KR101400468B1 - 압력손실을 최소화하는 버너용 가이드 베인 - Google Patents

Abstract

본 발명은 버너용 가이드 베인에 관한 것이며, 그 목적은 만족되어야 하는 연소성능 개선을 위한 와류형성과 저 질산산화물(NOx)의 제한된 생성을 만족하는 동시 압력손실을 줄여 구동팬의 과부하 및 가이드 베인의 기계적 손상을 예방할 수 있는 버너용 가이드 베인을 제공함에 있다.
본 발명은 연료와 공기의 균일한 혼합을 유도하기 위하여 버너의 주 공기 흐름을 선회시켜 와류를 형성시키는 가이드 베인에 있어서; 상기 가이드 베인은, 주 공기의 흐름방향에 대하여 일정 기울기를 갖는 본체의 전후 끝단에 주 공기의 흐름방향과 나란하게 연장 형성되는 수평팁을 포함하여 구성한 압력손실을 최소화하는 버너용 가이드 베인에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

압력손실을 최소화하는 버너용 가이드 베인{Advanced guide vane for low-NOx burner}

본 발명은 압력손실을 최소화하는 버너용 가이드 베인(Guide Vane)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 버너의 출구에 설치되어, 연료가 분사되면서 연료와 공기의 균일한 혼합을 유도하기 위하여 와류를 형성하는 가이드 베인의 성능개선을 도모하여 출구로 빠져나가는 공기의 압력손실을 줄이고, 이러한 압력손실의 발생으로 인한 버너의 수명단축을 예방할 수 있는 압력손실을 최소화하는 버너용 가이드 베인에 관한 것이다.

연소로에서 연료를 연소하기 위하여 연료를 분사하면서 연소시키는 버너는, 연료가 분사되면서 연료와 공기의 균일한 혼합을 유도하기 위하여 버너의 주 공기 흐름에 대하여 와류가 형성되도록 하는 주 기능을 수행하고 있다.

도 1은 버너용 가이드 베인의 일예를 보이는 것으로, 공기가 통과하는 영역에 평판형의 가이드 베인(1)을 설치하여, 공기가 버너의 내부를 통과하면서 회전운동을 유도시켜 버너에서 최종 분출되는 시점에서는 강한 와류를 형성하도록 하고 있다.

하지만, 도 2 및 도 3의 각 (a)도면에 도시된 바와 같이, 버너 내부에서 공기가 평판형 가이드 베인(1)을 통과할 때 큰 압력손실이 발생하게 되는데, 이러한 압력손실은 구동팬의 부하를 증가시킴으로서 연소로의 전체적인 구동비용을 증가시키게 되었다. 또한, 이러한 압력손실에 대응하여 발생된 에너지 손실은 가이드 베인의 기계적인 진동을 더욱 유발시키고 결국 가이드 베인(1)의 수명을 단축시키게 되었다.

결과적으로, 종래 버너용 가이드 베인(1)은, 공기가 최종 분출되는 시점에서 강한 와류를 형성하여 연소성능을 향상시키는 주 기능은 어느 정도 만족하고 있으나, 그에 따른 압력손실로부터 구동팬의 과부하 및 가이드 베인의 수명을 단축시키는 문제점이 계속해서 지적되고 있다.

한편, 전술한 와류 형성을 통한 연료와 공기의 균일한 혼합으로 연소성능을 향상하는 주 기능과 함께 상기 버너용 가이드 베인은 연료의 연소 후 발생되는 질소산화물(NOx)의 발생량에도 규정치를 두고 설계되어야 하는 것이 일반적인 고려 사항이다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 버너용 가이드 베인으로서 만족되어야 하는 연소성능 개선을 위한 와류형성과 NOx의 발생을 규정 치로 제한하고, 더불어 압력손실을 줄여 구동팬의 과부하 및 가이드 베인의 기계적 손상을 예방할 수 있는 버너용 가이드 베인을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 과제를 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 본 발명은 연료와 공기의 균일한 혼합을 유도하기 위하여 버너의 주 공기 흐름을 선회시켜 와류를 형성시키는 가이드 베인에 있어서,

상기 가이드 베인은, 주 공기의 흐름방향에 대하여 일정 기울기를 갖는 본체의 전후 끝단에 주 공기의 흐름방향과 나란하게 연장 형성되는 수평팁을 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 수단으로부터 본 발명은 주 유동방향의 공기를 선회시켜 와류를 형성하여 연료와 균등한 혼합을 구현하여 연소율을 높이고, 이와 동시 규정으로 하고 있는 저 질소산화물의 생성을 만족할 뿐만 아니라, 주 공기유동의 간섭물에 해당하는 가이드 베인에 의한 급격한 압력손실을 줄여 연소로의 운전비를 절감할 수 있는 효과가 있으며, 이러한 버너 내부 유로의 유동 안정화로 인하여 가이드 베인에 가해졌던 기계적인 진동 소음을 줄여 부품의 수명연장을 기대할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 버너용 가이드 베인의 일예
도 2는 종래 평판형 가이드 베인(a)과, 본 발명에 따른 수평팁을 갖는 가이드 베인(b)의 구성도
도 3은 종래 평판형 가이드 베인(a)과, 본 발명에 따른 수평팁을 갖는 가이드 베인(b)의 유동 특성에 따른 압력 상태도
도 4는 종래 평판형 가이드 베인(a)과, 본 발명에 따른 수평팁을 갖는 가이드 베인(b)을 버너에 설치하여 보인 실제 유동 특성에 따른 압력 상태도
도 5는 종래 평판형 가이드 베인(a)과, 본 발명에 따른 수평팁을 갖는 가이드 베인(b)의 설치에 따른 질소산화물의 발생정도를 보이는 상태도

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 종래 평판형 가이드 베인(a)과, 본 발명에 따른 수평팁을 갖는 가이드 베인(b)의 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명은 연료와 공기의 균일한 혼합을 유도하기 위하여 버너의 주 공기 흐름을 선회시켜 와류를 형성시키는 가이드 베인에 있어서,

상기 가이드 베인(10)은, 주 공기의 흐름방향에 대하여 일정 기울기를 갖는 본체(11)의 전후 끝단에 주 공기의 흐름방향과 나란하게 연장 형성되는 수평팁(12)(12)을 포함하여 구성한다.

바람직하게 주 공기 흐름방향으로 형성되는 수평팁(12)의 길이는 본체(11)길이에 대하여 5 ~ 40% 내를 유지하도록 함을 권장한다.

도 3은 평균 유속 30m/sec인 유로에서 종래 평판형 가이드 베인(a)과 본 발명에 따른 수평팁을 갖는 가이드 베인(b)의 유동 특성을 각각 보이는 것으로, 도 2와 연계하여 설명하면, (a) 도면에 도시된 바와 같이 종래 평판형 가이드 베인(1)의 경우, 유동통로(도면의 하단부)를 지나는 공기 압력(Pa)이 가이드 베인(1)의 앞쪽에서 전체적으로 2500 ~ 3500 Pa에 해당하는 압력손실이 발생되었으며, 가이드 베인(1)의 선단에 근접하여서는 3600 ~ 3900 Pa에 해당하는 압력손실이 발견되었는데 반하여, (b) 도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 수평팁(12)을 갖는 가이드 베인(10)의 경우, 유동통로(도면의 하단부)를 지나는 공기 압력(Pa)이 가이드 베인(10)의 앞쪽에서 전체적으로 1000 ~ 2100 Pa에 해당하는 압력손실이 발생되었으며, 가이드 베인(10)의 선단에 근접하여서도 마찬가지 1000 Pa 내외의 압력손실이 발견되어, 이러한 본 발명의 수평팁(12)(12)의 유무만으로 압력손실의 큰 저감을 가져올 수 있음이 확인되었다.

또한, 도 4는 실제 버너의 주 유동통로에 대하여 종래 평판형 가이드 베인(a)과 본 발명에 따른 수평팁을 갖는 가이드 베인(b)의 유동 특성을 각각 보이는 것으로, 마찬가지로 (a) 도면에 도시된 바와 같이 종래 평판형 가이드 베인(1)의 경우, 가이드 베인(1)의 앞쪽 주 유동통로에 나타나는 압력손실(붉은색)에 비하여, (b) 도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 수평팁(12)(12)을 갖는 가이드 베인(10)의 앞쪽 주 유동통로에서 나타나는 압력손실이 현저히 저하됨을 확인할 수 있다.

한편, 도 5는 종래 평판형 가이드 베인과 본 발명에 따른 수평팁을 갖는 가이드 베인에 의한 질소산화물(NOx)의 발생 경향을 보이는 것으로, (a) 및 (b) 도면에서 동일한 질소산화물(NOx) 발생 경향을 보이고 있다. 즉, 본 발명에 따른 수평팁(12)을 갖는 가이드 베인(10)의 경우라 하더라도 기존 동일하게 규정으로 하고 있는 질소산화물(NOx)의 발생량을 만족할 수 있다.

상기와 같은 실험예에서와 같이, 본 발명에 따른 본체(11) 양쪽 끝단에 공기의 주 유동방향과 나란하게 형성되는 수평팁(12)(12)을 갖는 가이드 베인(10)은, 가이드 베인(10)의 주 기능으로서 주 유동방향의 공기를 선회시켜 와류를 형성하여 연료와 균등한 혼합을 구현하여 연소율을 높이는 동시 규정으로 하고 있는 저 질소산화물(NOx)의 생성을 만족할 뿐만 아니라, 가이드 베인(10) 전, 후단에서 급격히 발생되었던 압력손실을 현저히 줄일 수 있어 이로 인한 구동팬의 과부하 예방 및 진동에 의한 가이드 베인의 수명단축의 문제점을 예방할 수 있는 것이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

(10) : 가이드 베인
(11) : 본체
(12) : 수평팁

Claims (2)

1. 연료와 공기의 균일한 혼합을 유도하기 위하여 버너의 주 공기 흐름을 선회시켜 와류를 형성시키는 가이드 베인에 있어서,
   상기 가이드 베인(10)은, 주 공기의 흐름방향에 대하여 일정 기울기를 갖는 본체(11)의 전후 끝단에 주 공기의 흐름방향과 나란하게 연장 형성되는 수평팁(12)을 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 압력손실을 최소화하는 버너용 가이드 베인.
2. 제1항에 있어서,
   상기 주 공기의 흐름방향으로 형성되는 수평팁(12)의 길이는 본체(11) 길이에 대하여 5 ~ 40%를 유지하도록 함을 특징으로 하는 압력손실을 최소화하는 버너용 가이드 베인.

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