KR101568900B1

KR101568900B1 - 연소장치 및 연소장치의 연소 제어 방법

Info

Publication number: KR101568900B1
Application number: KR1020130030878A
Authority: KR
Inventors: 유사쿠 가와모토; 가즈야 기타무라; 도모키 가타야마
Original assignee: 쥬가이로 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2013-01-29
Filing date: 2013-03-22
Publication date: 2015-11-12
Also published as: JP2014145533A; TW201430287A; CN103968379A; KR20140096940A; CN103968379B; TWI551824B; JP5752156B2

Abstract

1차 공기 안내관(11)에 의해 안내된 1차 연소용 공기와 연료 안내관(12)에 안내된 연료를 1차 연소실(13)에서 연소시킨 연소 배기 가스를, 제1노즐부(16)를 통해서 노(1)의 내부(1a)에 분출시킴과 더불어, 축열실(20)에서 가열된 2차 연소용 공기를 2차 공기 안내관(22)을 통해서 제1노즐부 근방의 제2노즐부(23)를 통해서 노의 내부에 분출시키는 연소장치(A1∼A3)에 있어서, 제1노즐부를 노의 내부를 향해서 수축시킴과 더불어, 노의 내부 온도에 대응시켜서 연료 안내관에 의한 연료, 1차 공기 안내관에 의한 1차 연소용 공기 및 2차 공기 안내관에 의한 2차 연소용 공기의 양을 제어한다.

Description

연소장치 및 연소장치의 연소 제어 방법{BURNER APPARATUS AND COMBUSTION CONTROL METHOD FOR BURNER APPARATUS}

본 발명은, 연소장치 및 연소장치의 연소 제어 방법에 관한 것이다. 특히, 1차 연소용 공기를 안내하는 1차 공기 안내관과, 이 1차 공기 안내관의 내주측에 설치되어서 연료를 안내하는 연료 안내관과, 상기 1차 공기 안내관에 의해 안내된 1차 연소용 공기와 연료 안내관에 안내된 연료를 연소시키는 1차 연소실과, 이 1차 연소실과 노(爐)의 내부를 연통하는 제1노즐부와, 축열실에서 가열된 2차 연소용 공기를 안내하는 2차 공기 안내관과, 이 2차 공기 안내관에 의해 안내된 2차 연소용 공기를 상기 제1노즐부의 근방에서 노의 내부에 분출시키는 제2노즐부를 가지는 연소장치에 이용했을 경우에, 노의 내부 온도에 대응시켜서 연소 상태를 적절히 제어하고, 저온영역부터 고온영역까지 안정한 연소 성능이 얻어지도록 함과 더불어, 고온영역에서의 NOx의 발생을 억제할 수 있도록 한 점에 특징을 가지는 것이다.

피처리재를 가열 처리하는 가열로 등의 각종 공업로에 있어서는, 종래부터 여러 가지 연소장치가 사용되고 있다.

그리고 최근에는, 특허문헌 1, 2 등에 기재되어 있는 바와 같이, 1차 연소용 공기를 안내하는 1차 공기 안내관과, 이 1차 공기 안내관의 내주측에 설치되어서 연료를 안내하는 연료 안내관을 설치하고, 1차 공기 안내관에 의해 안내된 1차 연소용 공기와 연료 안내관에 의해 안내된 연료를 1차 연소시키도록 함과 더불어, 노의 내부에 있어서의 연소 배기 가스의 열을 축열재에 축열시키는 축열실을 설치하고, 이 축열재에 의해 2차 연소용 공기를 가열시켜, 2차 공기 안내관을 통해서 가열된 2차 연소용 공기를 노 내에 안내하고, 이 2차 연소용 공기와 연료를 노의 내부에서 2차 연소시켜, 연소 후의 연소 배기 가스의 열을 효과적으로 이용하여, 효율적인 연소를 실행하도록 한 것이 제안되어 있다.

여기서, 특허문헌 1에 기재되어 있는 것에 있어서는, 연료 안내관에 1차 화염 노즐과 메인 화염 노즐을 설치하고, 1차 화염 노즐로부터 토출되는 연료와 1차 연소용 공기를 혼합시켜서, 스파크 플러그로 점화함으로써 1차 화염을 형성함과 더불어, 메인 화염 노즐로부터 토출되는 연료와 1차 연소용 공기를 혼합시켜, 상기의 1차 화염으로부터 불이 번지도록 하여 메인 화염을 노의 내부에 형성하고, 또한 축열실에서 가열된 2차 연소용 공기를 상기의 2차 공기 안내관에 의해 안내하고, 이 2차 연소용 공기를 노의 내부에 형성된 상기 메인 화염을 향해서 분출시켜서 메인 확산 화염을 형성하도록 하고 있다.

그러나 특허문헌 1에 기재되어 있는 것에 있어서, 상기 메인 화염만으로 노의 내부를 신속하고 균일하게 가열시키는 것은 곤란하며, 또한 노의 내부 온도가 충분히 상승되어 있지 않아, 연료가 자연 착화하지 않는 상태에서, 상기와 같이 2차 연소용 공기를 메인 화염을 향해서 분출시키면, 연료가 충분히 연소되지 않아, 메인 확산 화염이 적절하게 형성되지 않고, 연소가 불안정해짐과 더불어, 그 배기 가스 중에 미연소 연료성분이 남는 등의 문제가 있었다.

또한, 특허문헌 2에 기재되어 있는 것에 있어서는, 주(主)연소실이 되는 노의 내부에 개구하는 1차 연소실을 설치하고, 이 1차 연소실에 연료를 분출하는 연료 노즐과, 연료 노즐의 주위에 1차 공기를 공급하는 1차 공기 공급로(供給路)와, 1차 연소실의 근방으로부터 주연소실에 가열된 2차 공기를 분사시키는 2차 공기 공급로를 설치하고, 주연소실의 온도가 낮을 때에는, 1차 공기와 2차 공기의 전체량에 대한 1차 공기의 비율을 높게 해서, 분무된 연료를 1차 공기로 둘러싸, 연소가 불완전한 연료가 노벽에 부착되는 것을 방지하고, 특히 1차 연소실의 내벽에 카본이 부착되거나 하는 것을 방지하는 한편, 주연소실의 온도가 높을 때에는, 1차 공기와 2차 공기의 전체량에 대한 1차 공기의 비율을 낮게 하여, NOx의 발생을 저감시키도록 하고 있다.

그러나 특허문헌 2에 기재되어 있는 것에 있어서는, 상기 1차 연소실에서, 연료 노즐로부터 분출되는 연료의 주위에 1차 공기 공급로에 의해 안내된 1차 공기를 공급해서 1차 연소시키기만 하는 것이기 때문에, 주연소실 전체의 온도를 신속하고 균일하게 상승시키는 것은 곤란하며, 주연소실에 온도 불균일이 발생하고, 상기와 같이 2차 공기 공급로를 통해서 1차 연소실 근방으로부터 주연소실에 2차 공기를 분사시켜서 연소시킬 경우에, 온도가 낮은 부분에서는 상기 연료가 충분히 연소되지 않고, 그 배기 가스 중에 연소되지 않은 연료성분이 남기 쉬워져, 연소가 불안정해지는 등의 문제가 있었다.

일본국 특개 2007-24335호 공보 일본국 특개 2010-127525호 공보

본 발명은, 연소장치에 있어서의 상기와 같은 문제를 해결하는 것을 과제로 하는 것이다.

즉, 본 발명에 있어서는, 1차 연소용 공기를 안내하는 1차 공기 안내관과, 이 1차 공기 안내관의 내주측에 설치되어서 연료를 안내하는 연료 안내관과, 상기 1차 공기 안내관에 의해 안내된 1차 연소용 공기와 연료 안내관에 의해 안내된 연료를 연소시키는 1차 연소실과, 이 1차 연소실과 노의 내부를 연통하는 제1노즐부와, 축열실에서 가열된 2차 연소용 공기를 안내하는 2차 공기 안내관과, 이 2차 공기 안내관에 의해 안내된 2차 연소용 공기를 상기 제1노즐부의 근방에서 노의 내부에 분출시키는 제2노즐부를 가지는 연소장치에 이용했을 경우에, 노의 내부 온도에 대응시켜서 연소 상태를 적절히 제어하고, 저온영역부터 고온영역까지 안정한 연소 성능이 얻어지도록 함과 더불어, 고온영역에서의 NOx의 발생을 억제할 수 있도록 하는 것을 과제로 하는 것이다.

본 발명에 관한 연소장치에 있어서는, 상기와 같은 과제를 해결하기 위해서, 1차 연소용 공기를 안내하는 1차 공기 안내관과, 이 1차 공기 안내관의 내주측에 설치되어서 연료를 안내하는 연료 안내관과, 상기 1차 공기 안내관에 의해 안내된 1차 연소용 공기와 연료 안내관에 의해 안내된 연료를 연소시키는 1차 연소실과, 이 1차 연소실과 노의 내부를 연통하는 제1노즐부와, 축열실에서 가열된 2차 연소용 공기를 안내하는 2차 공기 안내관과, 이 2차 공기 안내관에 의해 안내된 2차 연소용 공기를 상기 제1노즐부의 근방에서 노의 내부에 분출시키는 제2노즐부를 가지는 연소장치에 있어서, 상기 1차 공기 안내관에 의한 1차 연소용 공기의 안내를 제어하는 1차 공기 제어수단과, 상기 연료 안내관에 의한 연료의 안내를 제어하는 연료 제어수단과, 상기 2차 공기 안내관에 의한 2차 연소용 공기의 안내를 제어하는 2차 공기 제어수단을 설치함과 더불어, 상기 제1노즐부를 1차 연소실로부터 노의 내부를 향해서 수축시켜, 상기 1차 연소실에서 1차 연소용 공기와 연료를 연소시킨 연소 배기 가스를 상기 제1노즐부를 통해서 고속으로 노의 내부에 분출시키도록 했다.

또한, 본 발명에 관한 연소장치에 있어서는, 상기 연료 안내관에 의해 안내된 연료가 상기 1차 연소실에 안내되기 전에, 상기 연료에 예비 연소용 공기를 혼합시키는 예비 공기 공급수단을 설치함과 더불어, 이 예비 공기 공급수단에 의한 예비 연소용 공기의 공급을 제어하는 예비 공기 제어수단을 설치할 수 있다.

여기서, 예비 공기 공급수단에 있어서는, 예비 연소용 공기를 상기 연료 안내관에 공급하여, 연료와 예비 연소용 공기를 예비 혼합(예(豫)혼합이라고도 불린다)시키도록 하거나, 또는, 상기 연료 안내관과 1차 공기 안내관의 사이에 예비 공기 안내관을 설치하고, 이 예비 공기 안내관에 의해 안내된 예비 연소용 공기를, 1차 연소실에 안내되기 전에 연료 안내관에 의해 안내된 연료와 예비 혼합시키도록 할 수 있다.

그리고 본 발명에 관한 연소장치의 연소 제어 방법에 있어서는,

노의 내부 온도가 낮은 제1온도영역에서, 상기 1차 공기 제어수단에 의해 1차 공기 안내관을 통해서 안내되는 1차 연소용 공기와, 상기 연료 제어수단에 의해 연료 안내관을 통해서 안내되는 연료를 상기 1차 연소실에서 연소시켜서, 이 연소 배기 가스를 상기 제1노즐부를 통해서 고속으로 노의 내부에 분출시키는 제1연소 상태와,

노의 내부 온도가 상기 제1온도영역보다 높아진 제2온도영역에서, 상기 연료 제어수단에 의해 연료 안내관을 통해서 안내되는 연료의 양을 상기 제1연소 상태보다도 증가시킴과 더불어, 상기 2차 공기 제어수단에 의해 상기 2차 공기 안내관을 통해서 안내되는 상기 2차 연소용 공기를 상기 제2노즐부로부터 노의 내부에 분출시켜, 1차 공기 안내관을 통해서 안내되는 1차 연소용 공기와 연료 안내관을 통해서 안내되는 연료를 1차 연소실에서 연소시키고, 이 연소 배기 가스를 상기 제1노즐부를 통해서 고속으로 노의 내부에 분출시킴과 더불어, 노의 내부에서 상기 2차 연소용 공기와 상기 연소 배기 가스에 포함되는 미연소 연료를 연소시키는 제2연소 상태와,

노의 내부 온도가 상기 제2온도영역보다 높아진 제3온도영역에서, 상기 1차 공기 제어수단에 의해 1차 공기 안내관에 의한 1차 연소용 공기의 안내를 정지시킴과 더불어, 상기 2차 공기 제어수단에 의해 상기 2차 공기 안내관을 통해서 상기 제2노즐부로부터 노의 내부에 분출시키는 상기 2차 연소용 공기의 양을 증가시키고, 상기 연료 제어수단에 의해 연료 안내관을 통해서 안내되는 연료의 양을 증가시킨 상태에서, 이 연료를 1차 연소실로부터 상기 제1노즐부를 통해서 노의 내부에 분출시켜, 노의 내부에서 상기 2차 연소용 공기와 연료를 연소시키는 제3연소 상태로 전환하도록 한다.

또한, 상기 연료 안내관에 의해 안내된 연료가 상기 1차 연소실에 안내되기 전에, 상기 연료에 예비 연소용 공기를 혼합시키는 예비 공기 공급수단을 설치함과 더불어, 이 예비 공기 공급수단에 의한 예비 연소용 공기의 공급을 제어하는 예비 공기 제어수단을 설치한 연소장치의 연소 제어 방법에 있어서는, 상기 제1연소 상태 전에, 상기 연료 제어수단에 의해 연료 안내관을 통해서 안내되는 연료의 양을 적게 함과 더불어, 상기 예비 공기 공급수단에 의해, 예비 연소용 공기를 1차 연소실에 안내되기 전의 연료에 예비 연소용 공기를 혼합시켜서 예비 연소시키도록 할 수 있다.

또한, 상기 제1연소 상태를 거치지 않고, 상기 제2연소 상태와 제3연소 상태를 전환하도록 할 수도 있다.

본 발명의 연소장치 및 연소장치의 연소 제어 방법에 있어서는, 노의 내부 온도가 낮은 제1온도영역에서, 상기 1차 공기 제어수단에 의해 1차 공기 안내관을 통해서 안내되는 1차 연소용 공기와, 상기 연료 제어수단에 의해 연료 안내관을 통해서 안내되는 연료를 상기 1차 연소실에서 연소시켜서, 이 연소 배기 가스를 상기 제1노즐부를 통해서 고속으로 노의 내부에 분출시키는 제1연소 상태로 하면, 제1노즐부를 통해서 고속으로 노의 내부에 분출된 고온의 연소 배기 가스에 의한 교반 효과에 의해 노의 내부 전체가 신속하고 균일하게 가열되게 된다.

그리고 노의 내부 온도가 상기 제1온도영역보다 높아진 제2온도영역에서, 상기 연료 제어수단에 의해 연료 안내관을 통해서 안내되는 연료의 양을 상기 제1연소 상태보다 증가시킴과 더불어, 상기 2차 공기 제어수단에 의해 상기 2차 공기 안내관을 통해서 안내되는 상기 2차 연소용 공기를 상기 제2노즐부로부터 노의 내부에 분출시키고, 1차 공기 안내관을 통해서 안내되는 1차 연소용 공기와 연료 안내관을 통해서 안내되는 연료를 1차 연소실에서 연소시켜서, 이 연소 배기 가스를 상기 제1노즐부를 통해서 고속으로 노의 내부에 분출시킴과 더불어, 노의 내부에서 상기 2차 연소용 공기와 상기 연소 배기 가스에 포함되는 미연소 연료를 연소시키는 제2연소 상태로 하면, 노의 내부의 분위기가 교반되어 미연소 연료가 남지 않아, 연소량을 증가시킴과 더불어 연소 효율을 높일 수 있다.

또한, 열교환기나 축열재가 수용된 축열실을 통해서 2차 연소용 공기를 가열시키는 연소장치를 이용했을 경우에는, 열회수 효율도 향상되고, 에너지 절약 효과도 향상된다.

또한, 노의 내부 온도가 상기 제2온도영역보다 높아진 제3온도영역에서, 상기 1차 공기 제어수단에 의해 1차 공기 안내관에 의한 1차 연소용 공기의 안내를 정지시킴과 더불어, 상기 2차 공기 제어수단에 의해 상기 2차 공기 안내관을 통해서 상기 제2노즐부로부터 노의 내부에 분출시키는 상기 2차 연소용 공기의 양을 증가시키고, 상기 연료 제어수단에 의해 연료 안내관을 통해서 안내되는 연료의 양을 증가시킨 상태에서, 이 연료를 1차 연소실로부터 상기 제1노즐부를 통해서 노의 내부에 분출시켜, 노의 내부에서 상기 2차 연소용 공기와 연료를 연소시키는 제3연소 상태로 하면, 노의 내부에 분출된 연료와 가열된 2차 연소용 공기가, 상기와 같이 균일하게 가열된 노의 내부에서 적절히 혼합되어서, 넓은 범위에서 연소되어, 연소 효율을 높일 수 있음과 더불어, 국부적인 연소에 의해 온도가 국부적으로 상승하는 것이 억제되어, NOx가 발생하는 것도 적절히 억제되게 된다.

이 결과, 본 발명의 연소장치 및 연소장치의 연소 제어 방법에 있어서는, 노의 내부 온도에 대응시켜서 연소 상태를 적절히 제어하고, 저온영역부터 고온영역까지 안정한 연소 성능이 얻어짐과 더불어, 고온영역에서의 NOx의 발생도 적절하게 억제할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 제1실시형태에 관한 연소장치를 나타낸 개략 설명도이다.
도 2는 상기의 제1실시형태에 관한 연소장치를 사용하여, 노의 내부 온도가 낮은 제1온도영역일 경우에, 제1연소 상태로 해서 연소시키는 상태를 나타낸 개략 설명도이다.
도 3은 상기의 제1실시형태에 관한 연소장치를 사용하여, 노의 내부 온도가 상기 제1온도영역보다 높아진 제2온도영역일 경우에, 제2연소 상태로 해서 연소시키는 상태를 나타낸 개략 설명도이다.
도 4는 상기의 제1실시형태에 관한 연소장치를 사용하여, 노의 내부 온도가 상기 제2온도영역보다 높아진 제3온도영역일 경우에, 제3연소 상태로 해서 연소시키는 상태를 나타낸 개략 설명도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시형태에 관한 연소장치를 나타내고, 제1연소 상태에 의한 연소를 실행하기 전에, 연료와 예비 연소용 공기를 혼합시켜서 예비 연소시키도록 한 연소장치의 개략 설명도이다.
도 6은 상기의 제2실시형태에 관한 연소장치를 사용하여, 노의 내부 온도가 낮은 제1온도영역에서, 제1연소 상태에 의한 연소를 실행하기 전에, 연료와 예비 연소용 공기를 혼합시켜서 예비 연소시키는 상태를 나타낸 개략 설명도이다.
도 7은 상기의 제2실시형태에 관한 연소장치를 사용하여, 노의 내부 온도가 낮은 제1온도영역일 경우에, 제1연소 상태로 해서 연소시키는 상태를 나타낸 개략 설명도이다.
도 8은 상기의 제2실시형태에 관한 연소장치를 사용하여, 노의 내부 온도가 상기 제1온도영역보다 높아진 제2온도영역일 경우에, 제2연소 상태로 해서 연소시키는 상태를 나타낸 개략 설명도이다.
도 9는 상기의 제2실시형태에 관한 연소장치를 사용하여, 노의 내부 온도가 상기 제2온도영역보다 높아진 제3온도영역일 경우에, 제3연소 상태로 해서 연소시키는 상태를 나타낸 개략 설명도이다.
도 10은 본 발명의 제3실시형태에 관한 연소장치를 나타내고, 제1연소 상태에 의한 연소를 실행하기 전에, 연료와 예비 연소용 공기를 혼합시켜서 예비 연소시키도록 한 연소장치의 개략 설명도이다.
도 11은 상기의 제3실시형태에 관한 연소장치를 사용하여, 노의 내부 온도가 낮은 제1온도영역에서, 제1연소 상태에 의한 연소를 실행하기 전에, 연료와 예비 연소용 공기를 혼합시켜서 예비 연소시키는 상태를 나타낸 개략 설명도이다.
도 12는 상기의 제3실시형태에 관한 연소장치를 사용하여, 노의 내부 온도가 낮은 제1온도영역일 경우에, 제1연소 상태로 해서 연소시키는 상태를 나타낸 개략 설명도이다.
도 13은 상기의 제3실시형태에 관한 연소장치를 사용하여, 노의 내부 온도가 상기 제1온도영역보다 높아진 제2온도영역일 경우에, 제2연소 상태로 해서 연소시키는 상태를 나타낸 개략 설명도이다.
도 14는 상기의 제3실시형태에 관한 연소장치를 사용하여, 노의 내부 온도가 상기 제2온도영역보다 높아진 제3온도영역일 경우에, 제3연소 상태로 해서 연소시키는 상태를 나타낸 개략 설명도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 관한 연소장치 및 연소장치의 연소 제어 방법을 첨부 도면에 근거해서 구체적으로 설명한다. 또한 본 발명에 관한 연소장치 및 연소장치의 연소 제어 방법은, 하기의 실시형태에 나타낸 것에 한정되지 않고, 발명의 요지를 변경하지 않는 범위에서, 적당히 변경해서 실시할 수 있는 것이다.

(제1실시형태)

제1실시형태의 연소장치(A1)에 있어서는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 1차 연소용 공기를 안내하는 1차 공기 안내관(11)의 내주측에, 연료를 안내하는 연료 안내관(12)을 설치함과 더불어, 상기 1차 공기 안내관(11)과 연료 안내관(12)의 선단측에 1차 공기 안내관(11)에 의해 안내된 1차 연소용 공기와 연료 안내관(12)에 의해 안내된 연료를 연소시키는 1차 연소실(13)을 설치하고, 또한 1차 연소용 공기가 1차 연소실(13)에 안내되기 전의 위치에, 상기 1차 공기 안내관(11)과 연료 안내관(12)의 사이에 스태빌라이저(stabilizer)(14)를 설치함과 더불어, 상기 1차 공기 안내관(11) 내를 통해서 상기 1차 연소실(13)에 연장된 스파크 플러그(15)를 설치하고 있다.

그리고 상기 1차 연소실(13)을 제1노즐부(16)에 의해 노(1)의 내부(1a)에 연통시키도록 하고, 이 제1노즐부(16)를 상기 1차 연소실(13)로부터 노(1)의 내부(1a)를 향해서 수축시키고 있다.

또한, 상기 1차 공기 안내관(11)의 양측에, 축열재(21; 21A, 21B)가 수용된 축열실(20; 20A, 20B)을 쌍으로 설치하고, 각 축열실(20; 20A, 20B)에서 가열된 2차 연소용 공기를 안내하는 2차 공기 안내관(22; 22A, 22B)을 설치함과 더불어, 각각의 2차 공기 안내관(22; 22A, 22B)에 의해 안내된 상기 2차 연소용 공기를 노(1)의 내부(1a)에 분출시키는 제2노즐부(23; 23A, 23B)를 상기 제1노즐부(16)의 근방에 설치하고 있다.

그리고 연료 공급장치(30)로부터 연료를 상기 연료 안내관(12)에 안내하는 도중에 연료 조정밸브(연료 제어수단)(31)를 설치하고, 이 연료 조정밸브(31)에 의해 연료 안내관(12)에 안내하는 연료의 양을 조정하도록 하고 있다.

또한, 연소용 공기 공급장치(40)로부터 상기 1차 공기 안내관(11)에 연소용 공기를 안내하는 도중에 1차 공기 조정밸브(1차 공기 제어수단)(41)를 설치하고, 이 1차 연소용 공기 조정밸브(41)에 의해 1차 공기 안내관(11)에 안내하는 1차 연소용 공기의 양을 조정하도록 하고 있다.

또한, 상기 연소용 공기 공급장치(40)로부터 연소용 공기를 각 축열실(20; 20A, 20B)에 안내하는 도중에, 각각 2차 공기 조정밸브(2차 공기 제어수단)(42)(42A, 42B)를 설치하고, 각 2차 공기 조정밸브(42)(42A, 42B)에 의해 각 축열실(20; 20A, 20B)을 통해서 상기 각 2차 공기 안내관(22; 22A, 22B)에 안내하는 2차 연소용 공기의 양을 조정하도록 하고 있다.

또한, 상기 각 축열실(20; 20A, 20B)에서, 노(1)의 내부(1a)의 연소 배기 가스의 열을 상기 축열재(21)에 축열시킨 후, 이 연소 배기 가스를 축열실(20; 20A, 20B)로부터 배출시키는 배기 가스 배출관(24; 24A, 24B)을 설치함과 더불어, 각 배기 가스 배출관(24; 24A, 24B)과 배기장치(50)의 사이에 각각 배기 가스 배출밸브(51; 51A, 51B)를 설치하고, 이 배기 가스 배출밸브(51; 51A, 51B)를 열어, 각 축열실(20; 20A, 20B)로부터 각 배기 가스 배출관(24; 24A, 24B)에 안내된 연소 배기 가스를 배기장치(50)에 의해 배기시키도록 하고 있다.

여기서, 이 제1실시형태의 연소장치(A1)에 있어서, 노(1)의 내부(1a)의 온도가 낮은 제1온도영역에서는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 1차 공기 조정밸브(41)에 의해, 상기 연소용 공기 공급장치(40)로부터 적당량의 1차 연소용 공기를 1차 공기 안내관(11)에 안내함과 더불어, 상기 연료 조정밸브(31)에 의해 연료 공급장치(30)로부터 적당량의 연료를 연료 안내관(12)에 안내하고, 상기 1차 공기 안내관(11)을 통해서 상기 1차 연소실(13)에 안내된 1차 연소용 공기와, 상기 연료 안내관(12)을 통해서 상기 1차 연소실(13)에 안내된 연료를, 이 1차 연소실(13)에서 혼합시킴과 더불어 상기 스파크 플러그(15)에 의해 착화시켜서 연소시키고, 연소에 의해 발생한 연소 배기 가스를 상기 제1노즐부(16)를 통해서 상기 1차 연소실(13)로부터 노(1)의 내부(1a)를 향해서 분출시키도록 한다(제1연소 상태). 또한 도 2∼도 4에 있어서의 각 밸브(31, 41, 42, 51)의 개폐에 대해서는, 열린 상태를 희게 나타내고, 닫힌 상태를 검게 칠하여 나타냈다.

그리고 이러한 제1연소 상태에 의한 연소를 실행하면, 1차 연소실(13)에서 연소되어 팽창한 고온의 연소 배기 가스가, 상기와 같이 노(1)의 내부(1a)를 향해서 수축한 제1노즐부(16)를 통해서 고속으로 노(1)의 내부(1a)에 분출되게 되고, 고속으로 분출된 고온의 연소 배기 가스에 의한 교반 효과에 의해, 노(1)의 내부(1a) 전체가 신속하고 균일하게 가열되게 된다. 또한 「고속」이라 함은, 일반적으로 80m/s 이상을 의미하고, 이러한 상태로 분출하면, 노(1)의 내부의 분위기가 교반되어, 노(1) 내의 온도 분포가 균일해진다.

또한 이 제1연소 상태에서는, 상기 각 2차 공기 조정밸브(42A, 42B)를 닫아, 2차 연소용 공기가 각 축열실(20A, 20B)에 공급되지 않도록 하여, 각 2차 공기 안내관(22A, 22B)으로부터 2차 연소용 공기가 노(1)의 내부(1a)에 분출되지 않도록 함과 더불어, 상기 각 배기 가스 배출밸브(51A, 51B)를 닫아, 상기 배기장치(50)에 의해 노(1)의 내부(1a)의 연소 배기 가스가 각 축열실(20A, 20B) 내에 공급되지 않도록 하여, 연소 배기 가스가 상기 각 배기 가스 배출관(24A, 24B)을 통해서 배기되지 않도록 하고 있다. 또한, 도시하고 있지 않지만, 노(1)의 내부(1a)의 온도가 어느 정도 상승했을 경우에는, 상기 각 배기 가스 배출밸브(51A, 51B)를 열어, 노(1)의 내부(1a)의 연소 배기 가스를 각 축열실(20A, 20B) 내에 안내하여, 각 축열실(20A, 20B)에서의 각 축열재(21A, 21B)에 연소 배기 가스의 열을 축열시키도록 해도 좋다.

이어서, 상기 제1연소 상태의 연소에 의해 노(1)의 내부(1a)의 온도가 상기 제1온도영역보다 높아진 제2온도영역에서는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 제1연소 상태의 경우와 마찬가지로, 1차 공기 안내관(11)을 통해서 1차 연소실(13)에 안내된 1차 연소용 공기와 연료 안내관(12)을 통해서 1차 연소실(13)에 안내된 연료를 1차 연소실(13)에서 혼합시켜서 연소시키고, 연소에 의해 발생한 연소 배기 가스를 제1노즐부(16)를 통해서 노(1)의 내부(1a)를 향해서 분출시키도록 함과 더불어, 상기 연료 조정밸브(31)에 의해 연료 안내관(12)에 안내하는 연료의 양을 상기 제1연소 상태보다도 증가시킨다. 이렇게 연료 안내관(12)에 안내하는 연료의 양을 제1연소 상태보다도 증가시키면, 1차 연소실(13)에서의 연소에 있어서 일부의 연료가 연소되지 않고, 연소 배기 가스와 함께 상기 제1노즐부(16)로부터 노(1)의 내부(1a)에 분출되게 된다.

그리고 이 제2온도영역에서는, 상기 각 2차 공기 조정밸브(42A, 42B) 및 배기 가스 배출밸브(51A, 51B)의 개폐를 제어하고, 도 3에 나타낸 바와 같이, 한쪽 축열실(20A)에서는, 상기 배기 가스 배출밸브(51A)를 닫아, 노(1)의 내부(1a)의 연소 배기 가스가 이 축열실(20A)를 통해서 배기되지 않도록 한 상태에서, 상기 2차 공기 조정밸브(42A)를 열어, 상기 연소용 공기 공급장치(40)로부터 적당량의 2차 연소용 공기를 안내하고, 이 2차 연소용 공기를 축열실(20A) 내의 축열재(21A)에 축열된 열에 의해 가열시켜, 가열된 2차 연소용 공기를 상기 2차 공기 안내관(22A)를 통해서 상기 제2노즐부(23A)로부터, 상기 제1노즐부(16)를 통해서 노(1)의 내부(1a)에 분출된 연소 배기 가스를 향해서 분출시켜, 상기 연소 배기 가스중에 포함되어 있는 미연소 연료를 연소시키는 연소 동작을 실행하도록 한다(제2연소 상태).

또한, 다른 쪽 축열실(20B)에서는, 상기 2차 공기 조정밸브(42B)를 닫아, 2차 연소용 공기가 이 축열실(20B)에 공급되지 않도록 한 상태에서, 상기 배기 가스 배출밸브(51B)를 열어, 상기 배기장치(50)에 의해 노(1)의 내부(1a)의 연소 배기 가스를 이 축열실(20B) 내에 안내하고, 이 축열실(20B) 내의 축열재(21B)에 연소 배기 가스의 열을 축열시킨 후, 이 연소 배기 가스를 상기 배기 가스 배출관(24B)을 통해서 배기시키는 축열 동작을 실행하도록 한다.

그 후, 상기 각 2차 공기 조정밸브(42A, 42B) 및 배기 가스 배출밸브(51A, 51B)의 개폐를 전환하고, 노(1)의 내부(1a)의 연소 배기 가스가 다른 쪽 축열실(20B)을 통해서 배기되지 않도록 한 상태에서, 다른 쪽 축열실(20B)에, 상기 2차 공기 조정밸브(42B)를 통하여 상기 연소용 공기 공급장치(40)로부터 적당량의 2차 연소용 공기를 안내하고, 이 2차 연소용 공기를 축열실(20B) 내의 축열재(21B)에 축열된 열에 의해 가열시켜, 가열된 2차 연소용 공기를 상기 2차 공기 안내관(22B)을 통해서 상기 제2노즐부(23B)로부터, 상기 제1노즐부(16)를 통해서 노(1)의 내부(1a)에 분출된 연소 배기 가스를 향해서 분출시켜, 상기 연소 배기 가스중에 포함되어 있는 미연소 연료를 연소시키는 연소 동작을 실행하도록 한다(제2연소 상태).

또한, 한쪽 축열실(20A)에서는, 상기 2차 공기 조정밸브(42A)를 닫아, 2차 연소용 공기가 이 축열실(20A)에 공급되지 않도록 한 상태에서, 상기 배기 가스 배출밸브(51A)를 열어, 상기 배기장치(50)에 의해 노(1)의 내부(1a)의 연소 배기 가스를 이 축열실(20A) 내에 안내하고, 이 축열실(20A) 내의 축열재(21A)에 연소 배기 가스의 열을 축열시킨 후, 이 연소 배기 가스를 상기 배기 가스 배출관(24A)을 통해서 배기시키는 축열 동작을 실행하도록 한다.

그리고 상기 각 2차 공기 조정밸브(42A, 42B) 및 배기 가스 배출밸브(51A, 51B)의 개폐를 번갈아 전환하여, 상기 각 축열실(20A, 20B)에서 상기 연소 동작과 축열 동작을 번갈아 전환해서 실행하도록 한다.

여기서, 상기와 같은 제2연소 상태에 의한 연소를 실행하면, 상기 연소 배기 가스중에 포함되어 있는 미연소 연료가 확실하게 연소됨과 더불어, 연소량이 증가하고, 또한 노(1)의 내부(1a)의 연소 배기 가스의 열이 효율적으로 축열되어서, 전체의 열효율을 향상시킬 수 있다.

그리고 상기 제2연소 상태의 연소에 의해 노(1)의 내부(1a)의 온도가 상기 제2온도영역보다 높아진 제3온도영역, 예를 들면, 연료가 자연 착화하는 온도가 되었을 경우에는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 1차 공기 조정밸브(41)를 닫아, 상기 연소용 공기 공급장치(40)로부터 1차 공기 안내관(11)에 1차 연소용 공기를 공급하지 않도록 하고, 연료 안내관(12)을 통해서 1차 연소실(13)에 안내된 연료를, 그대로 상기 제1노즐부(16)를 통해서 노(1)의 내부(1a)를 향해서 분출시키도록 함과 더불어, 상기 각 2차 공기 조정밸브(42A, 42B)를 조정하여, 상기 연소용 공기 공급장치(40)로부터 각 축열실(20A, 20B)에 공급하는 2차 연소용 공기의 양을 증가시킴과 더불어, 상기와 같이 각 2차 공기 조정밸브(42A, 42B) 및 배기 가스 배출밸브(51A, 51B)의 개폐를 제어시키도록 한다.

그리고 도 4에 나타낸 바와 같이, 한쪽 축열실(20A)에서는, 상기 배기 가스 배출밸브(51A)를 닫아, 노(1)의 내부(1a)의 연소 배기 가스가 이 축열실(20A)을 통해서 배기되지 않도록 한 상태에서, 상기 2차 공기 조정밸브(42A)를 열어, 상기 연소용 공기 공급장치(40)로부터 증가된 2차 연소용 공기를 안내하고, 이 2차 연소용 공기를 축열실(20A) 내의 축열재(21A)에 축열된 열에 의해 가열시키고, 가열된 2차 연소용 공기를 상기 2차 공기 안내관(22A)을 통해서 상기 제2노즐부(23A)로부터 상기 제1노즐부(16)를 통해서 노(1)의 내부(1a)에 분출된 연료를 향해서 분출시켜, 가열된 2차 연소용 공기와 상기 연료를 노(1)의 내부(1a)에서 혼합시켜서 연소시키는 연소 동작을 실행하도록 한다(제3연소 상태).

그리고 상기 경우와 마찬가지로, 각 2차 공기 조정밸브(42A, 42B) 및 배기 가스 배출밸브(51A, 51B)의 개폐를 번갈아 전환하여, 상기 각 축열실(20A, 20B)에서, 상기 연소 동작과 축열 동작을 번갈아 전환해서 실행하도록 한다.

여기서, 상기와 같은 제3연소 상태에 의한 연소를 실행하면, 상기와 같이 노(1)의 내부(1a)에 분출된 연료가 상기와 같이 가열된 2차 연소용 공기와 자연 착화하는 온도 이상으로 가열된 노(1)의 내부(1a)에서 적절히 혼합되어서 넓은 범위에서 연소되게 되어, 연소 효율을 높일 수 있음과 더불어, 국부적인 연소에 의해 온도가 국부적으로 상승하는 것이 억제되어, NOx가 발생하는 것도 적절히 방지되게 된다.

이 결과, 이 제1실시형태의 연소장치(A1)에 있어서는, 노(1)의 내부(1a) 온도에 대응시켜서 연소 상태를 적절히 제어하여, 저온영역부터 고온영역까지 안정한 연소 성능이 얻어짐과 더불어, 고온영역에서의 NOx의 발생도 적절히 억제할 수 있게 된다.

(제2실시형태)

제2실시형태의 연소장치(A2)에 있어서는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 도 1에 나타낸 제1실시형태의 연소장치(A1)에 있어서의 상기 연료 공급장치(30)로부터 연료 조정밸브(31)를 통해서 상기 연료 안내관(12)에 연료를 공급하기 전에, 상기 연료에 대하여 연소용 공기 공급장치(40)로부터 예비 연소용 공기를 공급하는 예비 공기 공급경로(예비 공기 공급수단)(43)를 설치함과 더불어, 이 예비 공기 공급경로(43)에 예비 연소용 공기의 공급을 제어하는 예비 공기 조정밸브(예비 공기 제어수단)(44)를 설치하고, 상기 스파크 플러그(15)를 상기 연료 안내관(12) 내에 설치하도록 하고, 그 외에는 도 1에 나타낸 제1실시형태의 연소장치(A1)와 마찬가지로 구성하고 있다. 또한 도 6∼도 9에 있어서의 각 밸브(31, 41, 42, 44, 51)의 개폐에 대해서는, 제1실시형태의 경우와 마찬가지로, 열린 상태를 희게 나타내고, 닫힌 상태를 검게 칠하여 나타냈다.

여기서, 이 제2실시형태의 연소장치(A2)에 있어서는, 노(1)의 내부(1a)의 온도가 낮은 제1온도영역에서, 상기 제1연소 상태에 의한 연소를 실행하기 전에, 도 6에 나타낸 바와 같이, 상기 1차 공기 조정밸브(41)를 닫아, 상기 연소용 공기 공급장치(40)로부터 1차 공기 안내관(11)에 1차 연소용 공기가 공급되지 않도록 한 상태에서, 상기 연료 조정밸브(31)에 의해 연료 공급장치(30)로부터 소량의 연료를 연료 안내관(12)에 안내함과 더불어, 상기 예비 공기 조정밸브(44)를 열어, 연소용 공기 공급장치(40)로부터 예비 공기 공급경로(43)를 통해서 소량의 예비 연소용 공기를 연료 안내관(12)에 안내되는 연료에 공급하고, 상기 연료 안내관(12) 내에서 연료와 예비 연소용 공기를 예비 혼합(예(豫)혼합)시킨다.

그리고 이렇게 예비 혼합된 연료와 예비 연소용 공기를 연료 안내관(12)으로부터 1차 연소실(13)에 분출시킴과 더불어, 연료 안내관(12)의 내부에 설치된 상기 스파크 플러그(15)에 의해 착화시켜서, 예비 혼합된 연료와 예비 연소용 공기를 예비 연소시키고, 예비 연소에 의해 발생한 연소 배기 가스를 상기 제1노즐부(16)를 통해서 상기 1차 연소실(13)로부터 노(1)의 내부(1a)를 향해서 분출시키도록 한다. 이렇게 하면, 상기 예비 연소에 의해 상기 1차 연소실(13)이나 노(1)의 내부(1a)가 예비 가열되게 된다(예비 가열 연소 상태라고 한다). 또한 이 예비 가열 연소 상태는 상기 제1실시형태에서도 도 2에 있어서의 1차 연소용 공기와 연료를 소량으로 함으로써 가능하게 된다.

그 후에는, 노(1)의 내부(1a)의 온도가 낮은 제1온도영역에서, 도 7에 나타낸 바와 같이, 상기 1차 공기 조정밸브(41)를 열어서 적당량의 1차 연소용 공기를 1차 공기 안내관(11)에 안내함과 더불어, 상기 연료 조정밸브(31)를 통해서 연료 안내관(12)에 안내하는 연료의 양을 예비 연소시보다 증가시켜, 상기 제1실시형태의 연소장치(A1)의 경우와 마찬가지로, 상기 1차 공기 안내관(11)을 통해서 1차 연소실(13)에 안내된 1차 연소용 공기와, 연료 안내관(12)을 통해서 1차 연소실(13)에 안내된 연료를, 1차 연소실(13)에서 혼합시켜서 연소시키고, 연소에 의해 발생한 연소 배기 가스를 상기 제1노즐부(16)를 통해서 상기 1차 연소실(13)로부터 노(1)의 내부(1a)를 향해서 분출시키도록 함(제1연소 상태)과 더불어, 상기 예비 공기 조정밸브(44)를 닫아, 연료 안내관(12)에 안내되는 연료에 예비 연소용 공기가 공급되지 않도록 한다.

또한, 이 제1연소 상태의 연소에 의해 노(1)의 내부(1a)의 온도가 상기 제1온도영역보다 높아진 제2온도영역에서는, 상기 제1실시형태의 연소장치(A1)의 경우와 마찬가지로, 상기 제1연소 상태의 경우보다도 연료 안내관(12)에 안내하는 연료의 양을 증가시킴과 더불어, 상기 제1실시형태의 연소장치(A1)의 경우와 마찬가지로, 각 2차 공기 조정밸브(42A, 42B) 및 배기 가스 배출밸브(51A, 51B)의 개폐를 제어시키도록 한다.

그리고 도 8에 나타낸 바와 같이, 한쪽 축열실(20A)에서는, 상기 배기 가스 배출밸브(51A)를 닫아, 노(1)의 내부(1a)의 연소 배기 가스가 이 축열실(20A)을 통해서 배기되지 않도록 한 상태에서, 상기 2차 공기 조정밸브(42A)를 열어, 상기 연소용 공기 공급장치(40)로부터 적당량의 2차 연소용 공기를 안내하고, 이 2차 연소용 공기를 축열실(20A) 내의 축열재(21A)에 축열된 열에 의해 가열시켜, 가열된 2차 연소용 공기를 상기 2차 공기 안내관(22A)을 통해서 상기 제2노즐부(23A)로부터 상기 제1노즐부(16)를 통해서 노(1)의 내부(1a)에 분출된 연소 배기 가스를 향해서 분출시켜, 상기 연소 배기 가스중에 포함되어 있는 미연소 연료를 연소시키는 연소 동작을 실행하도록 한다(제2연소 상태).

또한, 상기 제2연소 상태의 연소에 의해 노(1)의 내부(1a)의 온도가 상기 제2온도영역보다 높아져서 연료가 자연 착화하는 제3온도영역에서는, 상기 제1실시형태의 연소장치(A1)의 경우와 마찬가지로, 도 9에 나타낸 바와 같이, 상기 1차 공기 조정밸브(41)를 닫아, 상기 연소용 공기 공급장치(40)로부터 1차 공기 안내관(11)에 1차 연소용 공기가 공급되지 않도록 하고, 연료 안내관(12)을 통해서 1차 연소실(13)에 안내된 연료를 그대로 상기 제1노즐부(16)를 통해서 노(1)의 내부(1a)를 향해서 분출시키도록 함과 더불어, 상기 각 2차 공기 조정밸브(42A, 42B)를 조정하여, 상기 연소용 공기 공급장치(40)로부터 각 축열실(20A, 20B)에 공급하는 2차 연소용 공기의 양을 증가시킴과 더불어, 상기 제1실시형태의 연소장치(A1)의 경우와 마찬가지로 각 2차 공기 조정밸브(42A, 42B) 및 배기 가스 배출밸브(51A, 51B)의 개폐를 제어시키도록 한다.

그리고 도 9에 나타낸 바와 같이, 한쪽 축열실(20A)에서는, 상기 배기 가스 배출밸브(51A)를 닫아, 노(1)의 내부(1a)의 연소 배기 가스가 이 축열실(20A)을 통해서 배기되지 않도록 한 상태에서, 상기 2차 공기 조정밸브(42A)를 열어, 상기 연소용 공기 공급장치(40)로부터 증가된 2차 연소용 공기를 안내하고, 이 2차 연소용 공기를 축열실(20A) 내의 축열재(21A)에 축열된 열에 의해 가열시켜, 가열된 2차 연소용 공기를 상기 2차 공기 안내관(22A)을 통해서 상기 제2노즐부(23A)로부터 상기 제1노즐부(16)를 통해서 노(1)의 내부(1a)에 분출된 연료를 향해서 분출시켜, 가열된 2차 연소용 공기와 상기 연료를 노(1)의 내부(1a)에서 혼합시켜서 연소시키는 연소 동작을 실행하도록 한다(제3연소 상태).

그리고 상기 경우와 마찬가지로, 각 2차 공기 조정밸브(42A, 42B) 및 배기 가스 배출밸브(51A, 51B)의 개폐를 번갈아 전환하여, 상기 각 축열실(20A, 20B)에서 상기 연소 동작과 축열 동작을 번갈아 전환해서 실행하도록 한다.

이렇게 하면, 이 제2실시형태의 연소장치(A2)에 있어서도, 상기 제1실시형태의 연소장치(A1)와 마찬가지로 노(1)의 내부(1a) 온도에 대응시켜서 연소 상태를 적절히 제어하고, 저온영역부터 고온영역까지 안정한 연소 성능이 얻어짐과 더불어, 고온영역에서의 NOx의 발생도 적절히 억제할 수 있게 된다.

(제3실시형태)

제3실시형태의 연소장치(A3)에 있어서는, 도 10에 나타낸 바와 같이, 도 1에 나타낸 제1실시형태의 연소장치(A1)에 있어서의 연료 안내관(12)과 1차 공기 안내관(11)의 사이에, 연료 안내관(12)보다도 길어진 예비 공기 안내관(예비 공기 공급수단)(17)을 설치하고, 이 예비 공기 안내관(17)의 내부에 연료와 예비 연소용 공기를 혼합시키는 예비 혼합부(17a)를 형성함과 더불어, 이 예비 공기 안내관(17)에 상기 연소용 공기 공급장치(40)로부터 예비 연소용 공기를 공급하는 예비 공기 공급경로(예비 공기 공급수단)(43)를 설치하고, 이 예비 공기 공급경로(43)에 예비 연소용 공기의 공급을 제어하는 예비 공기 조정밸브(예비 공기 제어수단)(44)를 설치하도록 하고 있고, 그 외에는 도 1에 나타낸 제1실시형태의 연소장치(A1)와 마찬가지로 구성하고 있다. 또한, 도 11∼도 14에 있어서의 각 밸브(31, 41, 42, 44, 51)의 개폐에 대해서는, 제1실시형태, 제2실시형태의 경우와 마찬가지로 열린 상태를 희게 나타내고, 닫힌 상태를 검게 칠하여 나타냈다.

그리고 이 제3실시형태의 연소장치(A3)에 있어서는, 노(1)의 내부(1a)의 온도가 낮은 제1온도영역에서, 상기 제1연소 상태에 의한 연소를 실행하기 전에, 도 11에 나타낸 바와 같이, 상기 1차 공기 조정밸브(41)를 닫아, 상기 연소용 공기 공급장치(40)로부터 1차 공기 안내관(11)에 1차 연소용 공기가 공급되지 않도록 한 상태에서, 상기 연료 조정밸브(31)에 의해 연료 공급장치(30)로부터 소량의 연료를 연료 안내관(12)에 안내함과 더불어, 상기 예비 공기 조정밸브(44)를 열어, 연소용 공기 공급장치(40)로부터 예비 공기 공급경로(43)를 통해서, 소량의 예비 연소용 공기를 상기 예비 공기 안내관(17)에 공급하고, 이 예비 공기 안내관(17) 내를 통해서 안내된 예비 연소용 공기를 상기 예비 혼합부(17a)에서 상기 연료 안내관(12) 내를 통해서 안내된 연료와 혼합시킨다.

또한, 이렇게 혼합된 연료와 예비 연소용 공기를, 예비 공기 안내관(17)으로부터 1차 연소실(13)에 분출시킴과 더불어 상기 스파크 플러그(15)에 의해 착화시켜, 예비 혼합된 연료와 예비 연소용 공기를 예비 연소시키고, 예비 연소에 의해 발생한 연소 배기 가스를 상기 제1노즐부(16)를 통해서 상기 1차 연소실(13)로부터 노(1)의 내부(1a)를 향해서 분출시키도록 한다. 이렇게 하면, 상기 예비 연소에 의해 상기 1차 연소실(13)이나 노(1)의 내부(1a)가 예비 가열되게 된다(예비 가열 연소 상태).

그 후에는, 노(1)의 내부(1a)의 온도가 낮은 제1온도영역에서, 도 12에 나타낸 바와 같이, 상기 1차 공기 조정밸브(41)를 열어서 적당량의 1차 연소용 공기를 1차 공기 안내관(11)에 안내함과 더불어, 상기 연료 조정밸브(31)를 통해서 연료 안내관(12)에 안내하는 연료의 양을 예비 연소시보다 증가시켜, 상기 제1실시형태, 제2실시형태의 연소장치(A1, A2)의 경우와 마찬가지로 상기 1차 공기 안내관(11)을 통해서 1차 연소실(13)에 안내된 1차 연소용 공기와, 연료 안내관(12)을 통해서 1차 연소실(13)에 안내된 연료를, 1차 연소실(13)에서 혼합시켜서 연소시키고, 연소에 의해 발생한 연소 배기 가스를 상기 제1노즐부(16)를 통해서 상기 1차 연소실(13)로부터 노(1)의 내부(1a)를 향해서 분출시키도록 함(제1연소 상태)과 더불어, 상기 예비 공기 조정밸브(44)를 닫아, 예비 연소용 공기가 예비 공기 안내관(17)에 공급되지 않도록 한다.

또한, 이 제1연소 상태의 연소에 의해 노(1)의 내부(1a)의 온도가 상기 제1온도영역보다 높아진 제2온도영역에서는, 상기 제1실시형태, 제2실시형태의 연소장치(A1, A2)의 경우와 마찬가지로, 상기 제1연소 상태의 경우보다도 연료 안내관(12)에 안내하는 연료의 양을 증가시킴과 더불어, 각 2차 공기 조정밸브(42A, 42B) 및 배기 가스 배출밸브(51A, 51B)의 개폐를 제어시키도록 한다.

그리고 도 13에 나타낸 바와 같이, 한쪽 축열실(20A)에서는, 상기 배기 가스 배출밸브(51A)를 닫아, 노(1)의 내부(1a)의 연소 배기 가스가 이 축열실(20A)을 통해서 배기되지 않도록 한 상태에서, 상기 2차 공기 조정밸브(42A)를 열어, 상기 연소용 공기 공급장치(40)로부터 적당량의 2차 연소용 공기를 안내하고, 이 2차 연소용 공기를 축열실(20A) 내의 축열재(21A)에 축열된 열에 의해 가열시켜, 가열된 2차 연소용 공기를 상기 2차 공기 안내관(22A)을 통해서 상기 제2노즐부(23A)로부터 상기 제1노즐부(16)를 통해서 노(1)의 내부(1a)에 분출된 연소 배기 가스를 향해서 분출시켜, 상기 연소 배기 가스중에 포함되어 있는 미연소 연료를 연소시키는 연소 동작을 실행하도록 한다(제2연소 상태).

그리고 상기 경우와 마찬가지로, 각 2차 공기 조정밸브(42A, 42B) 및 배기 가스 배출밸브(51A, 51B)의 개폐를 번갈아 전환하여, 상기 각 축열실(20A, 20B)에 서 상기 연소 동작과 축열 동작을 번갈아 전환해서 실행하도록 한다.

또한, 상기 제2연소 상태의 연소에 의해, 노(1)의 내부(1a)의 온도가 상기 제2온도영역보다 높아져서 연료가 자연 착화하는 제3온도영역에서는, 상기 제1실시형태, 제2실시형태의 연소장치(A1, A2)와 마찬가지로, 도 14에 나타낸 바와 같이, 상기 1차 공기 조정밸브(41)를 닫아, 상기 연소용 공기 공급장치(40)로부터 1차 공기 안내관(11)에 1차 연소용 공기가 공급되지 않도록 하고, 연료 안내관(12)을 통해서 1차 연소실(13)에 안내된 연료를, 그대로 상기 제1노즐부(16)를 통해서 노(1)의 내부(1a)를 향해서 분출시키도록 함과 더불어, 상기 각 2차 공기 조정밸브(42A, 42B)를 조정하여, 상기 연소용 공기 공급장치(40)로부터 각 축열실(20A, 20B)에 공급하는 2차 연소용 공기의 양을 증가시킴과 더불어, 상기 제1실시형태의 연소장치(A1)의 경우와 마찬가지로, 각 2차 공기 조정밸브(42A, 42B) 및 배기 가스 배출밸브(51A, 51B)의 개폐를 제어시키도록 한다.

그리고 도 14에 나타낸 바와 같이, 한쪽 축열실(20A)에서는, 상기 배기 가스 배출밸브(51A)를 닫아, 노(1)의 내부(1a)의 연소 배기 가스가 이 축열실(20A)을 통해서 배기되지 않도록 한 상태에서, 상기 2차 공기 조정밸브(42A)를 열어, 상기 연소용 공기 공급장치(40)로부터 증가된 2차 연소용 공기를 안내하고, 이 2차 연소용 공기를 축열실(20A) 내의 축열재(21A)에 축열된 열에 의해 가열시켜, 가열된 2차 연소용 공기를 상기 2차 공기 안내관(22A)을 통해서 상기 제2노즐부(23A)로부터 상기 제1노즐부(16)를 통해서 노(1)의 내부(1a)에 분출된 연료를 향해서 분출시켜, 가열된 2차 연소용 공기와 상기 연료를 노(1)의 내부(1a)에서 혼합시켜서 연소시키는 연소 동작을 실행하도록 한다(제3연소 상태).

이렇게 하면, 이 제3실시형태의 연소장치(A3)에 있어서도, 상기 제1실시형태, 제2실시형태의 연소장치(A1, A2)와 마찬가지로, 노(1)의 내부(1a) 온도에 대응시켜서 연소 상태를 적절히 제어하고, 저온영역으로부터 고온영역까지 안정한 연소 성능을 얻을 수 있음과 더불어, 고온영역에서의 NOx의 발생도 적절히 억제할 수 있게 된다.

이상과 같이, 본 발명에서는, 4개의 연소 상태(예비 가열 연소 상태, 제1연소 상태, 제2연소 상태, 제3연소 상태)가 1대의 연소장치로 가능하게 되고, 이들을 상황에 따라서 제어함으로써, 종래의 연소장치보다도 폭넓은 온도영역에서 이용할 수 있는, 큰 효과를 발휘하는 것이다.

1: 노, 1a: 내부
11: 1차 공기 안내관
12: 연료 안내관
13: 1차 연소실
14: 스태빌라이저(stabilizer)
15: 스파크 플러그
16: 제1노즐부
17: 예비 공기 안내관, 17a: 예비 혼합부
20(20A, 20B): 축열실
21(21A, 21B): 축열재
22(22A, 22B): 2차 공기 안내관
23(23A, 23B): 제2노즐부
24(24A, 24B): 배기 가스 배출관
30: 연료 공급장치
31: 연료 조정밸브
40: 연소용 공기 공급장치
41: 1차 공기 조정밸브(1차 공기 제어수단)
42(42A, 42B): 2차 공기 조정밸브(2차 공기 제어수단)
43: 예비 공기 공급경로(예비 공기 공급수단)
44: 예비 공기 조정밸브(예비 공기 제어수단)
50: 배기장치
51(51A, 51B): 배기 가스 배출밸브
A1∼A3: 연소장치

Claims

1차 연소용 공기를 안내하는 1차 공기 안내관과, 상기 1차 공기 안내관의 내주측에 설치되어서 연료를 안내하는 연료 안내관과, 상기 1차 공기 안내관에 의해 안내된 1차 연소용 공기와 연료 안내관에 의해 안내된 연료를 연소시키는 1차 연소실과, 상기 1차 연소실과 노의 내부를 연통하는 제1노즐부와, 축열실에서 가열된 2차 연소용 공기를 안내하는 2차 공기 안내관과, 상기 2차 공기 안내관에 의해 안내된 2차 연소용 공기를 상기 제1노즐부의 근방에서 노의 내부에 분출시키는 제2노즐부를 가지는 연소장치에 있어서,
상기 1차 공기 안내관에 의한 1차 연소용 공기의 안내를 제어하는 1차 공기 제어수단과, 상기 연료 안내관에 의한 연료의 안내를 제어하는 연료 제어수단과, 상기 2차 공기 안내관에 의한 2차 연소용 공기의 안내를 제어하는 2차 공기 제어수단을 설치함과 더불어,
상기 제1노즐부를 1차 연소실로부터 노의 내부를 향해서 수축시켜, 상기 1차 연소실에서 1차 연소용 공기와 연료를 연소시킨 연소 배기 가스를, 상기 제1노즐부를 통해서 고속으로 노의 내부에 분출시키는 연소장치를 이용하고,
노의 내부 온도가 낮은 제1온도영역에서, 상기 1차 공기 제어수단에 의해 1차 공기 안내관을 통해서 안내되는 1차 연소용 공기와, 상기 연료 제어수단에 의해 연료 안내관을 통해서 안내되는 연료를 상기 1차 연소실에서 연소시키고, 이 연소 배기 가스를 상기 제1노즐부를 통해서 고속으로 노의 내부에 분출시키는 제1연소 상태와,
노의 내부 온도가 상기 제1온도영역보다 높아진 제2온도영역에서, 상기 연료 제어수단에 의해 연료 안내관을 통해서 안내되는 연료의 양을 상기 제1연소 상태보다 증가시킴과 더불어, 상기 2차 공기 제어수단에 의해 상기 2차 공기 안내관을 통해서 안내되는 상기 2차 연소용 공기를 상기 제2노즐부로부터 노의 내부에 분출시켜, 1차 공기 안내관을 통해서 안내되는 1차 연소용 공기와 연료 안내관을 통해서 안내되는 연료를 1차 연소실에서 연소시키고, 이 연소 배기 가스를 상기 제1노즐부를 통해서 고속으로 노의 내부에 분출시킴과 더불어, 노의 내부에서 상기 2차 연소용 공기와 상기 연소 배기 가스에 포함되는 미연소 연료를 연소시키는 제2연소 상태와,
노의 내부 온도가 상기 제2온도영역보다 높아진 제3온도영역에서, 상기 1차 공기 제어수단에 의해 1차 공기 안내관에 의한 1차 연소용 공기의 안내를 정지시킴과 더불어, 상기 2차 공기 제어수단에 의해 상기 2차 공기 안내관을 통해서 상기 제2노즐부로부터 노의 내부에 분출시키는 상기 2차 연소용 공기의 양을 증가시키고, 상기 연료 제어수단에 의해 연료 안내관을 통해서 안내되는 연료의 양을 증가시킨 상태에서, 이 연료를 1차 연소실로부터 상기 제1노즐부를 통해서 노의 내부에 분출시켜, 노의 내부에서 상기 2차 연소용 공기와 연료를 연소시키는 제3연소 상태로 전환하는 연소장치의 연소 제어 방법.

청구항 1에 있어서,
상기 연료 안내관에 의해 안내되는 연료가 상기 1차 연소실에 안내되기 전에, 상기 연료에 예비 연소용 공기를 혼합시키는 예비 공기 공급수단을 설치함과 더불어, 상기 예비 공기 공급수단에 의한 예비 연소용 공기의 공급을 제어하는 예비 공기 제어수단을 설치한 연소장치의 연소 제어 방법.

청구항 2에 있어서,
상기 예비 공기 공급수단은, 예비 연소용 공기를 상기 연료 안내관에 공급하여, 연료와 예비 연소용 공기를 연료 안내관 내에서 예비 혼합시키는 연소장치의 연소 제어 방법.

청구항 2에 있어서,
상기 예비 공기 공급수단으로서, 상기 연료 안내관과 1차 공기 안내관의 사이에 예비 공기 안내관을 설치하고, 상기 예비 공기 안내관에 의해 안내된 예비 연소용 공기를 1차 연소실에 안내되기 전에 연료 안내관에 의해 안내된 연료와 예비 혼합시키는 연소장치의 연소 제어 방법.

청구항 2 내지 4의 어느 1항에 있어서,
상기 제1연소 상태 전에, 상기 연료 제어수단에 의해 연료 안내관을 통해서 안내되는 연료의 양을, 상기 제1연소 상태에서 상기 연료 안내관을 통해서 안내되는 연료의 양보다 적게 함과 더불어, 상기 예비 공기 공급수단에 의해 예비 연소용 공기를 1차 연소실에 안내되기 전의 연료에 혼합시켜서 예비 연소시키는 연소장치의 연소 제어 방법.

청구항 2 내지 4의 어느 1항에 있어서,
상기 제1연소 상태 후에, 제2연소 상태와 제3연소 상태의 전환만을 실행하는 연소장치의 연소 제어 방법.

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