심에는 버너본체(110)의 내관(112)과 연통되는 중공관로(125)가 형성되며, 상기 중공관로(125) 둘레에 버너본체(110)의 제1유로(116)와 연통되는 제2유로(122)가 형성되며, 상기 제2유로(122)의 전단부에서 관로가 좁아지는 급기구(123)가 형성되는 구성으로 이루어진다.
이때, 상기 제2유로(122)는 제1유로(116)를 6방향으로 균등 분배하는 분기관 형태로 제작되고, 각 유로 끝단이 좁아지는 급기구(123)를 형성시켜 압력강하를 유도하여 연소공기의 고속토출이 가능하도록 한다.
이때, 상기 급기구(123)의 접선방향 측면에 수직하게 보조 급기구(124)를 형성함으로써, 토출되는 연소공기를 일부 분기되도록 할 수 있다.
이와 같은 보조 급기구(124)는 배기가스의 배출시 로 내부의 상하부 측면에 존재하는 배기가스를 오리피스 작용에 의해 흡입하게 된다. 이와 같은 본 발명은, 로 내부의 축열연소에 따른 재순환영역 및 화염공간을 확대시켜 온도 피크(Peak) 영역이 감소되도록 하는 한편, 화염온도 균일성을 향상시킬 수 있게 한다.
또한, 상기 제2유로(122)와 급기구(123)의 경계지점에는 다공판 형상의 에어노즐(126)을 형성할 수 있다.
상기 에어노즐(126)은 연소공기의 유동을 균등 분배시키는 역할을 한다.
여기서, 상기 제2유로(122) 및 버너본체(110)의 제1유로(116) 내부에는 볼형상의 축열체가 채워져 배기가스와 열교환을 통해 축열이 이루어지도록 한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 풀타임 축열연소식 컴팩트 버너의 연소공기 공급관의 단면도로서, 동 도면에서 보는 바와 같은 연소공기 공급관은 버너본체(110)의 내관(112) 중심에 플렌지 결합된다.
이때, 버너본체(110)의 내관(112)과 일정 거리 이격공간을 형성하게 되는데, 상기 이격공간으로 2차 파일롯 에어를 공급한다.
상기 연소공기 공급관(130)의 후단부에는 1차 파일롯 에어 공급관(131)이 수직방향으로 설치된다.
그리고, 연소공기 공급관(130)의 전단부에는 2차 파일롯 에어의 이동 통로를 차단하는 동시에 2차 파일롯 에어의 토출 방향이 연소공기 공급관(130)의 중앙을 향하도록 유도하는 유도분사노즐(132)이 설치된다.
상기 유도분사노즐(132)은 2차 파일롯 에어의 이동통로와 관통되도록 사선방 향으로 천공된 다수의 토출공(133)들을 둘레에 형성한다.
상기 연소공기 공급관(130)의 후단부에는 도 11에서 보는 바와 같은 연소가스 주입부(141)를 갖는 버너헤드(140)를 플렌지 결합한다.
이때, 상기 버너헤드(140)는 도 12a 내지 도 12c에서 보는 바와 같은 연소가스 공급관(150)이 중앙에 결합되어 연소공기 공급관(130)과의 사이에 일정 거리 이격공간을 형성한다.
그리고, 상기 연소가스 공급관(150)과 연소공기 공급관(130) 사이에는 점화봉(160) 및 프레임로드(170)가 설치되어 연소가스 공급관(150) 선단에서 화염이 점화되도록 한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 버너는 1,2차 파일롯 에어에 의해 희석된 연소가스가 1차 연소를 이루게 되고, 이후 예열된 메인 에어에 의해 충분한 산소가 공급되면서 연소반응 체류 시간이 증가되어 완전연소가 이루어지게 된다. 이로 인해 본 발명은 로내 분위기 온도가 1000℃ 이하로 낮은 경우에도 1, 2차 파일롯 에어의 유입량을 적절하게 조절하여 메인 에어와 더불어 연소시킴으로서 안정된 화염을 얻을 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 버너는 저온모드 연소방식과 고온모드 연소방식이 혼용된 풀타임 축열연소방식으로 이용해 운전되는데, 저온모드 연소는 800˚이하의 분위기 온도에서의 연소모드로서, 연소용 공기를 외곽부 즉, 제1, 제2유로(116)(122)를 이용한 메인에어 공급량보다 1차파일롯에어 공급관(131) 및 2차파일롯에어 공급 관(114)을 통해 중앙으로 공급되는 연소공기의 공급량을 증가시켜 화염연소의 안정성을 향상시키게 되는 특성을 갖는다.
그리고, 상기 고온모드 연소는 800˚이상의 분위기 온도에서의 연소모드로서, 연소용 공기를 1차파일롯에어 공급관(131) 및 2차파일롯에어 공급관(114)을 통해 중앙으로 공급되는 연소공기의 공급량보다 제1, 제2유로(116)(122)를 이용한 메인에어 공급량을 증가시켜 강열한 화염연소가 이루어지도록 한다.
본 발명은 버너 본체의 연소공기 이동통로 상에 유동분배수단이 구비되도록 함으로써, 연소공기 유동이 균일하게 분배 공급되도록 하고 최종적으로 로 내부에 연소공기가 균일한 속도로 공급되도록 하여 안정화된 화염을 얻게 되고, 이로서 연소 효율이 향상되는 것은 물론, NOx 를 저감시키는 것은 물론, 로 내부의 배기가스를 방출하는 과정에서 축열체와의 균일한 열교환이 이루어지게 되어 열교환 성능이 향상되는 한편, 축열체의 내구성 및 버너시스템의 내구성이 향상되는 이점을 갖게 된다.
도 1은 종래기술의 풀타임 축열연소식 컴팩트 버너의 전체단면도.
도 2는 종래기술의 풀타임 축열연소식 컴팩트 버너의 버너몸체의 단면도.
도 3은 종래기술의 풀타임 축열연소식 컴팩트 버너의 에어노즐 튜브의 단면도.
도 4는 종래기술의 풀타임 축열연소식 컴팩트 버너의 에어노즐 튜브의 상세도.
도 5는 종래기술의 풀타임 축열연소식 컴팩트 버너의 점화장치의 구성도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 풀타임 축열연소식 컴팩트 버너의 전체단면도
도 7은 본 발명의 풀타임 축열연소식 컴팩트 버너의 버너몸체의 단면도 및 측면도.
도 8a, 도 8b는 본 발명의 유동분배수단의 정면도 및 측면도.
도 9는 본 발명의 버너타일의 단면도 및 측면도.
도 10은 본 발명의 연소공기 공급관의 측면도.
도 11은 본 발명의 버너헤드의 단면도 및 측면도.
도 12a 내지 12c는 본 발명의 연소가스 공급관 및 점화봉, 프레임로드의 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110: 버너본체 111: 외관
112: 내관 113: 메인에어 급/배기관
114: 2차파일롯 에어 공급관 115: 제1플렌지
116: 제1유로 118,119: 유동분배수단1,2
120: 버너타일 121: 몸체
122: 제2유로 123: 급기구
124: 보조 급기구 125: 중공관로
126: 에어노즐 127: 제2플렌지
130: 연소공기 공급관 131: 1차파일롯에어 공급관
132: 유도분사노즐 133: 토출공
140: 버너헤드 141: 연소가스 주입부
150: 연소가스 공급관 160: 점화봉
170: 프레임로드 180: 축열체
190: 세라믹허니콤

Claims (11)

  1. 공기와 연료를 배합하여 연소시키고, 연소된 고온 배기가스의 열에너지를 축적시켜 연소용 공급 공기의 예열에 이용하는 풀타임 축열연소식 컴팩트 버너에 있어서,
    메인에어를 공급하는 제1유로(116)의 굴곡구간(116b)에 연소공기의 유동 및 유속 차이를 보상하고, 유동공기를 균일하게 분배시키기 위한 유동분배수단(118)(119)이 설치되도록 한 버너본체(110);
    상기 버너본체(110)의 선단에 결합되어 메인에어의 고압토출이 이루어지도록 하는 버너타일(120);
    상기 버너본체(110)의 내관 중심에 설치되어 1차파일롯 에어를 공급하는 연소공기 공급관(130);
    상기 연소공기 공급관(130)의 후단부에 결합되고, 연소가스 주입부(141)를 갖는 버너헤드(140);
    상기 버너헤드(140)의 중심에 연소공기 공급관(130)과 일정 거리 이격공간을 갖도록 설치되는 연소가스 공급관(150);
    상기 연소가스 공급관과 연소공기 공급관 사이에 불꽃 점화를 위해 설치되는 점화봉(160); 및
    상기 점화봉(160)의 반대측에 불꽃 점화를 감지하기 위해 설치되는 프레임로드(170);
    를 포함하는 풀타임 축열연소식 컴팩트 버너.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 버너본체(110)는 외관(111)과 내관(112) 사이의 공간과 메인에어 급/배기관(113)으로 이어지는 제1유로(116)를 형성하고, 상기 외관(111)과 메인에어 급/배기관(113)이 접하는 제1유로(116)의 굴곡구간(116b)에 공기유동 및 유속의 차이를 보상하고, 유동공기를 균일하게 분배시키기 위한 유동분배수단1,2(118)(119)을 설치하는 것을 특징으로 하는 풀타임 축열연소식 컴팩트 버너.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유동분배수단1,2(118)(119)는 복수 개의 유동공(118a,118b,118c,119a,119b,119c)들이 천공된 원판으로 제작되는 것을 특징으로 하는 풀타임 축열연소식 컴팩트 버너.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유동분배수단1(118)은 메인에어 급/배기관(113)의 내경과 동일하게 제작되며, 제1유로(116)의 굴곡중심 내측방향으로부터 외측방향으로 점차 크기를 달 리하는 다수의 유동공(118a,118b,118c)들을 형성하되, 상기 유동공(118a,118b,118c)들은 내측에 위치한 유동공은 작게, 외측에 위치한 유동공은 크게 제작하는 것을 특징으로 하는 풀타임 축열연소식 컴팩트 버너.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 유동공(118a,118b,118c)은 내측방향에 위치한 유동공(118a)들 간의 간격을 외측방향에 형성한 유동공(118c)들 간의 간격보다 넓게 형성하는 것을 특징으로 하는 풀타임 축열연소식 컴팩트 버너.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 유동분배수단2(119)는 버너본체(110)의 외관(111)과 내관(112) 사이에 설치되는 도넛 형상의 판체로 제작되며, 제1유로(116)의 굴곡중심 내측방향으로부터 외측방향으로 점차 크기를 달리하는 다수의 유동공(119a,119b,119c)들을 형성하되, 상기 유동공(119a,119b,119c)들은 내측에 위치한 유동공은 작게, 외측에 위치한 유동공은 크게 제작하는 것을 특징으로 하는 풀타임 축열연소식 컴팩트 버너.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 유동공(119a,119b,119c)은 내측방향에 위치한 유동공(119a) 들 간의 간격을 외측방향에 형성한 유동공(119c) 들 간의 간격보다 넓게 형성하는 것을 특징으로 하는 풀타임 축열연소식 컴팩트 버너.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 메인에어 급/배기관(113) 내에 세라믹 허니콤(190)이 설치되는 것을 특징으로 하는 풀타임 축열연소식 컴팩트 버너.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 버너타일(120)은, 고온에 잘 견딜 수 있도록 된 세라믹 재질의 몸체(121)를 형성하고, 상기 몸체(121)의 일측에는 버너본체(110)의 제1플렌지(115)와 결합되는 제2플렌지(127)가 형성되고, 상기 몸체(121) 중심에는 버너본체(110)의 내관(112)과 연통되는 중공관로(125)가 형성되며, 상기 중공관로(125) 둘레에 버너본체(110)의 제1유로(116)와 연통되는 제2유로(122)가 형성되며, 상기 제2유로(122)의 전단부에서 관로가 좁아지는 급기구(123)가 형성되는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 풀타임 축열연소식 컴팩트 버너.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 급기구(123)의 접선방향 측면에 수직하게 보조 급기구(124)를 형성하고, 상기 보조 급기구(124)를 통해 일부 연소공기가 분기되어 공급되도록 하거나, 배기가스를 측면 흡입되도록 하여 로 내부의 축열연소에 따른 재순환영역 및 화염공간이 확대되도록 하는 것을 특징으로 하는 풀타임 축열연소식 컴팩트 버너.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1유로(116) 및 제2유로(122) 내부가 볼형상의 축열체로 채워지도록 하는 것을 특징으로 하는 풀타임 축열연소식 컴팩트 버너.
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