KR101466809B1 - 고효율 저녹스형 연소 헤드 및 그를 이용한 버너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 와류를 이용하여 연료와 공기를 급속혼합 후, 연소실 내에서 자기 재순환 연소를 함으로써 녹스 및 일산화탄소와 같은 공해성 물질의 물질의 생성을 최소화하면서도 고효율 연소가 가능한 친환경 고효율 연소를 구현하는 저녹스형 연소 헤드 및 이를 이용한 저녹스형 버너를 제공한다. 이를 위해 본 발명은 공기를 연소실로 안내하는 튜브의 선단에 마련되며, 중심부에 연소실 방향으로 돌출부를 형성하는 디퓨징 프레임 및 돌출부의 측선에서 돌출되고, 각각의 종단에는 연료 노즐이 마련되는 복수의 연료 분출관을 포함하며, 연료 노즐에서 연료가 분출되는 종단은, 디퓨징 프레임의 테두리에서 중심부를 향해 이격 거리만큼 이격된 위치에 위치하며, 이격 거리는, 연료 노즐의 지름 대비 0.1% 내지 75%의 범위를 가질 수 있다.

Description

고효율 저녹스형 연소 헤드 및 그를 이용한 버너{Burner head for Low nitrogen oxide and high efficiency and burner using the same}

본 발명은 저녹스 고효율용 연소 헤드 및 그를 이용한 버너에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 와류를 이용하여 연료와 공기를 급속 혼합하고 연소실 내부에서 자기 재순환 시켜 NOx의 발생을 최소화하면서도 연료의 연소 효율을 향상시키는 고효율 저녹스형 연소 헤드 및 그를 이용한 버너에 관한 것이다.

저 NOx 연소가 대두되기 전까지의 버너는 고효율 연소를 위해 공기 비 1.05 내지 1.1에 따른 공기를 급기하여 연소시켜 왔다. 공기 비는 연소실에 공급된 실제 공기량과 연소실에 투입된 연료의 완전 연소를 위해 필요한 이론 공기량의 비를 나타내는 것으로, 고효율 연소는 비교적 이론공기량에 가까운 공기만으로 CO와 같은 불완전 연소 생성물 발생 없이 연료를 완전 연소시키면서도 과잉으로 급기된 상온의 공기가 높은 온도의 배기가스로 배출되는 배기손실을 최소화하는 방향으로 발전되어 왔다.

따라서 고효율 연소는 높은 화염온도를 만드는 방향으로 발전되었고, 그 결과 높은 화염 온도에 의해서 연소용 공기 중의 질소와 산소가 반응하여 만들어지는 써멀 NOx 발생량이 증가할 수밖에 없었다.

저 NOx 버너란 NOx의 발생량의 70% 내지 80%를 차지하는 써멀 NOx와 20% 내지 30%를 차지하는 프롬프트 Nox를 줄이는 버너를 통상 지칭하며, 이를 위해, 화염의 온도를 낮추어야 하는 바, 이전까지 고효율 연소기술과 저NOx 기술은 양립할 수 없는 기술로 인식되어 왔다. 초기의 저 NOx 버너들은 연소실로 투입하는 공기의 공기 비를 1.2 내지 1.3 정도로 설정하였는데, 이는 종래의 고효율 버너에 투입되는 공기의 공기 비인 1.05 내지 1.1보다 더 높은 것으로서 연소실에 과잉 공기를 투입하는 저효율 연소에 해당하였다.

현재의 저NOx 버너는 종전의 고효율 연소에 비해 다량의 과잉 공기를 연소실에 투입하여 연소하고 있는데, 공기 비가 높을수록 연소실에서의 배기 손실이 증가하고, 이는 에너지 비용의 지속적인 증가를 유발하는 측면이 있다. 시장은 높은 연소효율과 NOx 배출이 최소화된 친환경적인 버너를 요구하고 있으며, 이러한 친환경적 버너는 고효율 버너처럼 1.05 내지 1.1의 공기 비로 연료를 고효율 연소시키면서도 저NOx를 배출할 것이 요구되는 것이다.

이러한 시장의 요구에 대해 본 출원인은 저녹스형 버너 (등록번호 10-0784881)를 출원하여 등록한 바 있다. 저녹스형 버너(등록번호 10-0784881)는 연소된 배기가스를 연소실로 되돌리는 "자기 재순환 기능"을 이용하여 고효율 연소를 추구하면서도 써멀 NOx(Thermal NOx)의 발생량을 감소시키는 것을 주요 요지로 한다.

그러나, 이러한 시장의 요구에 대해 녹스형 버너(등록번호 10-0784881)는 고효율 연소를 위해 이론공기량에 가까운 공기를 연소실에 투입하여 연소 시, 공기와 연료가 충분히 혼합되지 않거나, 연료에 충분한 공기가 공급되지 않는 영역이 발생하며, 불완전 연소의 산물인 일산화탄소(CO)가 다량 배출되지 않도록 하기 위해서는 공기 비가 1.2 내지 1.3 정도로 고효율 연소와는 거리가 먼 다량의 과잉공기가 요구되어 아직 친환경 고효율 연소를 위한 구조 개선이 더욱 요구되고 있는 것이다.

본 발명의 목적은 NOx의 발생량은 최소화하면서도 연소 효율을 향상시키는 고효율 저녹스 연소 헤드 및 그를 이용한 버너를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 연소실 내부에서의 자기 재순환을 통해 써멀 NOx 및 프롬프트 NOx의 발생량을 억제하면서도 연소실로 공급되는 공기가 이론 공기량에 가깝게 유지되고 완전 연소에 가까운 연소 특성을 구현하여 일산화탄소(CO)와 같은 부산물 발생을 최소화하는 고효율 저녹스형 연소 헤드 및 이를 이용한 버너를 제공함에 있다.

상기한 목적은 본 발명에 따라, 공기를 연소실로 안내하는 튜브의 선단에 마련되며, 중심부에 상기 연소실 방향으로 돌출부를 형성하는 디퓨징 프레임 및 돌출부의 측선에서 돌출되고, 각각의 종단에는 연료 노즐이 마련되는 복수의 연료 분출관을 포함하며, 연료 노즐에서 연료가 분출되는 종단은, 디퓨징 프레임의 테두리에서 중심부를 향해 이격 거리만큼 이격된 위치에 위치하며, 이격 거리는, 연료 노즐의 지름 대비 0.1% 내지 75% 인 고효율 저녹스형 연소 헤드에 의해 달성된다.

상기한 목적은 본 발명에 따라, 공기를 연소실로 안내하는 튜브의 선단에 마련되며, 중심부에 연소실 방향으로 돌출부를 형성하는 디퓨징 프레임 및 돌출부의 측선에서 돌출되고, 각각의 종단에는 연료 노즐이 마련되는 복수의 연료 분출관을 포함하며, 연료 노즐에서 연료가 분출되는 종단은, 디퓨징 프레임의 테두리에서 중심부를 향해 이격 거리만큼 이격된 위치에 위치하며, 이격 거리는, 0.1mm 내지 50mm인 고효율 저녹스형 연소 헤드에 의해 달성된다.

상기한 목적은 본 발명에 따라, 상기 고효율 저녹스형 연소 헤드를 구비하는 버너에 의해 달성된다.

본 발명에 따르면, 연소 헤드와 연료 노즐간 단차에 의해 발생하는 와류를 이용하여 연료와 공기를 급속혼합 후, 자기 재순환 방식으로 연료를 연소시킴으로써 1.05 내지 1.1의 공기 비에서도 프람프트 Nox 발생을 억제하면서, 동시에 높은 연소 효율을 보이며, 불완전 연소에 따른 일산화탄소(CO)의 생성을 억제할 수 있다. 또한, 연소된 가스를 연소실 내에서 자기 재순환 시킴으로써, 연소실 내부의 온도를 저감시켜, 써멀 NOx의 생성을 억제한다. 이에 따라, 본 발명은 종래의 고효율 버너의 특성을 그대로 계승하면서도 저NOx의 특성도 함께 계승한다.

도 1은 본 출원인이 설계한 고효율 저녹스형 버너의 실사진을 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 버너의 튜브, 연소 헤드, 연료공급관, 연료노즐 등의 구성을 도시한 부분 절취 사시도를 도시한다.
도 3은 연료 노즐과 연소 헤드 테두리 사이의 단차에 의한 와류 형성 과정에 대한 참조도면을 도시한다.
도 4는 실시예에 따른 버너의 작동 원리를 설명하기 위한 개념도를 도시한다.
도 5는 연소 헤드의 단차를 설명하기 위한 참조도면을 도시한다.
도 6은 연소 헤드의 측단면도를 도시한다.
도 7은 연료 노즐과 공기 급기구의 배치 관계에 대한 참조도면을 도시한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연소 헤드의 정면도를 도시한다.
도 9는 도 7과 도 8의 실시예에 언급된 연소 헤드를 장착한 버너에 의해 연소실서 자기 재순환 연소를 수행하는 과정에 대한 참조도면을 도시한다.
도 10은 등록특허 10-784881호에 따른 헤드 구조를 도시한다.
도 11은 실시예에 따른 버너의 헤드 구조를 도시한다.
도 12는 실시예에 따른 버너의 헤드에서 화망을 형성하는 일 예를 도시한다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연소 헤드의 구조를 도시한다.
도 14 내지 도 16은 실시예에 따른 연소 헤드를 구비한 버너의 시험 성적서 사본을 도시한다.

본 명세서에서 언급되는 연소 헤드는 디퓨징 프레임, 연료 분출관, 돌출부, 연료노즐 및 공기홀을 포함하는 조립체를 의미할 수 있다. 본 명세서에서 "연소 헤드"라고 지칭할 때는 별도의 참조부호가 기재되지 않거나 부가적인 설명이 없더라도, 이들 조립체를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 연소 헤드는 이해와 설명을 위해, 부가되는 구성요소의 도시나 설명이 생략되고, 개념적인 단면도로 표현될 수 있다. 그러나, 이는 이해와 설명을 위한 도시와 설명일 뿐, 실시예에 따른 연소 헤드의 구조나 연결관계가 개념도나 단면도에 의해 오해되어서는 안된다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 출원인이 설계한 고효율 저녹스형 버너(이하, "버너"라고 기재함)의 실사진을 나타내고, 도 2는 도 1에 도시된 버너의 튜브, 연소 헤드, 연료 공급관, 연료 노즐 등의 구성을 도시한 부분 절취 사시도를 도시하고, 도 3은 연료 노즐과 연소 헤드 테두리 사이의 단차에 의한 와류 형성 과정을 설명하기 위한 참조도면을 도시하고, 도 4는 실시예에 따른 버너의 작동 원리를 설명하기 위한 개념도를 도시하고, 도 5는 연소 헤드의 단차를 설명하기 위한 참조도면을 도시하고, 도 6은 연소 헤드의 측단면도를 도시하며, 도 7은 연료 노즐과 공기홀의 배치 관계에 대한 참조도면을 도시한다.

도 1 내지 도 7을 함께 참조하여 설명하면, 실시예에 따른 버너는, 공기를 연소실(F)로 안내하는 튜브(3), 튜브(3)의 종단 내경부에 배치되고, 외주연은 튜브(3)의 종단 내경부와 이격 거리(d2)를 유지하는 디스크 타입의 연소 헤드(5), 튜브(3)의 내측 중심부에 배치되어 연소 헤드(5)로 연료를 공급하는 연료 공급관(8) 및 연료 공급관(8)의 종단에서 방사상으로 배치되어 급기 통로(7)를 통해 공급되는 공기와 직교하는 방향으로 연료를 분출하기 위한 연료 노즐(4a)을 구비하는 복수의 연료 분출관(8a)을 포함하여 구성될 수 있다.

튜브(3)의 종단에는 소정 각도(a)로 경사진 단면을 가진 측경부(3a)가 형성된다. 측경부(3a)는 연소 헤드(5)에서 돌출되는 연료 공급관(8)의 돌출부(8b)를 향해 완만한 기울기를 가지면서 굴곡지게 형성될 수 있다. 이를 통해, 급기 통로(7)에서 연소 헤드(5)로 향하는 공기의 통로가 좁아지면서, 공기의 유동 속도를 증가시킬 수 있다.

급기 통로(7)를 통해 급기되는 공기는 연소 헤드(5)를 향해 진행하다가 연소 헤드(5)의 테두리와 연료 노즐(4a)이 단차를 형성하는 영역에서 와류 영역(S1)을 형성할 수 있다. 도 3을 참조하면, 도 3의 (a)는 연소 헤드(5)의 테두리와 연료 노즐(4a)이 단차를 갖지 않는 경우에 급기 통로(7)를 통해 토출되는 공기의 흐름을 도시하며, 이와 대비되는 도 3의 (b)는 연소 헤드(5)의 테두리와 연료 노즐(4a)이 갖는 단차(d1)에 의해 S1 영역에서 와류 영역을 형성하는 일 예를 개념적으로 도시한다.

급기 통로(7)에서 연소실(F)로 진행하는 공기가 단차(d1)에 의해 와류 영역(S1)을 형성하면, 와류 영역(S1)은 급기 통로(7)를 통해 연소실(F)로 향하는 빠른 속도의 공기를 연료 노즐(4a)에서 분사되는 연료와 급속 혼합할 수 있다. 이러한 급속 혼합은 연료와 공기를 고루 혼합시켜 연소실(F)에서 연소되는 연료가 부분적인 공기 부족 현상을 유발하지 않도록 한다. 완전 연소의 조건은 연료가 연소 시, 주변에서 연소에 필요한 공기를 제때 공급받는 것이며, 급속 혼합은 공기와 연료를 적절히 혼합시킴으로써 완전 연소에 필요한 조건을 상당부분 충족시킨다. 여기서, 급속 혼합을 통해 공기와 연료가 적절히 혼합되면, 연료가 연소될 때, 불완전 연소의 발생을 최소화하면서 동시에 프람프트 Nox의 발생도 최소화한다. 이는 연료가 완전 연소에 가까운 연소를 이루는 것을 의미하며, 이에 더하여, 연료가 완전 연소에 가까운 연소 특성을 보임에 따라, 일산화탄소(CO)의 발생이 최소화된다.

와류 영역(S1)은 본 발명의 주요 특징으로서, 단순히 연료에 공기를 공급한다는 측면이 아니라, 와류를 형성하면서 휘몰아치는 공기가 연료와 섞이도록 함으로써, 연료와 공기가 균일하게 혼합할 수 있도록 한다.

연료 입자와 공기 입자가 균일하게 혼합되면, 각 연료 입자가 연소될 때, 주변에는 공기 입자가 연료 입자의 연소에 기여하므로 불완전 연소가 최소화되는 것이며, 불완전 연소가 최소화된다는 것은 불완전 연소에 의한 부산물(예컨대 일산화탄소)의 생성이 감소됨을 의미한다.

공기와 연료가 혼합된 상태에서 파일럿 버너(11)에 의한 화염이 가해지면 연소로(F) 내부가 연료를 연소하는 연소 상태로 전환된다. 파일럿 버너(11)는 급기 통로(7) 상에 마련될 수 있으며, 별도의 연료와 공기에 의해 화염을 생성할 수 있고, 생성된 화염은 급기 통로(7)를 통해 유동하는 공기에 의해 연소 헤드(5) 방향으로 토출될 수 있다.

와류 영역(S1)을 생성하여 연료의 완전 연소 및 부산물 방지를 저감시키는 단차(d1)는 그 길이가 너무 작을 경우 와류의 형성 량이 작아질 우려가 있고, 너무 길면 연료 노즐(4a)에서 분사되는 연료 중 일부가 와류에 의해 혼합되지 않을 우려가 있다. 이에 대해, 본 출원인은 단차(d1)의 길이 범위를 아래의 각 호에 따라 정의한다.

1) 연료 노즐(4a)의 내경 또는 연료 분사관(8a)의 내경(또는 외경) 대비 0.1% 내지 75%의 길이를 가질 것,

2) 0.1mm < d1 < 50mm의 범위로 형성될 것.

1)의 경우는 연료 노즐(4a)의 내경 또는 연료 분사관(8a)의 외경에 따라 단차(d1)의 길이 범위를 정의한 것으로서, 관경의 증가는 연료 노즐(4a)을 통해 분사되는 연료의 량이 증가하거나 연료의 분사 압력이 증가됨을 의미하는 바, 관경이 증가하는 만큼 단차(d1)의 길이를 더 증가시켜 와류 영역(S1)의 형성 위치를 적절히 조절하기 위한 것이다. 만일 연료의 연료 노즐(4a)에서 분사되는 연료의 분사 압력이 강할 경우, 단차(d1)의 길이를 어느 정도 증가시킬 필요가 있는데, 이는 강한 분사 압력으로 인해 연료 노즐(4a)에서 분사되는 연료가 튜브(3)를 통해 유입되는 공기와 적절히 혼합되지 않을 수 있는데 따른다. 예컨대, 연료 노즐(4a)의 관경을 기준으로 할 때, 연료 노즐(4a)의 내경이 10 mm인 경우, 단차(d1)는 0.01mm 내지 5mm일 수 있다.

2)의 경우는 연료 노즐(4a)의 관경(내경 또는 외경)에 관계없이 연료 노즐(4a)의 종단과 연소 헤드(5)의 테두리가 이루는 단차(d1)의 길이를 고정한 것으로서, 0.1mm 내지 50mm의 범위 내에서 단차(d1)의 길이를 정의한다. 이 경우, 단차(d1)의 길이가 연소 헤드(5)의 테두리를 따라 일정하게 유지되므로, 연료 노즐(4a)에서 분사되는 연료의 분사압력을 조절하는 방법으로 단차(d1)의 길이를 결정할 할 수도 있으나, 단차(d1)의 길이를 0.1mm 내지 50mm의 범위가 되도록 적정한 분사 압력을 조절해야 하는 것은 아니다. 이전에도 언급한 바와 같이, 단차(d1)에 의해 형성되는 와류 영역(S1)에 의해 연료와 공기가 급속 혼합되므로 연료 노즐(4a)에서 분사되는 연료의 분사 압력과 분사되는 연료량에 관계없이 0.1mm 내지 50mm 길이의 단차(d1)를 통해 연료 노즐(4a) 주변에 형성되는 와류를 통해서 소기의 목적(연료와 공기의 혼합) 달성이 가능하다.

즉, 실시예에 따른 연소 헤드(5)는 연료 노즐(4a)과의 단차(d1)를 형성한다는 점에서 가장 큰 특징을 가지며, 와류 영역(S1)이 연료 노즐(4a)에서 연료가 분사되는 위치 또는 그 부근에 형성되도록 하는데 주안점을 둔다. 연소 헤드(5)에 대한 상세 구조는 도 7을 함께 참조하여 설명하도록 한다.

도 7은 실시예에 따른 저녹스형 버너에 적용되는 연소 헤드의 일 예에 따른 정면도를 도시한다.

도 7을 참조하면, 실시예에 따른 연소 헤드(5)는, 원판 형상을 가지며, 중심부는 돌출부(8b)가 형성되는 디퓨징 프레임(5a), 돌출부(8b)의 측선부에서 디퓨징 프레임(5a)의 테두리 방향으로 전개되는 방사형의 연료 분출관(8a) 및 디퓨징 프레임(5a)에 형성되며, 급기 통로(7)를 통해 급기되는 공기를 연소실(F)로 분사하는 공기홀(5b, 5c)을 포함하여 구성될 수 있다. 공기홀(5b, 5c)은 디퓨징 프레임(5a)의 중심부에 가까이에 위치하는 것(5c)이 직경이 작고 디퓨징 프레임(5a)의 테두리 방향에 위치하는 것(5b)의 직경이 더 크게 형성될 수 있다. 공기홀(5b, 5c)의 구분을 위해, 직경이 큰 것을 제1공기홀(5b), 직경이 작은 것을 제2공기홀(5c)이라 구분하여 지칭하도록 한다.

도 7에서, 제1공기홀(5b)은 직경이 20mm이고, 제2공기홀(5c)의 직경은 13mm인 것이 예시되어 있으나, 제1공기홀(5b)과 제2공기홀(5c)의 직경은 언급된 직경보다 더 크거나 작을 수 있음은 물론이다.

제1공기홀(5b)와 제2공기홀(5b)는 아래의 각 호에 따른 역할을 위해 마련될 수 있다.

3) 화염의 중심부로 충분한 공기를 공급하여 화염의 연소성을 향상시키거나,

4) 버너 용량의 증가에 맞추어 연소 헤드(5)의 직경이 증가할 때, 연소 헤드(5)에서 형성되는 화염의 보염성 향상을 위해 보조 화염을 형성하기 위해 마련될 수 있다.

도 7은 3)의 경우에 대응하는 것으로서, 연소 헤드(5)의 크기가 작은 저용량 버너에 적합하다.

제1공기홀(5b)은 제2공기홀(5c) 대비 더 큰 지름을 갖는 원형으로 형성할 수 있다. 이를 통해, 급기 통로(7)에서 공급되는 대량의 공기가 연소실(F)을 향해 토출되도록 할 수 있다. 이를 통해, 와류 영역(S1)에서 혼합된 연료와 공기를 급속히 연소실(F)을 향해 유도할 수 있으며, 연소실(F)에서 생성되는 화염의 중심부에 충분한 공기를 공급할 수 있다.

제1공기홀(5b) 및 제2공기홀(5c)은 디퓨징 프레임(5a)의 중심부를 기준으로 일정한 각도에 따라 균일하게 배열될 수 있다. 도 7에서, 제1공기홀(5b) 및 제2공기홀(5c)은 상호 40도의 이격 각도를 가지고 9 셋트가 배열됨을 볼 수 있다. 이때, 제1공기홀(5b) 및 제2공기홀(5c)과 이웃하는 연료 노즐은 디퓨징 프레임(5a)의 중심을 기준으로 약 20도의 각도를 이루며 배열될 수 있다. 공기홀(5b, 5c)과 연료 노즐(4a)이 일정한 각도를 가지고 배열됨에 따라 공기홀(5b, 5c)에서 토출되는 공기의 량과 압력이 디퓨징 프레임(5a)의 전단에 대해 균일성을 가질 수 있고, 연료 노즐(4a)에서 분사되는 연료와 혼합될 때, 연료와 공기의 혼합비 또한 균일할 것이 기대될 수 있다.

한편, 실시예에 따른 연소 헤드(5)가 장착되는 버너가 보다 더 대용량을 지향하는 경우, 돌출부(8b)에서 방사상으로 전개되는 연료 분출관(8a) 사이의 간격이 점점 벌어지게 된다.

디퓨징 프레임(5a)의 직경이 증가할수록 돌출부(8b)에서 방사상으로 전개되는 연료 노즐(4a) 사이의 거리도 함께 증가하게 되는데, 연료 노즐(4a) 사이의 거리가 증가할수록 디퓨징 프레임(5a)에서 형성되는 화염 또한 밀집된 화염의 형태가 아니라, 각 연료 노즐(4a)에서 개별적으로 생성되는 화염의 집합이 될 수 있다.

이러한 화염 분포는 연료 노즐(4a)에서 생성되는 화염의 불꽃이 유지되는 보염 상태를 유지하기 곤란한 측면이 있다. 이에 대해, 본 출원인은 연소 헤드의 크기가 증대되어 각 연료 분출관(8a) 사이가 이격되고, 이에 따라, 연료 노즐(4a) 사이도 이격되는 대용량 버너에 보염 기능을 강화하기 위해 도 8에 도시된 연소 헤드(5)를 적용하고자 한다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연소 헤드의 정면도를 도시한다.

도 8을 참조하면, 실시예에 따른 연소 헤드(5)는 원판 형상을 가지며, 중심부는 돌출부(8b)가 형성되는 디퓨징 프레임(5a), 돌출부(8b)의 측선부에서 디퓨징 프레임(5a)의 테두리 방향으로 방사상으로 전개되며, 측선부에는 대칭되는 한 쌍의 가스 분출홀(8c)을 구비하는 복수의 연료 분출관(8a) 및 디퓨징 프레임(5a)에 형성되며, 급기 통로(7)를 통해 급기되는 공기를 연소실(F)로 분사하는 공기홀(5b, 5c)을 포함하여 구성될 수 있다.

본 실시예는 도 7에 도시된 실시예와 동일하되, 다만, 연료 분출관(8a)의 측선부에 마련되는 한 쌍의 가스 분출홀(8c)에 주요 차이점을 갖는다. 이하, 나머지 구성요소는 도 7을 통해 설명된 바를 준용하고, 연료 분출관(8a)에 형성되는 가스 분출홀(8c)과 공기홀(5b, 5c)에 대한 설명을 진행하도록 한다.

연료 분출관(8a)의 측선부에 마련되는 가스 분출홀(8c)은 이웃하는 두 개의 제1공기홀(5b)을 향해 형성된다. 가스 분출홀(8c)은 제1공기홀(5b)의 전면부를 향해 가스를 분출하고, 제1공기홀(5b)에서는 공기가 토출되며, 급기 통로(7a)에서는 애프터 버너(11)가 점화되어 점화를 위한 화염을 연소실(F)을 향해 분출한다. 이에 따라, 도 8에 도시된 바와 같이, 연료 노즐(4a)에서 연소 영역(S3)을 형성하고, 또한 연료 노즐(4a) 사이의 제1공기홀(5b)에서도 추가적인 연소 영역(S2)을 형성하여 연소 헤드(5)의 전단에서 집중화된 화망을 형성할 수 있다. 이를 통해, 제1공기홀(5b)에서 보조 화염이 생성되도록 하며, 보조 화염에 의해 연료 노즐(4a)에서 생성되는 화염 사이의 거리가 이격되더라도 연소 헤드(5)에서 생성되는 화염의 보염 상태가 유지될 수 있다.

이처럼 버너 용량 증대에 따라, 연소 영역이 증가될 경우에도 화염의 보염 상태가 유지되며, 제2공기홀(5c)에서는 화염의 중심부를 향해 공기가 분사되므로, 불완전 연소에 따른 부산물(예컨대 일산화탄소) 발생이 저감하는 것은 물론, 낮은 온도의 공기가 화염 중심부로 향하므로 써멀 녹스 발생이 저감될 수 있다.

이에 더하여, 제1공기홀(5b)에 의해 부가되는 보조 화염 및 연료 노즐(4a)에서 분사되는 화염은 연소실(F)을 향해 분사된 후, 연소실(F) 내부에서 확산되며, 저온의 연소 가스의 순환에 의해 화염의 온도를 낮추므로 녹스의 발생량이 억제될 수 있다. 부가적으로, 실시예에 따른 연소 헤드(5) 및 연소 헤드(5)를 이용하는 버너는 연소실(F) 내부에 있는 저온의 연소 가스가 연소실(F) 내부를 재 순환하는 바, 배기 가스의 연소실(F) 재순환을 위해 연소실(F)의 체적을 증가시키지 않도록 할 수 있다. 즉, 실시예에 따른 연소 헤드(5)를 이용하는 버너는,

5) 녹스(NOx)의 발생량을 저감시키고,

6) 연소 부산물(예컨대 일산화탄소)의 발생량을 저감시키고,

7) 연료와 공기를 급속 혼합함에 따라 완전 연소에 가까운 연소 효율을 보이며,

8) 연소실(F)의 체적을 증가시키지 않고도 써멀 녹스의 발생량을 제어 가능한 이점이 보인다.

여기서, 연료 분출관(8a)의 길이는 1) 및 2)에서 언급된 바에 따라 그 길이가 결정된다. 또한, 연료 분출관(8a)의 길이는 비율(0.1% 내지 75%)로 정의되거나 또는 절대길이(0.1mm 내지 50mm)로 정의될 수 있다. 이처럼 연료 분출관(8a)의 길이를 연소 헤드(5)의 테두리 보다 짧게 형성함으로써, 연료 분출관(8a)의 종단에 마련되는 분사 노즐(4a)에서 분사되는 연료는 급기 통로(7)를 통해 급기되는 공기와 급속 혼합을 이룬다.

도 9는 도 7과 도 8의 실시예에 언급된 연소 헤드를 장착한 버너에 의해 연소실(F)에서 자기 재순환 연소를 수행하는 과정에 대한 참조도면을 도시한다. 도 9에 대한 설명은 도 1 내지 도 8을 함께 참조하여 설명하도록 한다.

도 9를 참조하면, 다수의 연료 노즐(4a)을 통해 연료가 연소실(F)로 고속 분출되고, 이때, 급기 통로(7)를 통해 고속으로 분출되는 공기와 연료가 수직하게 교차하면서 급속 혼합된다.

급속 혼합된 기체가 파일럿 버너(11)에 의해 점화되어 화염을 토출하면, 도 9에 도시된 바와 같이, 화염이 축소된 이후, 확대되는 장구꼴 형태의 화염이 형성될 수 있다.

급기 통로(7)를 통해 급기되는 공기는 튜브(3)의 측경부(3a)에 의해 그 속도가 증가된다. 도 4에서, 급기 통로(7)를 통해 연소실(F)을 향하는 공기는 측경부(3a)에 의해 단면이 급속히 감소되고, 베르누이 효과에 따라, 급기 통로(7)를 통해 급기되는 공기의 속도는 증가한다. 속도가 증가된 공기는 연소 헤드(5)를 지나 단차(d1)를 갖는 분사 노즐(4a) 부근에서 와류를 형성하며, 형성된 와류에 의해 연료와 공기는 급속 혼합된다. 파일럿 버너(11)에 의해 연소실(F) 방향으로 화염이 제공되고, 연소실(F)은 점화 상태로 전환된다.

연소실(F)을 향해 고속으로 분사되는 공기에 의해 연소 헤드(5)의 전단에서는 화염의 폭이 좁고 속도가 빠른 고속의 화염이 형성되는데, 화염의 폭은 점점 축소(X)된 후, 화염의 최소 직경부(H)에서 다시 점점 확대(W)되는 형태로 형성될 수 있다. 즉, 도 9에 도시된 바와 같이 본 발명의 버너에 의해 생성되는 화염은 축소영역(X) 및 확대영역(W)을 가질 수 있다.

이러한 축소 및 확대영역을 가진 화염의 형태에 대해 보다 구체적으로 살펴보면, 공기가 연소 헤드(5) 및 튜브(3)의 축경부(3a) 사이의 급기 통로(7)를 통과함에 따라 그 진행 방향으로 단면적이 축소되어 공기의 급기 속도가 증가되고, 이러한 튜브(3)의 축경부(3a) 구조에 의해 화염의 시작부분이 내경 방향으로 모아져 축소영역(X)을 형성하고, 이후 화염의 흐름 방향을 따라 연소가 진행되면 화염온도가 급격히 상승하여 부피가 급격히 팽창하여 일정거리 이후부터는 화염이 확장되는 확장영역(W)을 형성한다.

그리고, 튜브(3)는 그 일부가 연소실(F) 내로 일정길이(L)만큼 인입된 구조로 인해, 고속화염과 화염의 최소 직경부(H)에 의한 낮은 압력의 영향이 화염 끝부분에 가깝도록 전진 배치한 효과로 화염의 후단부(J)깊숙이 영향을 미치도록 된다.

화염의 최소직경부(H)에서는 그 화염의 전파속도가 매우 빠르고, 화염의 후단부(J)에서 온도가 낮은 연소가스가 화염의 최소직경부(H)측으로 유도되고, 이에 따라 연소가스는 재순환 영역(R)에서 재순환되며, 이 재순환 영역(R)에서 연소가스는 화염의 최소직경부(H)에서 빠른 속도로 흡인되었다가 화염의 확대영역(W)에서 갑자기 느린 속도로 진행됨에 따라 화염과의 보다 균일한 혼합을 달성할 수 있다.

즉, 본 발명은 연소반응으로 산소가 소진되어 산소농도가 낮을 뿐만 아니라 연소실과의 복사전열에 의한 열손실 때문에 화염온도에 비해 그 온도가 상대적으로 낮아져 있는 배기 가스(연소가스)를 화염측으로 흡인을 유도하여 화염온도를 저하시킬 수 있고, 특히 화염의 속도가 높을수록 순환되는 배기 가스의 량이 많아져 화염의 온도도 그에 대응하여 낮아지기 때문에 써멀 녹스(Thermal NOx)의 생성을 최소화할 수 있고, 연소가스 및 화염의 균일한 혼합을 도모함으로써 국부적으로 온도가 낮아진 영역에서 불완전 연소로 인해 일산화탄소의 생성을 최소화할 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 화염의 형태가 축소(X)된 후에 다시 확대(W)되는 형태로 생성됨에 따라, 연소가스를 화염 측에 자기 재순환(Self Recirculation)시켜 혼합함으로써 연소 효율을 저하시키지 않으면서도 화염의 온도를 저하시킬 수 있으며, 이러한 화염 온도의 저하작용에 의해 써멀 녹스(Thermal NOx) 생성을 방지함과 더불어 일산화탄소의 생성을 방지할 수 있다.

이러한 연소가스의 자기 재순환에 동반하는 고온의 흐름에 의해 튜브(3)가 열화될 위험이 있으므로, 연소 헤드(5)를 지탱하는 관과 튜브(3) 사이의 공기속도가 극대화되도록 하면 속도가 빠를수록 열전달 계수가 높아지는 효과에 의하여 튜브(3)의 냉각효과를 극대화시킬 수 있으므로 관의 내경을 적정한 직경으로 설정하여 튜브(3)의 열화를 피할 수 있는 특징이 있다.

이제, 상기 설명한 바에 따른 본원발명과 이전에 구현된 버너 헤드의 차이점을 비교하며 살펴보도록 한다. 이하, 도 10 내지 도 12를 참조하여 비교설명 하도록 한다.

도 10은 등록특허 10-784881호에 따른 헤드 구조를 도시하고, 도 11은 실시예에 따른 버너의 헤드의 사시도를 도시하며, 도 12는 실시예에 따른 버너의 헤드에서 화망을 형성하는 일 예를 도시한다.

도 10 내지 도 12를 참조하여 기존의 버너의 연소특성과 실시예에 따른 버너의 연소특성을 비교 설명하도록 한다.

도 10을 참조하면, 종래의 버너 헤드는 다수의 공기홀(1a, 1b 및 1c)에서 연소실(F)을 향해 공기를 분출하도록 구성된다. 반면, 실시예에 따른 버너의 헤드는 도 10에 도시된 바와 공기홀(1a, 1b 및 1c)의 개수를 줄여 도 11에 도시된 바와 같이 직경이 큰 공기홀(5b)과 직경이 작은 공기홀(5c)이 각 연료 분출관(8a) 사이에 한 쌍이 배치되도록 할 수 있다.

작은 직경을 갖는 다수의 공기홀 대비 소수의 큰 공기홀(5b, 5c)이 갖는 장점은 공기홀(5b, 5c) 하나당 토출되는 공기량이 증가하는 만큼 고효율 연소를 위해 공기 비를 낮추었을 때에도 공기의 유동의 영향을 연료공기 혼합류에 미칠 수 있어서, 낮은 공기 비에서도 불완전 연소의 생성물인 일산화탄소(Co)의 발생을 줄일 수 있다.

이에 따라, 도 11에 도시된 버너의 연소 헤드는 공기 비 1.05 내지 1.1 정도의 낮은 공기 비에서도 연료와 공기가 혼합된 혼합류에 침투하는 공기 유동의 영향이 약해지는 단점을 보완하여 낮은 공기 비(1.05 내지 1.1)에서도 공기 유동의 영향력을 키울 수 있다.

도 11의 실시예는 하나의 큰 와류에 의존하여 연료와 공기의 혼합을 촉진하는 기존의 방법과 대비하여 볼 때, 디퓨징 디스크(5a)의 직경 보다 연료 노즐(4a)의 길이를 0.1mm 내지 50mm(또는 0.1 % 내지 50%) 짧게 형성함으로써, 각 연료 노즐(4a)의 종단에서 작은 와류를 복수 개 형성하는 방법에 대응한다.

작은 와류를 복수 개 형성함에 따라, 연료와 공기가 충분히 혼합되지 않은 상태에서 1000℃ 이상의 화염 속에서 프롬프트 NOx가 발생할 수 있으나, 작은 와류를 복수 개 형성하는 도 11의 실시예에서는 연료와 공기가 충분히 혼합되므로 공기 비 1.05 내지 1.1의 환경에서도 프롬프트 NOx의 발생이 현저히 감소할 수 있다.

또한, 연료 분출관(8a)의 종단에서 형성되는 복수의 와류가 급기 통로(7)을 통해 형성하는 단일 와류 대비 공기 토출력이 약화됨에도 다수의 와류를 이용하여 연료와 공기를 혼합하여 각 연료 노즐(4a)의 종단에서 복수의 화망을 형성하므로 연소 헤드(5)의 보염 기능이 우수한 특징이 있다.

도 11은 연료노즐(4a)과 디퓨징 프레임(5a)의 단차가 반영된 구조를 나타내는데, 도 11에 도시된 형태의 연소 헤드(5)는 버너의 용량이 대략 3,500,000 kcal/hr 의 것에 대응할 수 있다. 도 11에 도시된 형태의 연소 헤드(5)의 직경은 도 12에 도시된 것에 비해 작은데, 이는 도 11에 도시된 연소 헤드(5)를 장착하는 버너의 용량이 도 12에 도시된 버너(예컨대 7,000,000kcal/hr ± 1,000,000 kcal/hr) 작고, 따라서 연소 헤드(5)의 직경이 상대적으로 작은 것에 따른다. 따라서, 도 11에 도시된 연소 헤드(5)에 배치되는 연료 분출관(8a)들 사이의 거리가 크지 않으므로 연료 노즐(4a) 사이의 가스 분출 간격이 상호 보염 기능을 유지하는데 충분하므로 중심부로 가스가 분출되는 염공(예컨대 도 13의 참조부호 8e)을 제거하여 일산화탄소(Co)의 발생 원인을 제거하는 방법에 따라 그 구조가 형성된다. 이때, 도 11에 도시된 공기 홀(5b, 5c)은 도 10에 도시된 다수의 공기홀(1a, 1b, 1c)을 대체하며, 낮은 공기 비(1.05 내지 1.1)에서 일산화탄소(Co)의 제어 효과를 얻을 수 있다.

도 12는 7,000,000(± 1,000,000kcal/hr) kcal/hr 용량의 버너에 적용되는 연소 헤드(5)의 구조를 도시한다. 도 12의 연소 헤드(5)는 연료노즐(4a)과 디퓨징 프레임(5a)의 단차가 반영된 구조에, 보조 염공(8d)이 부가된 구조를 나타낸다. 전술한 도 11의 디퓨저는 버너의 용량이 비교적 작고(3,500,000 kcal/hr), 따라서, 디퓨저의 직경이 작았으나, 도 12의 연소 헤드(5)는 도 11에 도시된 디퓨저에 비해 버너의 용량이 증대되고, 이에 따라, 연소 헤드(5)의 직경이 증가하였는 바, 연소 헤드(5)에 배치되는 연료 분출관(8a) 사이의 거리가 벌어진다. 이에 따라, 연료 노즐(4a)에서 가스가 분출되는 간격이 벌어지고, 연소 헤드(5)에서 생성되는 화염 사이가 이격되어 상호 보염 기능이 약화될 수 있다. 이에 대해, 도 12의 연소 헤드(5)는 각 연료 분출관(8a)에 보조 염공(8d)을 형성하고, 보조 염공에서 연료가 분사되도록 하며, 이때, 보조 염공(8d)에서 연료가 분출되는 방향과 수직한 방향에서 공기가 분사되도록 공기 홀(5b, 5c)을 형성하고 있다. 이에 따라, 각 연료 노즐(4a)에서 화염이 형성되고, 각 연료 노즐(4a) 사이에서 공기 홀(5b, 5c) 전방에서 보조 화염이 형성되어 연소 헤드(5)에서 형성되는 화염의 보염 기능을 보완할 수 있다.

도 13은 7,000,000(± 1,000,000kcal/hr) kcal/hr 용량의 버너에 적용되는 연소 헤드(5)의 다른 구조를 나타내며, 연소 헤드(5)는 연료 노즐(4a)과 디퓨징 프레임(5a)의 단차가 반영된 구조에, 염공(8e)이 부가된 구조를 나타낸다.

도 13의 디퓨저는 전술한 도 12의 디퓨저 구조에서 화염의 보염 기능을 추가로 강화환 것으로서, 화염의 중심부로 가스를 분출하는 염공(8e)을 형성하고, 염공(8e)에서 분출되는 연료와 공기홀(5b, 5c)에서 분출되는 공기가 수직하게 교차되도록 하여 프롬프트 Nox의 발생이 최소화하고, 동시에, 공기 유동의 힘이 약화되는 공기 비 1.05 내지 1.1의 환경에서도 충분히 안정적인 화염을 유지하도록 하여 연소 헤드(5)의 보염 기능을 향상시키고 있다.

본 출원인은, 개발된 연소 헤드(5) 및 연소 헤드(5)를 채용한 버너의 실성능 테스트를 진행하였으며, 테스트 결과는 도 14 내지 도 16을 참조하여 상술하도록 한다.

먼저, 도 14의 그래프는 3,500,000(±800,000 kcal/hr) kcal/hr 용량의 버너를 테스트한 결과를 도시한다. 도 14의 그래프(G1)는 연소실에서 배출되는 배기 가스 중 산소 농도값이 3.3% 내지 3.6% 정도가 통상의 운전 범위인데, 실시예에 따른 연소 헤드(5) 및 이를 채용한 버너의 실험 그래프(G2)를 살펴보면, 대략 0.4% 내지 0.7% 범위 내에 위치함을 볼 수 있다.

즉, 실시예에 따른 버너를 가동 시, 통상의 저녹스 버너의 운전 범위(3.3% 내지 3.6%)보다 훨신 낮은 수준의 산소 농도를 보이고 있으며, 그래프(G1)를 살펴보면, 실시예에 따른 연소 헤드(5)를 채용하는 버너는 연료의 연소를 위해 필요한 이론적인 공기량 대비 고작 2% 내외의 공기를 더 요구하고 있음을 볼 수 있다. 이는 연소실(F) 내에서 연료가 완전 연소에 가까운 연소 효율을 보임에 따라 가능한 것이며, 이처럼 완전 연소에 가깝게 연료가 연소되면, 불완전 연소에 따른 부산물(예컨대 일산화탄소)은 거의 생성되지 않는다.

실시예에 따른 연소 헤드(5)를 채용하는 버너는 2% 내외의 추가적인 공기만을 필요로하며, 공기 비로 표현 시, 공기 비가 1.02(약 2% 증가)에 대응한다.

공기 비 1.01는 실시예에 따른 연소 헤드(5)를 채용하는 버너가 연소실(F)의 과열을 방지하기 위해 외부 공기를 연소실(F) 내부로 과도하게 공급하지 않을 수 있다는 것도 의미하고 있다.

즉, 실시예에 따른 연소 헤드 및 이를 채용한 버너는 친환경 적인 버너이면서도 연소 효율이 매우 우수함을 알 수 있다.

다음으로, 도 15는 실시예에 따른 연소 헤드(5)를 채용하는 버너의 시험 성적서를 나타낸다.

버너의 시험 성적서는 7,000,000(±1,000,000kcal/hr) kcal/hr 용량의 버너에 실시 예에 따른 연소 헤드(5)를 채용한 버너의 성능을 테스트한 것으로서, 연소 헤드(5)의 테스트 결과는 0.9%대의 산소농도, 즉 과잉공기율 4.5%정도로서, 거의 이론공기량에 가까운 공기만으로도 불완전 연소 성분인 일산화탄소(CO)가 2ppm ∼ 7ppm 수준을 나타낸다. 이러한 연소특성은 실시예에 따른 연소 헤드(5)를 채용한 버너가 거의 완전연소를 구현하면서도 NOx 발생은 도 16에 도시된 바와 같이 기존의 버너(등록특허 10-784881)의 NOx 배출농도인 38.3ppm ∼ 39.8ppm보다도 낮은 30ppm ∼ 33ppm 의 저NOx 성능을 발휘함을 알 수 있다. 공기 비 1.18 ∼1.22, 산소 농도 3.3% ∼ 3.9%인 기존의 저Nox 버너보다도 훨씬 적은 공기 비(1.04)와 산소 농도(0.9%) 특성을 갖는 실시예의 연소 헤드(5)를 채용한 신형 버너가 일산화탄소(CO) 농도 특성이 더 우수함을 볼 수 있다.

실시예에 따른 연소 헤드(5)를 채용한 신형 버너는, 불완전 연소의 산물인 일산화탄소(CO) 배출 농도가 종래의 버너의 배출량인 5.9PPM ∼ 6.3ppm 보다 적은 3ppm ∼5ppm을 발생하며, 종래의 버너 대비 완전연소에 가까운 특성을 보이므로 종래의 고효율 연소버너의 연소성능과 종래의 저NOx 버너 연소성능의 장점을 모두 갖춘 고효율 연소 및 친환경 연소를 함께 구현하고 있음을 보여주고 있다.

한편, 실시예에 따른 연소 헤드(5)를 장착한 신형 버너는 본 출원인이 개발하였던 기존의 버너에 비해서도 연소 효율과 녹스 발생량이 현저히 감소하였다. 이는 도 16을 참조하여 설명하도록 한다.

도 16을 참조하면, "기존의 버너"는 등록특허 제10-784881호에 따른 버너를 나타내며, "실시예의 버너"는 7,000,000 (±1,000,000kcal/hr) kcal/hr의 버너에 대응하며, 본 실시예에 따른 연소 헤드(5)를 장착한 신형 버너에 대응한다.

도 16에 따르면, 기존의 버는 부하율 50% 대비 부하율 100%일 때, 배기 가스중 산소농도가 증가하고, 공기 비가 1. 18(50%) -> 1.22(100%)로 증가하는 반면, 신형 버너는 산소농도와 공기 비가 각각 0.9, 1.04로 일정하게 유지되는 것을 볼 수 있다. 신형 버너는 거의 완전 연소에 가까운 연소 효율을 보이고 있으며, 부하율에 따른 변동이 없음을 볼 수 있다.

신형 버너가 이처럼 완전 연소를 이룰 때의, NOx 발생량을 살펴보면,

부하율 60%일 때, 30ppm을 보이고, 부하율 100%일 때, 32ppm을 보이는 반면, 기존의 버너는 50%일 때, 38.3ppm이고, 부하율 100%일 때, 39.8ppm을 나타내고 있다. 부하율이 증가할수록 NOx의 발생량이 증가하는 것은 기존의 버너나 신형 버너가 동일하나, 신형 버너에서 생성되는 NOx의 최대값(32ppm)은 기존의 버너에서 생성되는 50% 부하율일 때의 NOx 생성량보다도 적은 것으로서 신형 버너의 NOx 생성량이 기존의 버너 대비 대폭 감소하였음을 나타내고 있다.

일산화탄소 생성량을 살펴보면, 기존의 버너는 50% 부하율일 때, 5.9ppm이고, 100% 부하일 때, 6.3ppm 이나, 신형 버너는 60% 부하율일 때, 3ppm이고, 100% 부하율일 때, 5ppm을 나타내고 있다.

여기서, 도 16을 통해 제시된 수치는 고효율, 친환경 및 저녹스를 지향하는 본 출원인의 버너들끼리 상호 비교한 것임을 유념하여야 한다.

고효율, 친환경 및 저녹스를 지향하지 않는 통상적인 버너인 경우, 도 16에 도시된 신형 버너와 비교가 불가함은 물론, 본 출원인이 개발하였던 기존의 버너에 비해서도 연소 특성이 떨어지고, NOx 생성량이 더 증가할 것이 자명한데 따른다.

도 16을 통해 설명한 성능 비교표를 고찰하면, 실시예에 따른 연소 헤드의 장착 여부에 따라, 신형 버너의 모든 연소 특성이 기존의 버너 대비 대폭 상승하고 있으며,

본 출원인은 도 14 내지 도 16의 효과를 구현하는 연소 헤드(5)의 구조적 특성 및 연소 헤드(5)를 장착하는 버너에 대한 특허권을 청구한다.

3 : 튜브 3a : 측경부
4a : 연료 노즐 5 : 연소 헤드
5a : 디퓨징 프레임 7 : 급기 통로
8 : 연료 공급관 8a : 연료 분출관

Claims (14)

1. 공기를 연소실로 안내하는 튜브의 선단에 마련되며,
   중심부에 상기 연소실 방향으로 돌출부를 형성하는 디퓨징 프레임; 및
   상기 돌출부의 측선에서 돌출되고, 각각의 종단에는 연료 노즐이 마련되는 복수의 연료 분출관;을 포함하며,
   상기 연료 노즐에서 연료가 분출되는 종단은,
   상기 디퓨징 프레임의 테두리에서 중심부를 향해 이격 거리만큼 이격된 위치에 위치하며, 상기 이격 거리는, 상기 연료 노즐의 지름 대비 0.1% 내지 75% 인 것을 특징으로 하는 고효율 저녹스형 연소 헤드.
2. 제1항에 있어서,
   상기 디퓨징 프레임은,
   상기 튜브의 선단 내경부에 마련되며,
   상기 디퓨징 프레임과 상기 튜브의 내주연 사이에는 상기 연소실을 향해 공기를 공급하는 급기 통로가 형성되는 것을 특징으로 하는 고효율 저녹스형 연소 헤드.
3. 제1항에 있어서,
   상기 디퓨징 프레임은,
   상기 복수의 연료 분출관 사이에 형성되며, 상기 중심부에서 상기 프레임의 테두리를 향해 배열되는 복수의 공기홀;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 저녹스형 연소 헤드.
4. 제3항에 있어서,
   상기 공기홀은,
   상기 연료 노즐의 지름 대비 50% 내지 200%의 지름을 가지며, 상기 디퓨징 프레임의 중심부와 이웃하게 배치되는 제1공기홀; 및
   상기 디퓨징 프레임의 테두리와 상기 제1공기 분출공 사이에 배치되는 적어도 하나의 제2공기홀;을 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 저녹스형 연소 헤드.
5. 제4항에 있어서,
   상기 연료 분출관은,
   종단 측선에 형성되어 상기 제2공기홀의 전방을 향해 상기 연료를 분사하는 가스 분출홀;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 저녹스형 연소 헤드.
6. 제5항에 있어서,
   상기 가스 분출홀은,
   상기 연료 분출관을 중심으로 대칭되게 한 쌍이 형성되는 것을 특징으로 하는 고효율 저녹스형 연소 헤드.
7. 제1항에 있어서,
   상기 돌출부는,
   상기 튜브의 중심부에서 상기 연소실 방향으로 연장되는 연료 공급관이 돌출되어 형성되는 것을 특징으로 하는 고효율 저녹스형 연소 헤드.
8. 제1항에 있어서,
   상기 연료 노즐의 연료 분사방향과 상기 튜브를 통해 인가되는 상기 공기의 유동 방향은,
   수직을 이루는 것을 특징으로 하는 고효율 저녹스형 연소 헤드.
9. 제1항에 있어서,
   상기 연료 노즐의 지름은,
   상기 연료 노즐의 내경 또는 외경에 대한 지름인 것을 특징으로 하는 고효율 저녹스형 연소 헤드.
10. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부는,
    측선부에서 상기 연료 분출관 사이마다 연료를 분출하기 위한 염공을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 저녹스형 연소 헤드.
11. 공기를 연소실로 안내하는 튜브의 선단에 마련되며,
    중심부에 상기 연소실 방향으로 돌출부를 형성하는 디퓨징 프레임; 및
    상기 돌출부의 측선에서 돌출되고, 각각의 종단에는 연료 노즐이 마련되는 복수의 연료 분출관;을 포함하며,
    상기 연료 노즐에서 연료가 분출되는 종단은,
    상기 디퓨징 프레임의 테두리에서 중심부를 향해 이격 거리만큼 이격된 위치에 위치하며, 상기 이격 거리는, 0.1mm 내지 50mm인 것을 특징으로 하는 고효율 저녹스형 연소 헤드.
12. 제11항에 있어서,
    상기 디퓨징 프레임은 원판 디스크 타입이며,
    상기 연료 분출관은,
    상기 돌출부의 측선에서 상기 디퓨징 프레임의 평면을 따라 복수 개가 방사상으로 전개되며, 상호 균일한 간격을 가지고 배열되는 것을 특징으로 하는 고효율 저녹스형 연소 헤드.
13. 제11항에 있어서,
    상기 연료 노즐은,
    노출면의 단면이 원형 또는 다각형인 것을 특징으로 하는 고효율 저녹스형 연소 헤드.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 고효율 저녹스형 연소 헤드를 포함하는 고효율 저녹스형 버너.

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