KR101587744B1 - 분무 노즐, 분무 노즐을 구비한 버너 및 버너를 구비한 연소 장치 - Google Patents

Abstract

액체 연료를 분무용 매체를 이용하여 분무시켜 연소시키는 분무 노즐(1)에 있어서, 분무 노즐에 분무 유체(2)와 분무용 매체(3)를 제1 합류부(91)에서 합류시켜 혼합 유체(8)를 형성하고, 이 혼합 유체(8)는 혼합 유체 유로(9, 10)를 통해, 출구 구멍(11) 근방의 제2 합류부(92)에서 대향한 혼합 유체(8)의 흐름이 충돌하여 출구 구멍(11)으로부터 분출된다. 출구 구멍(11) 근방의 혼합 유체 유로(9, 10)의 유로 단면적을 좁아지도록 형성하여, 혼합 유체(8)의 유속을 빠르게 하여 충돌에 의한 혼합 유체(8)의 분무의 미립화를 촉진한다.
이 분무 노즐에 따르면, 연소 반응이 진행되어, 연소 장치 출구에서의 미연소분이나 매진, 일산화탄소가 저감되어, 연소 효율을 높게 할 수 있다. 또한 연소 반응을 빠르게 진행시킴으로써, 산소의 소비가 진행되어, 질소산화물의 발생을 억제할 수 있다.

Description

분무 노즐, 분무 노즐을 구비한 버너 및 버너를 구비한 연소 장치{ATOMIZING NOZZLE, BURNER WITH ATOMIZING NOZZLE, AND COMBUSTION APPARATUS WITH BURNER}

본 발명은 분무 유체(액체)를 분무용 매체(기체)를 이용하여 미립화하는 2유체 분무 노즐에 관한 것으로, 특히, 액체 연료의 분무 유체를 분무용 매체를 이용하여 미립화시키는 분무 노즐과, 분무 노즐을 구비한 버너 및 버너를 구비한 연소 장치에 관한 것이다.

발전용 보일러와 같이 고출력, 고부하의 연소 장치에서는 연료를 연소 장치에 설치한 화로 공간(이하, 화로라고 기재함)에 수평 방향으로 분무하여 연소시키는 부유 연소 방식이 많이 채용된다.

액체 연료를 연소시키는 경우, 분무 노즐에 의해 연료를 분무용 매체로 미립화하여 화로 내에 부유시켜 연소시킨다.

이 분무 노즐은 액체 연료를 주연료로 하는 연소 장치에서 사용되는 것 외에, 미분탄의 고체 연료를 주연료로서 사용하는 연소 장치에 있어서도, 연소 장치의 기동이나 조연용 액체 연료를 연소시키기 위해 설치되는 경우가 많다.

액체 연료의 연소에서는 주로 하기의 3항목이 요구된다.

(1) 높은 연소 효율

(2) 매진, 일산화탄소나 질소산화물로 대표되는 연소 배출물의 저감

(3) 연소 장치의 대형화에 수반하는 분무 노즐의 대용량화

상기 (1), (2)의 요구에 대해서는, 연소용 공기량의 조정과 액체 연료의 분무의 미립화가 바람직하다.

연소용 공기량의 조정에 관해서는, 연소 효율을 높이기 위해 공기량을 줄이고, 연소 후의 배기 가스와 함께 배출되는 현열을 줄이는 것이 바람직하다.

그러나, 공기량이 줄면 불완전 연소되어, 매진이나 일산화탄소가 발생하기 쉬워진다. 이로 인해, 공기량은 액체 연료의 연소에 필요한 이론 공기량에 대해 5％ 이상의 잉여 공기량을 부여하는 것이 일반적이고, 그것이, 연소 공학 핸드북, 일본 기계 학회, 167-169페이지, 272페이지(비특허문헌 1)에 기재되어 있다.

액체 연료의 분무의 미립화에 관해서는, 액체 연료의 미립화에 의해 연소 반응이 빨라져, 연소용 공기량이 적은 경우라도, 매진이나 일산화탄소가 발생하기 어려워진다. 또한, 연소 반응이 빨라짐으로써, 고온에서 높은 산소 농도의 분위기가 형성되기 어려워져, 질소산화물도 발생하기 어려워진다.

이로 인해, 연소 장치의 버너에 이용되는 분무 노즐에서는 액체 연료의 미립화와 연소 장치의 대용량화의 양립이 필요해진다.

일반적으로, 대용량의 보일러나 가열로와 같은 연소 장치에서는, 버너의 분무 노즐로서 액체 연료를 미세화하기 위해 공기나 증기 등의 분무용 매체와 혼합하여 분무하는 내부 혼합식 2유체 분무 노즐(이하, 종래 분무 노즐이라고 기재함)이 이용되는 것이 비특허문헌 1에 기재되어 있다.

상기 종래 분무 노즐에서는 액체 연료를 미립화시키기 위해 이용하는 분무용 매체의 사용량이나, 분무 시의 분무 유체나 분무용 매체의 가압량의 저감이 과제이다.

예를 들어, 분무 유체인 액체 연료를 미세화시키는 분무용 매체로서 증기를 이용하는 경우, 연소 장치 내에 투입된 분무용 매체의 증기는 연소 장치에서 발생하는 연소 배기 가스 중의 수분이 된다. 이 수분에 의해 배기 가스량이 증가하면, 연소 장치의 연소 효율이 저하된다. 이로 인해, 액체 연료의 미립화를 방해하지 않는 범위에서 분무용 매체로서 이용하는 증기의 사용량을 저감시키는 것이 바람직하다.

또한, 분무 유체가 되는 액체 연료를 미세화하는 분무용 매체를 분무할 때에, 분무 유체나 분무용 매체를 가압하지만, 상기 가압량을 줄이면 가압에 사용하는 에너지 소비량을 저감시킬 수 있다.

따라서, 상기한 과제를 해결하기 위해, 분무 유체를 미세화시키는 분무용 매체의 혼합 방법 등이 검토되어 왔다. 이 중, 분무 유체와 분무용 매체를 혼합시킨 혼합 유체를 분무 노즐의 출구 구멍 근방에서 상대시켜 공급하고, 이들의 대향한 혼합 유체를 충돌시킴으로써 분무 유체의 미립화를 촉진시키는 기술의 일례가, 예를 들어 일본 특허 출원 공개 평9-239299호 공보(특허문헌 1)에 개시되어 있다.

또한, 상기 기술은 분무 노즐의 출구 구멍으로부터 부채 형상으로 분무되므로, 팬 스프레이식 분무 노즐이라고도 불린다.

일본 특허 출원 공개 평9-239299호 공보에 개시된 팬 스프레이식 분무 노즐의 기술에서는, 분무용 매체를 분무 노즐의 출구 구멍의 상류측의 유로에서 액체 연료 등의 분무 유체와 혼합시켜, 이 혼합 유체를 분무 노즐의 출구 구멍 근방에서 충돌시키도록 구성하고 있다.

그리고, 액체 연료는 분무용 매체와의 혼합과, 출구 구멍 근방에서의 혼합 유체의 충돌에 의해 미립화된다. 이 2단계의 미립화에 의해, 분무용 매체의 사용량을 줄여도, 분무한 액체 연료의 입자 직경의 조대화를 방지하는 것이 개시되어 있다.

일본 특허 출원 공개 평9-239299호 공보

연소 공학 핸드북 일본 기계 학회 167-169페이지, 272페이지

상기 일본 특허 출원 공개 평9-239299호 공보에 개시된 팬 스프레이식 분무 노즐은 분무 노즐의 내부에 분무 유체(액체)의 유로와, 상기 외주 위치에 분무용 매체(기체)의 유로를 설치하고 있다.

분무 유체와 분무용 매체의 유로는 각각 분무 노즐 선단의 출구 구멍을 둘러싸는 격벽에 의해 유동 방향이 바뀌고, 양쪽의 유로가 교차하여 혼합하고, 이 혼합 유체의 유로가 출구 구멍 근방에서 대향하여 배치되는 구성으로 되어 있다.

상기한 팬 스프레이식 분무 노즐에서는 대향하여 흐르는 혼합 유체가 출구 구멍 근방에서 충돌함으로써 분무 유체가 미립화되지만, 이때, 충돌에 의해 분무 노즐의 출구 구멍으로부터 분출되는 혼합 유체는 충돌 전의 유동 방향과 직교하는 평면을 따라서 넓어지는 부채형의 분무가 된다.

분무 노즐의 출구 구멍으로부터 분출되는 분무 유체의 부채형의 분무는 일반적으로 분무의 중앙부는 유량이 많고, 분무의 외연부는 유량이 적다. 또한, 발명자의 측정에 따르면, 팬 스프레이식 분무 노즐로부터 분출되는 분무 유체의 분무의 입자 직경은 부채형의 분무의 중앙부에서 비교적으로 크고, 부채형의 분무의 외연부에서 작아진다.

분무된 분무 유체의 부채형의 분무의 중앙부는 분무의 외연부에 비해 유량이 많으므로 연소용 공기와의 혼합이 진행되기 어렵다. 또한, 분무의 중앙부는 분무의 입자 직경이 크기 때문에 연소 반응이 늦어, 연소 배출물이 생성되기 쉬워진다고 하는 과제가 있다.

이 경우, 분무 유체의 미립화를 촉진하기 위해서는 분무용 매체의 사용량을 증가, 또는 가압력을 높일 필요가 생기지만, 분무용 매체의 사용량을 증가, 또는 가압력을 높인 경우에는, 분무용 매체의 공급이나 가압력에 사용한 에너지 소비량이 증대되어 연소 장치의 연소 효율이 저하된다고 하는 과제가 있다.

본 발명의 목적은 분무 유체의 입자 직경이 비교적 커지는 분무의 중앙부의 미립화를 촉진하여 분무 유체 전체의 미립화의 촉진과, 분무 유체의 미세화에 이용하는 분무용 매체의 사용량의 저감 또는 가압력의 저감을 양립시켜 연소 효율을 향상시킨 분무 노즐, 분무 노즐을 구비한 버너 및 버너를 구비한 연소 장치를 제시하는 데 있다.

본 발명의 분무 노즐은 분무 유체를 분무용 매체와 혼합하여 미립화한 혼합 유체를 분무하는 분무 노즐이며, 상기 분무 노즐은 분무 노즐의 외면을 형성하는 격벽과, 이 격벽의 내부에 수용되는 구조물로 구성되어 있고, 상기 분무 노즐의 입구측이 되는 상기 구조물의 외면에 복수의 홈부를 형성하여 상기 격벽의 내벽과 이들 홈부에서 분무 유체를 공급하는 복수의 분무 유체 유로를 형성하고, 상기 분무 노즐의 입구측이 되는 상기 구조물의 내부에 분무용 매체를 공급하는 복수의 분무용 매체 유로를 형성하고, 분무 유체를 공급하는 상기 복수의 분무 유체 유로에는 그 분무 유체 유로의 도중에, 상기 분무용 매체 유로가 연통하여 상기 분무 유체와 상기 분무용 매체 유로로부터 공급된 분무용 매체가 합류하여 혼합 유체가 되는 제1 합류부를 형성하고, 상기 제1 합류부의 하류측이 되는 상기 복수의 분무 유체 유로에는 이 분무 유체 유로를 하향 유동한 혼합 유체가 서로 대향하여 흐르도록 상기 분무 유체 유로와 연통한 혼합 유체 유로를 대향하여 배치하고, 상기 혼합 유체 유로에는 분무 노즐의 선단부의 근방에, 대향하여 배치한 상기 혼합 유체 유로를 하향 유동한 혼합 유체가 서로 충돌하는 제2 합류부를 형성하고, 상기 혼합 유체 유로에 형성한 제2 합류부에 면한 분무 노즐의 선단부의 상기 격벽에, 혼합 유체를 분무 노즐로부터 외부로 분무하는 출구 구멍을 형성하고, 상기 혼합 유체 유로에는 이 제2 합류부에 면한 상기 혼합 유체 유로의 유로 단면적이, 제2 합류부의 상류측이 되는 상기 혼합 유체 유로의 유로 단면적보다도 좁아지는 축류부를 형성하고 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 분무 노즐은 분무 유체를 분무용 매체와 혼합하여 미립화시키는 분무 노즐이며, 상기 분무 노즐은 분무 노즐의 외면을 형성하는 격벽과, 이 격벽의 내부에 수용되는 구조물로 구성되어 있고, 상기 분무 노즐의 입구측이 되는 상기 구조물의 외면에 복수의 홈부를 형성하여 상기 격벽의 내벽과 이들의 홈부에서 분무 유체를 공급하는 복수의 분무 유체 유로를 형성하고, 상기 분무 노즐의 입구측이 되는 상기 구조물의 내부에 분무용 매체를 공급하는 복수의 분무용 매체 유로를 형성하고, 분무 유체를 공급하는 상기 복수의 분무 유체 유로에는 그 분무 유체 유로의 도중에, 상기 분무용 매체 유로가 연통하여 상기 분무 유체와 상기 분무용 매체 유로로부터 공급된 분무용 매체가 합류하여 혼합 유체가 되는 제1 합류부를 형성하고, 상기 제1 합류부의 하류측이 되는 상기 복수의 분무 유체 유로에는 이 분무 유체 유로를 하향 유동한 혼합 유체가 서로 대향하여 흐르도록 상기 분무 유체 유로와 연통한 혼합 유체 유로를 대향하여 배치하고, 상기 혼합 유체 유로에는 분무 노즐의 선단부의 근방에, 대향하여 배치한 상기 혼합 유체 유로를 하향 유동한 혼합 유체가 서로 충돌하는 제2 합류부를 형성하고, 상기 혼합 유체 유로에 형성한 제2 합류부에 면한 분무 노즐의 선단부의 상기 격벽에, 혼합 유체를 분무 노즐로부터 외부로 분무하는 출구 구멍을 형성하고, 상기 혼합 유체 유로에는 이 제2 합류부에 면한 상기 혼합 유체 유로에, 상기 혼합 유체 유로의 유로 단면적이 혼합 유체의 유동 방향과 수직인 단면에 있어서 상기 혼합 유체 유로의 유로 폭 방향의 중앙부에서 유로 폭 방향의 단부에 비해 좁아지는 축류부를 형성하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 분무 노즐을 갖는 버너는 액체 연료를 연료로서 이용하는 분무 노즐을 구비한 버너이며, 분무 노즐로서 상기한 본 발명의 분무 노즐을 이용하여, 상기 액체 연료를 상기 분무 유체로서 상기 분무 노즐에 공급하고, 증기 또는 압축 공기를 상기 분무용 매체로서 상기 분무 노즐에 공급하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 분무 노즐을 갖는 버너는 고체 연료와 상기 반송 기체를 분출하는 연료 노즐과, 액체 연료를 분무하는 분무 노즐과, 상기 고체 연료 및 액체 연료를 연소시키는 연소용 기체를 분출하는 연소용 기체 노즐을 구비한 버너이며, 상기 분무 노즐로서, 상기한 본 발명의 분무 노즐을 이용하여, 상기 액체 연료를 상기 분무 유체로서 상기 분무 노즐에 공급하고, 증기 또는 압축 공기를 상기 분무용 매체로서 상기 분무 노즐에 공급하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 버너를 갖는 연소 장치는 화석 연료를 연소시키는 버너를 구비한 연소 장치이며, 화석 연료를 연소시키는 연소로와, 상기 연소로에 화석 연료를 공급하는 연료 공급 계통과, 상기 연소로에 연소용 기체를 공급하는 연소용 기체 공급 계통과, 상기 연료 공급 계통과 상기 연소용 기체 공급 계통이 접속하여 상기 연소로의 노벽에 설치된 화석 연료를 연소시키는 버너와, 상기 연소로에서 발생한 연소 배기 가스로부터 열회수하는 열교환기와, 상기 열회수된 연소 배기 가스를 상기 연소로의 외부로 공급하는 연도를 갖고, 상기 버너로서, 화석 연료의 액체 연료를 사용한 상기한 본 발명의 버너를 이용하고 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 버너를 갖는 연소 장치는 고체 연료와 액체 연료를 연소시키는 버너를 구비한 연소 장치이며, 연료를 연소시키는 연소로와, 상기 연소로에 고체 연료를 공급하는 고체 연료 공급 계통과, 상기 연소로에 액체 연료를 공급하는 액체 연료 공급 계통과, 상기 연소로에 연소용 기체를 공급하는 연소용 기체 공급 계통과, 상기 연료 공급 계통과 상기 연소용 기체 공급 계통이 접속하여 상기 연소로의 노벽에 설치된 상기 고체 연료나 액체 연료를 연소시키는 복수의 버너와, 상기 연소로에서 발생한 연소 배기 가스로부터 열회수하는 열교환기와, 상기 열회수된 연소 배기 가스를 상기 연소로의 외부로 공급하는 연도를 구비하고 있고, 상기 버너로서, 상기한 본 발명의 버너를 이용하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 분무 유체의 입자 직경이 비교적 커지는 분무의 중앙부의 미립화를 촉진하여 분무 유체 전체의 미립화의 촉진과, 분무 유체의 미세화에 이용하는 분무용 매체의 사용량의 저감 또는 가압력의 저감을 양립시켜 연소 효율을 향상시킨 분무 노즐, 분무 노즐을 구비한 버너 및 버너를 구비한 연소 장치를 실현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예인 분무 노즐의 구조를 도시하는 분무 노즐 선단부의 단면도이며 도 3의 A-A 방향의 단면도.
도 2는 도 1에 도시한 본 발명의 제1 실시예에 관한 분무 노즐 선단부를 다른 방향으로부터 본 분무 노즐 선단부의 단면도이며 도 3의 B-B 방향의 단면도.
도 3은 도 1에 도시한 본 발명의 제1 실시예에 관한 분무 노즐 선단부를 출구 구멍으로부터 본 평면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 관한 분무 노즐의 미립화 성능의 일례를 도시하는 설명도.
도 5는 본 발명의 제2 실시예인 분무 노즐의 구조를 도시하는 분무 노즐 선단부의 단면도이며 도 7의 A-A 방향의 단면도.
도 6은 도 5에 도시한 본 발명의 제2 실시예에 관한 분무 노즐 선단부를 도시하는 분무 노즐 선단부의 단면도이며 도 7의 B-B 방향의 단면도.
도 7은 도 5에 도시한 본 발명의 제2 실시예에 관한 분무 노즐 선단부를 출구 구멍으로부터 본 평면도.
도 8은 도 1에 도시한 제1 실시예의 분무 노즐, 또는 도 5에 도시한 제2 실시예의 분무 노즐을 구비한 본 발명의 제3 실시예인 버너의 구조를 도시하는 개략 구성도.
도 9는 도 8에 도시한 제3 실시예의 버너를 구비한 본 발명의 제4 실시예인 연소 장치의 구조를 도시하는 개략 구성도.

본 발명의 실시예인 분무 노즐, 분무 노즐을 구비한 버너 및 버너를 구비한 연소 장치에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

[실시예 1]

본 발명의 제1 실시예인 분무 노즐의 구조에 대해, 도 1 내지 도 4를 이용하여 설명한다. 본 실시예의 분무 노즐(1)은 액체 연료인 분무 유체(2)와, 이 분무 유체(2)를 미세화하기 위해 사용하는 분무용 매체(3)를 분무 유체 유로(4)의 제1 합류부(91)에서 합류시켜 혼합하고, 이 제1 합류부(91)로부터 분무 노즐(1)의 출구 구멍(11) 사이의 혼합 유체 유로(9, 10)에서 분무 유체(2)와 분무용 매체(3)를 혼합시킨 혼합 유체(8)를 분무 노즐(1)의 외부로 분무시키는 출구 구멍(11)의 근방에서, 혼합 유체 유로(9, 10)의 유로 단면적이 좁아지도록 구성하고, 혼합 유체(8)를 출구 구멍(11) 근방에서 충돌시켜, 상기 출구 구멍(11)으로부터 분무 노즐(1)의 외부로 분무시키도록 구성하고 있다.

도 1 내지 도 3은 본 실시예의 분무 노즐(1)의 선단부를 도시하고 있고, 도 1은 상류측이 분무 유체(2)(액체 연료)의 공급 계통(도시하지 않음)과 상기 분무 유체(2)를 미세화하기 위해 사용하는 분무용 매체(3)(증기 또는 압축 공기 등)의 공급 계통(도시하지 않음)에 접속하는 분무 노즐(1)의 선단부의 단면도이며 도 3의 A-A 방향의 단면도를 도시하고, 도 2는 도 1에 도시한 본 실시예의 분무 노즐 선단부를 다른 방향으로부터 본 분무 노즐(1)의 선단부의 단면도이며 도 3의 B-B 방향의 단면도를 도시하고, 도 3은 도 1에 도시한 본 실시예의 분무 노즐 선단부를 출구 구멍으로부터 본 평면도를 각각 도시하고 있다. 또한, X방향은 분무 노즐(1)로부터 분무되는 분출 방향을 나타내고 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 분무 노즐(1)의 선단부는 분무 노즐(1)의 선단부의 외면을 형성하는 원통 형상의 격벽(15)과, 상기 원통 형상의 격벽(15)의 내부에 수용되는 원기둥 형상의 구조물(16)을 구비하고 있다.

또한 상기 구조물(16)의 외주측에 액체 연료인 분무 유체(2)를 공급하는 복수의 분무 유체 유로(4, 5)가 되는 홈을 형성하여, 원통 형상의 격벽(15)의 내주벽과 구조물(16)에 형성한 홈 사이에서 상기 분무 유체 유로(4, 5)를 형성하고, 이들 분무 유체 유로(4, 5)를, 예를 들어 둘레 방향의 대칭의 위치에 짝수개(2개 또는 4개) 배치하고 있다.

또한, 상기 구조물(16)의 내부에는 상기 분무 유체 유로(4, 5)를 통해 하향 유동하는 분무 유체(2)를 미세화하기 위해 사용하는 분무용 매체(3)를 공급하는 복수의 분무 유체 유로(6, 7)가 상기 분무 유체 유로(4, 5)와 독립하여 배치되어 있다.

이들 분무 유체 유로(6, 7)를 통해 공급된 분무용 매체(3)는 상기 분무 유체 유로(6, 7)가 구조물(16)의 외면에 설치한 상기 분무 유체 유로(4, 5)와 각각 연통함으로써, 상기 분무 유체 유로(4, 5)를 흐르는 분무 유체(2)와 분무 유체 유로(6, 7)를 흐르는 분무용 매체(3)가 상기 분무 유체 유로(4, 5) 내의 제1 합류부(91)에서 합류하여 혼합하고, 혼합 유체(8)로 되어 상기 분무 유체 유로(4, 5)의 하류측을 향해 하향 유동한다.

상기 분무 유체 유로(4, 5)는 상기 하류측에서, 격벽(15)의 내주측이 되는 상기 구조물(16)의 외면에 각각 대항하여 배치된 혼합 유체 유로(9, 10)와 각각 연통하고 있다.

이 분무 유체(2)와 분무용 매체(3)의 혼합 유체(8)는 상기 분무 유체 유로(4, 5) 및 혼합 유체 유로(9, 10)를 통해 더욱 하향 유동하지만, 대향 배치된 상기 혼합 유체 유로(9)를 흐르는 혼합 유체(8)와 대향 배치된 상기 혼합 유체 유로(10)를 흐르는 혼합 유체(8)가 서로 대항하여 흘러 제2 합류부(92)에서 충돌하도록 형성되어 있다.

그리고, 서로 대향 배치된 혼합 유체 유로(9, 10)를 통해 하향 유동한 혼합 유체(8)는 분무 노즐(1)의 선단부에 형성되어, 혼합 유체 유로(9, 10)와 연통한 출구 구멍(11)의 근방이 되는 제2 합류부(92)에서 서로 충돌하고, 제2 합류부(92)에 면한 분무 노즐(1)의 선단부가 되는 격벽(15)에 형성된 상기 출구 구멍(11)으로부터 혼합 유체(8)를 외부로 부채형의 분무를 형성시켜 분무한다.

이 경우, 상기 혼합 유체 유로(9, 10)는 상기 분무 유체 유로(4, 5)와 연통하는 혼합 유체 유로(9, 10)의 상류측에서 굴곡부(13, 14)를 각각 형성하여 혼합 유체(8)의 유동 방향을 90도 바꿈으로써, 상기 혼합 유체 유로(9, 10)의 유로 내에서의 분무 유체(2)와 분무용 매체(3)의 혼합에 의한 혼합 유체(8)의 미립화를 촉진시키고 있다.

본 실시예의 분무 노즐(1)에서는 혼합 유체(8)를 외부로 분무하는 출구 구멍(11)의 분출측과 대향측이 되는 제2 합류부(92)에 면한 구조물(16)의 벽면에 혼합 유체 유로(9, 10) 내에 장해물이 되는 혼합 유체 유로(9, 10) 내에 돌출된 볼록 형상부(16a)를 구조물(16)과 일체가 되도록 설치하고, 제2 합류부(92)에 면한 상기 혼합 유체 유로(9, 10)에, 이 제2 합류부(92)에 면한 상기 혼합 유체 유로(9, 10)의 유로 단면적이, 제2 합류부(92)의 상류측이 되는 상기 혼합 유체 유로(9, 10)의 유로 단면적보다도 좁아지는 축류부(17)를 형성하고 있다.

상기 축류부(17)는 상기 혼합 유체 유로(9, 10)의 제2 합류부(92)에 면한 상기 혼합 유체 유로(9, 10)에, 상기 혼합 유체 유로의 유로 단면적이 혼합 유체의 유동 방향과 수직인 단면에 있어서 상기 혼합 유체 유로(9, 10)의 유로 폭 방향의 중앙부에서 유로 폭 방향의 단부에 비해 좁아지는 축류부(17)를 형성하고 있다고 규정할 수도 있다.

상기 제2 합류부(92)에 면한 상기 혼합 유체 유로(9, 10)의 유로 단면적이 좁아지는 축류부(17)를 형성하는 수단으로서, 이 제2 합류부(92)에 면한 격벽(15)에 형성한 상기 출구 구멍(11)과는 반대측이 되는 구조물(16)의 벽면에, 혼합 유체 유로(9, 10) 내를 흐르는 혼합 유체(8)의 장해물이 되는 혼합 유체 유로(9, 10) 내에 돌출된 볼록 형상부(16a)를 설치하고 있다.

축류부(17)를 형성하는 상기 혼합 유체 유로(9, 10) 내에 돌출된 돌출부인 볼록 형상부(16a)는 제2 합류부(92)에 면한 상기 구조물(16)의 벽면에 착탈 가능하게 설치되어 교환 가능하게 구성되어 있다.

그리고, 대향 배치된 혼합 유체 유로(9, 10)를 하향 유동한 혼합 유체(8)는 출구 구멍(11)의 근방의 제2 합류부(92)에서 서로 충돌하여 분무 노즐(1)의 선단부에 형성한 출구 구멍(11)으로부터 외부로 분무됨으로써, 미립화한 혼합 유체(8)는 혼합 유체 유로(9, 10)의 유동 방향[혼합 유체 유로(9, 10)가 배치된 방향]에 대해 직각 방향(도 3의 B-B선의 방향)이 되는 도 2에 도시하는 부채형의 분무를 형성하여 외부로 분출된다.

혼합 유체(8)를 외부로 분무하는 분무 노즐(1)의 출구 구멍(11)을 형성한 분무 노즐(1)의 선단부의 격벽(15)에는 부채형 분무의 형성 방향과 동일한 방향으로 홈부(12)가 형성되어 있고,

대향하여 배치된 상기 혼합 유체 유로(9, 10)를 통해 상기 제2 합류부(92)에 하향 유동하는 혼합 유체(8)의 유동 방향과 직교하는 방향으로 상기 홈부(12)를 형성하여, 이 홈부(12)와 혼합 유체 유로(9, 10)의 교차부가 혼합 유체(8)를 외부로 분무하는 출구 구멍(11)이 되도록 구성하고 있다.

또한, 도 1에 도시하는 본 실시예의 분무 노즐(1)에서는, 분무 노즐(1)의 선단부는 외측의 격벽(15)과, 이 격벽(15)의 내측의 구조물(16)이 조합된 구조로 되어 있다.

분무 노즐(1)을 구성하는 외측의 격벽(15)과, 상기 유체 유로 및 분무용 매체 유로를 구비한 내측의 구조물(16)을 조합 구조로 함으로써, 유체 유로 등의 가공이 용이해지는 이점이 있다.

본 실시예의 분무 노즐(1)에서는, 분무 노즐(1)의 선단부에 형성된 출구 구멍(11)으로부터 분출되는 혼합 유체(8)는 주로 이하의 3개의 작용에 의해 분무 유체의 미립화를 촉진시키고 있다.

(1) 분무 유체와 분무용 매체의 유로가 합류하여, 양자의 혼합에 의한 혼합 유체의 미립화.

(2) 합류 후의 혼합 유체 유로가 굴곡되는 것에 의한 유로 내에서의 분무 유체와 분무용 매체의 혼합에 의한 혼합 유체의 미립화

(3) 대향하여 흐르는 혼합 유체가 출구 구멍 근방에서 충돌하는 것에 의한 혼합 유체의 미립화.

이 중, 상기 (3)의 충돌에 의해, 출구 구멍(11)으로부터 분출되는 혼합 유체(8)는 도 3의 A-A선으로 나타내는 충돌 전의 유동 방향과 직교한 도 3의 B-B로 나타내는 선을 따라서 넓어지는, 정확히, 도 2에 도시한 부채형의 분무가 된다.

본 실시예의 분무 노즐(1)의 출구 구멍(11)으로부터 분출되는 혼합 유체(8)가 도 2에 도시한 부채형의 분무를 형성하므로, 상술한 바와 같은 분무 노즐을 일반적으로 팬 스프레이식 분무 노즐이라고 부른다.

팬 스프레이식 분무 노즐에서 생성하는 분무는, 일반적으로 부채형의 분무 중앙부(18)는 유량이 많고, 부채형의 분무 중앙부(18)의 주위 부분이 되는 부채형의 분무 외연부(19)는 유량이 적다.

또한, 발명자의 측정에 따르면, 부채형의 분무 중앙부(18)에서 분무의 입자 직경은 비교적 크고, 부채형의 분무 외연부(19)에서 작아진다.

그리고, 부채형의 분무 외연부(19)에서는 분무가 확장되기 쉽고, 얇은 액막이 형성되므로, 미립자(직경 100㎛ 미만)가 많아진다. 또한, 운동량이 낮으므로 미립자는 분무 노즐(1)의 근방에 머무르기 쉬워진다.

직경으로 100㎛ 미만, 가능하면 50㎛ 이하로 미립화시킨 입자(이하, 미립자라고 기재함)는 체적에 차지하는 표면적이 크고, 연소 장치인 노 내로부터의 열방사에 의해 승온하여 연소되기 쉽다.

이로 인해, 이들 미립자를 분무 노즐(1)의 근방에 체류시킴으로써, 분무의 착화가 빨라져, 화염의 안정화나 연소 반응의 촉진에 기여한다.

또한, 미립화의 정도는 혼합 유체(8)의 압력이나 분무용 매체량[분무 유체(2)에 대한 분무용 매체(3)의 비율]에 의해 조정할 수 있다.

한편, 부채형의 분무 중앙부(18)는 부채형의 분무 외연부(19)에 대해 유량이 많아, 분무가 확장되기 어려우므로 외연부에 비해 두꺼운 액막이 형성된다. 이로 인해, 대입자(직경 100 내지 300㎛)가 많다.

대입자는 미립자에 비해 운동량이 높고, 이격된 위치를 흐르는 연소용 공기와 혼합되기 쉽지만, 미립자에 비해 연소 반응은 늦어진다.

연소 반응을 촉진시키기 위해서는, 부채형의 분무 중앙부(18)의 유량을 줄여 분무의 입자 직경을 작게 하는 것이 바람직하다. 이로 인해, 혼합 유체(8)의 충돌 속도를 높여 상기 (3)의 작용을 높이는 것이 바람직하다.

그런데, 충돌 속도를 높이기 위해 혼합 유체 유로(9, 10)의 유로 단면적을 똑같이 좁히면, 혼합 유체(8)의 유속은 상승하지만, 압력 손실이 높아져, 분무 유체(2)나 분무용 매체(3)의 가압에 필요한 에너지가 증가한다고 하는 과제가 있다.

따라서, 본 실시예의 분무 노즐(1)에 있어서는, 분무 노즐(1)을 구성하는 외측의 격벽(15)의 내벽과, 상기 격벽(15)의 내측에 설치한 구조물(16)의 외면에 설치한 상기 유로 구성에 있어서, 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 혼합 유체(8)를 서로 충돌시키도록 출구 구멍(11)의 근방에서 대향하여 배치한 혼합 유체 유로(9, 10)의 유로 단면 중, 제2 합류부(92)에 면한 혼합 유체 유로(9, 10)의 유로 폭 방향의 중앙부에, 출구 구멍(11)의 분출측과 대향측이 되는 구조물(16)의 벽면에 상기 혼합 유체 유로(9, 10) 내에 돌출된 볼록 형상부(16a)를 구조물(16)과 일체로 되도록 설치하여 상기 혼합 유체 유로(9, 10)의 유로 단면적이 좁아지는 축류부(17)를 형성하도록 하고 있다.

즉, 본 실시예의 분무 노즐(1)에 있어서는, 이하의 (A), (B)에서 나타내는 2개의 구성을 부여함으로써, 상기한 과제의 해결을 도모하고 있다.

(A) 출구 구멍(11)의 근방만 혼합 유체 유로(9, 10)의 유로 단면적을 좁힌다.

(B) 혼합 유체 유로(9, 10)의 유로 단면적은 유로 폭 방향의 중앙부를 특히 좁힌다.

본 실시예의 분무 노즐(1)에 있어서는, 상기 (A)의 구성을 채용함으로써, 혼합 유체(8)의 유속은 분무 노즐(1)의 출구 구멍(11)의 근방에서는 높지만, 고유속 부분은 혼합 유체 유로(9, 10)의 유로 단면적을 똑같이 좁히는 경우에 비해 적다. 이로 인해, 압력 손실의 증가를 억제할 수 있다.

또한, 유속이 변화되어 상승함으로써, 상기 혼합 유체 유로(9, 10)에 형성한 유로 단면적의 축류부(17)에서 혼합 유체(8)의 정압은 저하된다. 이때, 혼합 유체(8) 중의 분무용 매체(3)는 기체이고, 정압의 저하에 수반하여 체적이 증가한다. 체적이 증가할 때, 분무 유체(2)(액체)를 분단하여 미립화하므로, 혼합 유체(8)의 미립화가 진행된다.

또한, 도 1에 도시한 바와 같이, 출구 구멍(11)의 분출측과 대향측의 구조물(16)의 벽면에 혼합 유체 유로(9, 10) 내에 돌출된 볼록 형상부(16a)를 구조물(16)과 일체로 되도록 설치하여 상기 혼합 유체 유로(9, 10)에 형성한 유로 단면적을 좁히는 축류부(17)는 원만하게 상기 유로 단면적이 바뀌도록, 상기 볼록 형상부(16a)의 형상을, 예를 들어 곡선 형상으로 하는 것이 바람직하다.

상기 볼록 형상부(16a)의 형상을 곡선 형상으로 하여 상기 혼합 유체 유로(9, 10)에 형성한 축류부(17)가 원만하게 유로 단면적을 바꾸도록 형성함으로써, 혼합 유체 유로(9, 10)의 유로 단면적을 단계 형상으로 변화시키는 경우에 비해 압력 손실의 증가를 저감시킬 수 있다.

또한, 혼합 유체 유로(9, 10)의 단면적이 좁아진 부분에서의 정압을 저하시킴으로써, 혼합 유체(8)의 미립화가 촉진된다.

본 실시예의 분무 노즐(1)에 있어서는, 상기 (B)의 구성을 채용함으로써, 분무 노즐(1)의 출구 구멍(11)의 근방에서 혼합 유체 유로(9, 10)의 유로 폭 방향의 중앙부를 흐르는 혼합 유체(8)의 유량이 저하되고, 혼합 유체 유로(9, 10)의 유로 폭 방향의 단부를 흐르는 혼합 유체(8)의 유량이 증가한다.

혼합 유체(8)는 출구 구멍(11) 근방의 혼합 유체 유로(9, 10)의 제2 합류부(92)에서 서로 충돌한 후에, 출구 구멍(11)으로부터 혼합 유체 유로(9, 10)의 배치 방향과 직각 방향(도 3의 B-B선의 방향)으로 도 2에 도시하는 부채형의 분무를 형성하여 분무 노즐(1)의 외부로 분출된다.

이때, 혼합 유체 유로(9, 10)의 유로 폭 방향의 단부를 흐르는 혼합 유체(8)는 유로 폭 방향의 중앙부를 흐르는 혼합 유체(8)에 의해 유동 방향의 제약을 받으므로, 직각 방향(도 3의 B-B선의 방향)으로 구부러져 도 2에 도시하는 부채형의 분무 외연부(19)를 흐르기 쉬워진다.

따라서, 본 실시예의 분무 노즐(1)에서는, 출구 구멍(11) 근방에서는 혼합 유체 유로(9, 10)의 유로 폭 방향의 단부를 흐르는 혼합 유체(8)가 증가함으로써, 분무 노즐(1)의 출구 구멍(11)으로부터 분출되는 혼합 유체(8)는 부채형의 분무 외연부(19)를 흐르는 유량이 증가하고, 부채형의 분무 중앙부(18)를 흐르는 유량이 저하된다.

이로 인해, 부채형의 분무 중앙부(18)에서는 액막은 얇아지고, 이 액막이 표면 장력 등에 의해 분리되어 형성하는 분무의 입자 직경도 작아진다. 이 결과, 부채형의 분무 중앙부(18)의 미립화 성능이 향상된다.

도 4에 본 발명의 제1 실시예에 관한 분무 노즐의 미립화 성능의 일례인 설명도를 도시한다. 도면 중 종축은 분무의 평균 입자 직경을 나타내고, 횡축은 분무의 각도를 나타낸다. 분무의 평균 입자 직경은 출구 구멍(11)으로부터 분출되는 부채형 분무에 대해, 분무의 하류 300㎜의 위치에서 부채형 분무의 중심축을 지나가는 장변 방향(도 3의 B-B선의 방향)에 대해 분무의 입자 직경을 광학 계측에 의해 계측하여, 체면적 평균 입자 직경으로 나타낸 것이다. 여기서는, 비교예의 분무 노즐에서의 체면적 평균 입자 직경을 기준으로 하여, 본 실시예의 분무 노즐에서의 입자 직경의 분포를 상대값으로 제시한다.

도 4에 도시한 바와 같이, 비교예의 분무 노즐에서는, 분무의 중앙부는 분무의 외주부에 비해 평균 입자 직경이 크다.

한편, 본 실시예의 분무 노즐의 경우에서는 분무의 중앙부의 평균 입자 직경을 비교예의 분무 노즐에 의한 것에 비해 작게 할 수 있다.

한편, 본 실시예의 분무 노즐의 경우에서는, 분무의 외연부에서는 입자 직경이 약간 커진다. 그러나, 비교예의 분무 노즐에서는 평균 입자 직경이 커지는 분무의 중앙부는, 본 실시예의 분무 노즐의 경우에서는 입자 직경을 저하시킬 수 있으므로, 혼합 유체(8)의 전체적인 미립화 성능은 향상된다.

도 1 내지 도 3에 도시한 본 실시예의 분무 노즐(1)에서는, 혼합 유체 유로(9, 10)의 유로 단면적은 유로 단면이 좁아지는 축류부(17)를 형성하기 위해 출구 구멍(11)의 분출측과 대향측이 되는 구조물(16)의 선단의 벽면에, 혼합 유체 유로(9, 10) 내측에 장해물이 되는 돌출된 볼록 형상부(16a)를 설치하고 있지만, 이 볼록 형상부(16a)의 설치 대신에 상기 혼합 유체 유로(9, 10)의 유로를 형성하는 홈의 깊이를 변경하여 유로 단면이 좁아지는 축류부(17)를 형성하는 것도 가능하다.

또한, 장해물이 되는 상기 볼록 형상부(16a)를 구조물(16)의 선단의 벽면에 설치하는 경우에는, 나사나 핀 등의 체결물에 의해 설치하는 것이 바람직하다.

그리고, 고유속 부분에서 혼합 유체 유로(9, 10) 내의 상기 볼록 형상부(16a)에 마모가 생긴 경우, 대상이 되는 볼록 형상부(16a)의 부분만을 교환하면 된다.

또한, 장해물이 되는 볼록 형상부(16a)를 내마모재로 형성하면, 내용 시간이 증가하는 것 외에, 혼합 유체 유로(9, 10) 전체를 내마모재로 형성하는 경우에 비해, 내마모재의 적용 부분을 저감시킬 수 있어, 비용적으로 우위가 된다.

내마모재는 일반적으로 내마모성이 다른 재료에 비해 높지만, 내열성이나 열변형에 대한 내력이 낮은 경우가 많다. 따라서, 상기 볼록 형상부(16a)를 내마모재로 형성하도록 하면, 내마모재의 적용 부분을 줄일 수 있어, 열변형에서의 변위량이 작은 것에 의해 내열성이나 열변형에 대한 내력이 향상된다. 이로 인해, 분무 노즐(1)의 혼합 유체 유로(9, 10)의 전체를 내마모재로 하는 경우에 비해, 내용시간이 증가한다.

또한, 본 실시예의 분무 노즐(1)에서는 출구 구멍(11)이 단일인 경우를 도시하였지만, 출구 구멍(11)을 복수 형성한 경우에도 본 실시예의 분무 노즐(1)에, 혼합 유체(8)를 하향 유동시키는 혼합 유체 유로(9, 10)의 유로 단면적이 제2 합류부(92)에 면한 출구 구멍(11)의 근방에서, 상기 혼합 유체 유로(9, 10)의 유로 폭 방향의 중앙부의 유로 단면적이 좁아지는 축류부(17)를 형성한다. 즉, 도 3에 파선으로 나타낸 바와 같이, 혼합 유체 유로(9, 10)의 폭 방향의 중앙부의 유로 단면적이 혼합 유체 유로(9, 10)의 유로 폭 방향의 단부의 유로 단면적보다도 유로 단면적이 좁아지는 축류부(17)를 형성함으로써, 분무하는 혼합 유체(8)를 미립화하는 미립화 효과를 얻고 있다.

또한, 분무 노즐(1)의 출구 구멍(11)의 수를 늘리는, 소위 다공화에 의해, 하나의 출구 구멍(11)으로부터 분무되는 혼합 유체(8)의 분출량을 많게 하지 않고, 분무 노즐(1)로부터 분무되는 혼합 유체(8)의 분출량을 증가시킬 수 있다. 즉, 출구 구멍(11)의 다공화에 의해 미립화 성능을 유지하면서 분무 노즐(1)의 대용량화가 가능해 진다.

상기한 본 실시예의 분무 노즐(1)에 따르면, 상기 분무 유체(2)와 분무용 매체(3)가 혼합된 혼합 유체(8)를 하향 유동시키는 혼합 유체 유로(9, 10)의 유로 단면적이 제2 합류부(92)에 면한 출구 구멍(11)의 근방의 상기 혼합 유체 유로(9, 10)에서 좁아지도록 축류부(17)를 형성함으로써, 혼합 유체(8)의 유속은 출구 구멍(11)의 근방에서 가속된다.

그리고, 가속된 혼합 유체(8)의 흐름이 출구 구멍(11)의 근방에서 대향한 흐름으로 하여 혼합 유체 유로(9, 10)에 형성한 제2 합류부(92)에서 충돌하고, 출구 구멍(11)으로부터 분무 노즐(1)의 외부로 분출되어 분무됨으로써, 대향한 혼합 유체(8)의 흐름의 충돌에 의해 출구 구멍(11)으로부터 분출되는 혼합 유체(8)의 분무는 부채형의 액막의 두께가 얇아지고, 그 얇은 액막으로 형성되는 분무의 입자 직경은 작아진다.

출구 구멍(11)의 근방의 축류부(17)에서만 혼합 유체 유로(9, 10)의 유로 단면적이 좁아짐으로써, 혼합 유체(8)의 충돌에 필요한 유속을 확보하면서, 혼합 유체 유로(9, 10)를 흐르는 혼합 유체(8)의 압력 손실을 저감시킬 수 있다.

또한, 혼합 유체 유로(9, 10)를 하향 유동하는 혼합 유체(8)의 유속이 제2 합류부(92)에 면한 출구 구멍(11)의 근방에서 상승함으로써, 혼합 유체(8)를 형성하는 분무 유체(2)와 분무용 매체(3)의 혼합이 촉진되어, 혼합 촉진에 의한 혼합 유체(8)의 미립화가 촉진된다.

또한, 제2 합류부(92)에 면한 출구 구멍(11)의 근방의 축류부(17)에서 상기 혼합 유체 유로(9, 10)의 유로 단면적이 좁아질 때에, 혼합 유체 유로(9, 10)의 유로 폭 방향의 중앙부만의 유로 단면적이, 상기 주위 부분이 되는 유로 폭 방향의 단부의 유로 단면적에 비해 좁아지도록 형성함으로써, 상기 혼합 유체(8)는 혼합 유체 유로(9, 10)의 유로 폭 방향의 중앙부를 흐르는 유량이 줄고, 혼합 유체 유로(9, 10)의 유로 폭 방향의 단부를 흐르는 유량이 증가한다.

이 결과, 출구 구멍(11)의 근방의 혼합 유체 유로(9, 10)의 제2 합류부(92)에서 혼합 유체(8)가 충돌하여 출구 구멍(11)으로부터 분무 노즐(1)의 외부로 분무된 혼합 유체(8)의 분무인 부채형 분무의 액막의 두께는, 도 2에 도시하는 부채형 분무의 분무 중앙부(18)에서 얇아져, 분무의 입자 직경이 작아진다.

또한, 부채형 분무의 유량은 부채형 분무의 분무 중앙부(18)에서의 유량이 줄어든다. 한편, 부채형 분무의 분무 중앙부(18)의 주위 부분이 되는 부채형 분무의 분무 외연부(19)에서는 유량이 증가하지만, 부채형 분무의 분무 중앙부(18)의 유량에 비해 부채형 분무의 분무 외연부(19)의 유량은 동등 이하이고, 부채형 분무의 분무 외연부(19)에서는 부채형 분무의 분무 중앙부(18)보다도 주위 기체와의 혼합이 진행되기 쉽다. 이로 인해, 분무의 입자 직경은 거의 바뀌지 않는다.

본 실시예의 분무 노즐(1)에서는, 유량에 관해서는 부채형 분무의 분무 중앙부(18)에서 줄고, 분무 외연부(19)에서 증가한다. 입자 직경에 관해서는 부채형 분무의 분무 중앙부(18)에서 작아지고, 분무 외연부(19)는 거의 바뀌지 않는다. 이로 인해, 부채형 분무의 분무 중앙부(18)와 분무 외연부(19)를 합한 전체에서는 분무의 입자 직경이 작아진다.

즉, 본 실시예의 분무 노즐을 이용함으로써, 동일한 분무용 매체의 사용량으로 미립화를 촉진할 수 있다. 또한, 미립화 성능을 얻는 데 필요한 분무용 매체의 사용량을 억제하거나, 또는 분무 유체나 분무용 매체에 가하는 압력을 저감시킬 수 있다.

또한, 본 실시예의 분무 노즐에서는 부채형 분무의 분무 중앙부(18)의 유량이 줄어듦으로써, 분무가 골고루 공간으로 확장되어, 연소용 공기와의 혼합이 진행된다.

미립화와 연소용 공기의 혼합 촉진에 의해, 연소 반응이 진행되고, 연소 장치 출구에서의 미연소분이나 매진, 일산화탄소가 저감되어, 연소 효율을 높게 할 수 있다. 또한 연소 반응을 빠르게 진행시킴으로써, 산소의 소비가 진행되어, 질소산화물의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 미연소분이나 매진, 일산화탄소가 저감됨으로써, 연소 장치에 투입하는 잉여의 공기를 삭감할 수 있다.

잉여의 공기가 줄면, 연소 배기 가스량도 저하되어, 연소 배기 가스와 함께 연소 장치 밖으로 방출되는 현열을 저하시켜, 열 효율을 높일 수 있다.

본 실시예의 분무 노즐을 이용한 연소 장치에서는, 분무용 매체의 사용량의 억제나 압력의 저감에 의해, 각각의 공급이나 가압력에 사용한 에너지 소비량을 저감시킬 수 있다.

또한, 분무용 매체로서 증기를 이용하는 경우, 연소 장치 내에 투입된 증기에 의한 연소 장치에서의 열 효율이 저하되지만, 본 실시예의 분무 노즐을 이용하면, 증기의 사용량을 줄여도 미립화를 유지할 수 있으므로, 열 효율의 저하를 방지할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 분무 유체의 입자 직경이 비교적 커지는 분무의 중앙부의 미립화를 촉진하여 분무 유체 전체의 미립화의 촉진과, 분무 유체의 미세화에 이용하는 분무용 매체의 사용량의 저감 또는 가압력의 저감을 양립시켜 연소 효율을 향상시킨 분무 노즐을 실현할 수 있다.

[실시예 2]

본 발명의 제2 실시예인 분무 노즐의 구조에 대해, 도 5 내지 도 7을 이용하여 설명한다.

도 5 내지 도 7에 도시한 본 실시예의 분무 노즐(61)은, 도 1 내지 도 4에 도시한 제1 실시예의 분무 노즐(1)과 기본적인 구성은 공통되어 있고, 따라서 양 실시예에 공통된 구성의 설명은 생략한다.

도 5 내지 도 7에 본 실시예의 분무 노즐(61)의 선단부를 도시하고 있고, 도 5는 상류측이 분무 유체(2)(액체 연료)의 공급 계통(도시하지 않음)과 상기 분무 유체(2)를 미세화하기 위해 사용하는 분무용 매체(3)(증기 또는 압축 공기 등)의 공급 계통(도시하지 않음)에 접속하는 분무 노즐(61)의 선단부의 단면도이며 도 7의 A-A 방향의 단면도를 도시하고, 도 6은 도 5에 도시한 본 실시예의 분무 노즐(61)의 선단부를 다른 방향으로부터 본 분무 노즐(61)의 선단부의 단면도이며 도 7의 B-B 방향의 단면도를 도시하고, 도 7은 도 5에 도시한 본 실시예의 분무 노즐(61)의 선단부를 출구 구멍으로부터 본 평면도를 각각 도시하고 있다. 또한, X방향은 분무 노즐(61)로부터 분무하는 분출 방향을 나타내고 있다.

도 5 내지 도 7에 도시한 본 실시예의 분무 노즐(61)은, 앞서 도 1 내지 도 4에 도시한 제1 실시예의 분무 노즐(1)과 기본적으로 동일한 구성의 팬 스프레이식 분무 노즐이다.

본 실시예의 분무 노즐(61)은 전술한 도 1 내지 도 4에 도시한 제1 실시예의 분무 노즐(1)과 공통된 유로 구성이고, 대향하여 배치한 혼합 유체 유로(9, 10)의 유로 단면적이 제2 합류부(92)가 되는 출구 구멍(11) 근방에서 좁아지는 축류부(17)를 형성하도록 구성하고 있다.

본 실시예의 분무 노즐(61)에서는 제2 합류부(92)에 면한 출구 구멍(11)의 근방만, 상기 혼합 유체 유로(9, 10)의 유로 단면적을 좁히는 축류부(17)를, 도 7에 도시한 바와 같이, 유로 폭 방향의 중앙부뿐만 아니라 유로 폭 방향의 단부를 포함한 유로 폭 방향 전체에 걸쳐서 형성함으로써, 혼합 유체(8)의 유속은 출구 구멍(11)의 근방에서 높아진다.

한편, 고유속 부분은 혼합 유체 유로(9, 10)의 유로 단면적을 똑같이 좁히는 경우에 비해 적다. 이로 인해, 압력 손실의 증가를 억제할 수 있다.

또한 혼합 유체 유로(9, 10)를 하향 유동하는 혼합 유체(8)의 유속이 변화되어 상승함으로써, 혼합 유체(8)의 정압은 축류부(17)의 근방에서 저하된다. 이때, 혼합 유체(8) 중 분무용 매체(3)는 기체이고 정압의 저하에 수반하여 체적이 증가한다.

체적이 증가할 때, 분무 유체(2)(액체)를 분단하여 미립화하므로, 혼합 유체(8)의 미립화가 촉진된다.

또한, 도 5에 도시한 바와 같이, 혼합 유체 유로(9, 10)의 제2 합류부(92)에 면한 출구 구멍(11)의 근방에서, 출구 구멍(11)의 분출측과 대향측의 구조물(16)의 벽면에는 곡선 형상의 볼록 형상부(16b)가 혼합 유체 유로(9, 10) 내에 돌출되도록 설치되어, 상기 혼합 유체 유로(9, 10)의 유로 단면적을 좁히는 축류부(17)를 형성하고 있지만, 상기 볼록 형상부(16b)는 구조물(16)과는 별체로서 상기 구조물(16)에 설치된 구조로 되어 있고, 상기 볼록 형상부(16b)가 교환 가능하게 되어 있다.

상기 축류부(17)가 원만하게 혼합 유체 유로(9, 10)의 유로 단면적을 바꾸도록 상기 볼록 형상부(16b)를 곡률 형상으로 형성함으로써, 혼합 유체 유로(9, 10)의 유로 단면적을 단계 형상으로 변화시키는 경우에 비해 압력 손실의 증가를 저감시킬 수 있다.

또한, 혼합 유체 유로(9, 10)의 단면적이 좁아진 부분에서의 정압을 저하시킴으로써, 혼합 유체(8)의 미립화가 촉진된다.

도 5 내지 도 7에 도시하는 본 실시예의 분무 노즐(61)에서는, 혼합 유체(8)를 외부로 분무하는 출구 구멍(11)의 분출측과 대향측이 되는 제2 합류부(92)에 면한 구조물(16)의 벽면에 혼합 유체 유로(9, 10) 내에 돌출된 곡선 형상의 볼록 형상부(16b)를 설치하여 상기 혼합 유체 유로(9, 10)의 유로 단면이 좁아지는 축류부(17)를 형성하고 있다.

이와 같이 분출측이 되는 출구 구멍(11)과는 반대측의 구조물(16)의 벽면에 곡선 형상의 볼록 형상부(16b)를 설치하면, 출구 구멍(11)의 근방에서 혼합 유체 유로(9, 10)를 흐르는 혼합 유체(8)는 분출 방향(도 5 중 X방향)을 향하는 흐름이 유기된다.

이로 인해, 고속으로 충돌하면서도 혼합 유체(8)의 분무는 분출 방향(X방향)으로의 속도 성분이 높아져, 분무 노즐(61)로부터 분무되는 혼합 유체(8)의 분무 입자의 유속은 빨라지고, 고속이고 또한 입자 직경이 작은 입자를 분무할 수 있다.

그리고, 본 실시예의 분무 노즐(61)에서 대향 배치된 혼합 유체 유로(9, 10)를 하향 유동한 혼합 유체(8)는 출구 구멍(11)의 근방의 제2 합류부(92)에서 서로 충돌하여 분무 노즐(61)의 선단부에 형성한 출구 구멍(11)으로부터 외부로 분무됨으로써, 미립화한 혼합 유체(8)는 혼합 유체 유로(9, 10)의 유동 방향[혼합 유체 유로(9, 10)가 배치된 방향]에 대해 직각 방향(도 7의 B-B선의 방향)이 되는 도 8에 도시하는 부채형의 분무를 형성하여 외부로 분출된다.

혼합 유체(8)를 외부로 분무하는 분무 노즐(61)의 출구 구멍(11)이 되는 분무 노즐(61)의 선단부의 격벽(15)에는 부채형 분무의 형성 방향과 동일한 방향으로 홈부(12)가 형성되어 있고, 이 홈부(12)와 혼합 유체 유로(9, 10)의 교차부가 혼합 유체(8)를 외부로 분무하는 출구 구멍(11)이 된다.

또한, 장해물이 되는 볼록 형상부(16b)를 구조물(16)의 선단의 벽면에 설치하는 경우에는 나사나 핀 등의 체결물에 의해 설치하는 것이 바람직하다.

그리고, 고유속 부분에서 혼합 유체 유로(9, 10) 내의 상기 볼록 형상부(16b)에 마모가 생긴 경우, 대상이 되는 볼록 형상부(16b)의 부분만을 교환하면 된다.

또한, 볼록 형상부(16b)의 부분을 내마모재로 하면, 내용 시간이 증가하는 것 외에, 혼합 유체 유로(9, 10) 전체를 내마모재로 하는 경우에 비해, 내마모재의 적용 부분을 저감시킬 수 있어, 비용적으로 우위가 된다.

내마모재는 일반적으로 내마모성이 다른 재료에 비해 높지만, 내열성이나 열변형에 대한 내력이 낮은 경우가 많다. 따라서, 상기 볼록 형상부(16b)를 내마모재로 형성하도록 하면, 내마모재의 적용 부분을 줄일 수 있어, 열변형에서의 변위량이 작은 것에 의해 내열성이나 열변형에 대한 내력이 향상된다. 이로 인해, 분무 노즐(1)의 혼합 유체 유로(9, 10) 전체를 내마모재로 하는 경우에 비해, 내용 시간이 증가한다.

본 실시예의 분무 노즐(61)에서는 혼합 유체 유로(9, 10)의 유로 단면적은 유로 단면이 좁아지는 축류부(17)를 형성하기 위해 출구 구멍(11)의 분출측과 대향측이 되는 구조물(16)의 선단의 벽면에, 혼합 유체 유로(9, 10) 내측에 장해물이 되도록 돌출된 곡면 형상의 볼록 형상부(16b)를 설치하고 있지만, 이 볼록 형상부(16b)의 설치 대신에 상기 혼합 유체 유로(9, 10)의 유로를 형성하는 홈의 깊이를 변경하여 유로 단면이 좁아지는 축류부(17)를 형성하는 것도 가능하다.

또한 본 실시예의 분무 노즐(61)에서는 혼합 유체 유로(9, 10)의 분출 구멍(11)과 반대측이 되는 구조물(16)의 선단측의 벽면 전방면에 장해물이 되는 볼록 형상부(16b)를 설치하였지만, 구조물(16)의 선단측의 벽면 전방면이 아니라, 구조물(16)의 선단측의 벽면 측면에 혼합 유체 유로(9, 10) 내측에 장해물이 되도록 돌출된 곡면 형상의 볼록 형상부(16b)를 설치해도, 혼합 유체 유로(9, 10)의 유로 단면적을 좁히게 되므로, 상기한 효과를 얻는 것이 가능하다.

본 실시예의 분무 노즐(61)을 채용하면, 분무용 매체의 사용량의 억제나 압력의 저감에 의해, 각각의 공급이나 가압력에 이용한 에너지 소비량을 저감시킬 수 있다. 또한, 분무용 매체로서 증기를 이용하는 경우, 연소 장치 내에 투입된 증기에 의한 연소 장치로의 열 효율이 저하되지만, 본 실시예의 분무 노즐을 이용하면, 증기의 사용량을 줄여도 미립화를 유지할 수 있으므로, 열 효율의 저하를 방지할 수 있다.

또한, 본 실시예의 분무 노즐(61)에서는 혼합 유체(8)를 분무 노즐(61)의 외부로 분무하는 출구 구멍(11)이 단일인 경우를 나타냈지만, 출구 구멍(11)을 복수 형성한 경우에도 본 실시예의 분무 노즐(61)에서는 출구 구멍(11) 근방의 혼합 유체 유로(9, 10)의 제2 합류부(92)에 면한 구조물(16)의 벽면에 혼합 유체 유로(9, 10) 내에 돌출된 곡선 형상의 볼록 형상부(16b)를 설치하여 도 5 내지 도 7에 도시한 바와 같이 상기 혼합 유체 유로(9, 10)의 유로 폭 방향 전체에 걸쳐서 유로 단면이 좁아지는 축류부(17)를 설치함으로써 혼합 유체(8)의 미립화 효과는 얻어진다.

또한, 분무 노즐(61)의 출구 구멍(11)을 늘리는, 소위 다공화에 의해, 하나의 출구 구멍(11)으로부터 분무되는 혼합 유체(8)의 분출량을 많게 하지 않고, 분무 노즐(1)로부터 분무하는 혼합 유체(8)의 분출량을 늘릴 수 있다. 즉, 출구 구멍(11)의 다공화에 의해 미립화 성능을 유지하면서 분무 노즐(1)의 대용량화가 가능해진다.

본 실시예에 따르면, 도 6에 도시한 바와 같이, 분무 유체의 입자 직경이 비교적 커지는 부채형 분무의 분무 중앙부(18)의 미립화를 촉진하고, 분무 유체 전체의 미립화의 촉진과, 분무 유체의 미세화에 이용하는 분무용 매체의 사용량의 저감 또는 가압력의 저감을 양립시켜 연소 효율을 향상시킨 분무 노즐을 실현할 수 있다.

[실시예 3]

다음에, 본 발명의 제1 실시예의 분무 노즐(1) 또는 제2 실시예의 분무 노즐(61)을 구비한 본 발명의 제3 실시예인 분무 노즐을 구비한 버너에 대해 도 8을 이용하여 설명한다.

도 8에 도시한 본 실시예의 분무 노즐을 구비한 버너에 이용되는 분무 노즐(1 및 61)은, 도 1 내지 도 4에 도시한 제1 실시예의 분무 노즐(1) 및 도 5 내지 도 7에 도시한 제2 실시예의 분무 노즐(61)이고, 따라서 양 실시예의 분무 노즐(1, 61)과 공통된 구성의 설명은 생략한다.

도 8에 본 실시예의 분무 노즐을 구비한 버너의 일례를 도시한다. 도 8에 도시한 본 실시예의 분무 노즐(1 또는 61)을 구비한 버너(20)에 있어서, 본 실시예의 버너(20)에서는 버너(20)의 중심축(21)의 선단에는, 도 1 내지 도 3에 도시한 분무 유체와 분무용 매체의 혼합 유체(8)를 분무하는 분무 노즐(1), 또는 도 5 내지 도 7에 도시한 분무 유체와 분무용 매체의 혼합 유체(8)를 분무하는 분무 노즐(61)을 구비하고, 이 중심축(21)의 선단 근처에 화염 안정용 장해물(22)을 구비하고 있다.

중심축(21)에 구비한 상기 장해물(22)로서는 선회류 발생용 선회 날개나 슬릿을 갖는 방해판 등이 일반적이다. 분무 노즐(1 또는 61)로부터는 분무 유체(2)와 분무용 매체(3)를 혼합한 혼합 유체(8)를 분무하고, 도 2 및 도 6에 도시한 제1 실시예 및 제2 실시예의 분무 노즐(1 또는 61)의 경우와 마찬가지로, 부채형의 분무(23)가 형성된다.

버너(20)의 연소용 공기는 윈도우 박스(24)로부터 3개의 유로로 나뉘어 공급된다. 중심의 분무 노즐(1)에 가까운 쪽으로부터, 1차 유로(25), 2차 유로(26), 3차 유로(27)이다. 1차 유로(25), 2차 유로(26), 3차 유로(27)로부터 각각 1차 공기(28), 2차 공기(29), 3차 공기(30)로서 공급되어 화로 내(31)에 분출된다.

이들 연소용 공기는 윈도우 박스(24)의 2차 유로(26) 및 3차 유로(27) 내에 각각 설치한 선회류 발생기(32, 33)나, 2차 유로(26)와 3차 유로(27) 사이의 출구측에 설치한 가이드판(34)에 의해 연소용 공기의 분출 방향을 바꾸어 화로(31) 내에 공급되어, 매진이나 NOx의 발생을 억제한다.

또한, 이들 연소용 공기는 상기 각 유로(25, 26, 27)에 각각 설치한 댐퍼(도시하지 않음)에 의해 상기 유량을 제어한다.

버너(20)는 화로(31)의 화로벽(35)에 설치되어 있고, 화로벽(35)에는 전열관(36)을 설치하여 열회수를 행하고 있다.

본 실시예의 분무 노즐(1 또는 61)을 구비한 버너(20)에 공급되는 연소용 공기는, 후술하는 도 9의 제4 실시예인 버너를 구비한 연소 장치에 도시한 바와 같이, 연소용 공기 공급 계통(41)으로부터 배관(45와 46)으로 분기되어, 각각 버너(20)와 공기 공급구(44)로부터 화로(31) 내로 분출시켜 공급한다. 연소용 공기를 버너(20)와 공기 공급구(44)로 나누어 화로(31) 내에 공급함으로써, 버너(20)에서 형성되는 화염의 온도를 저감시킨다.

또한, 버너(20) 근방의 화로(31) 내에서 공기 부족으로 연소함으로써 연료 중에 포함되는 질소분의 일부가 환원제로서 생성되어, 연소에 의해 발생하는 NOx를 질소로 환원하는 반응이 생긴다. 이로 인해, 화로(31)의 출구에서의 NOx 농도는 버너(20)로부터 모든 연소용 공기를 공급하는 경우에 비해 저감시킬 수 있다.

또한, 공기 공급구(44)로부터 남은 연소용 공기를 화로(31) 내에 공급하여, 연료를 완전 연소시킴으로써 미연소분을 저감시킨다. 공기 공급구(44)로부터 공급된 연소용 공기와 혼합한 연소 가스(47)는 화로(31)의 상부의 열교환기(48)에서 열교환된 후에, 연도(49)를 통해, 굴뚝(50)으로부터 대기로 방출된다.

본 실시예의 버너(20)에 구비된 분무 노즐(1)은, 도 1 내지 도 4에 도시한 제1 실시예의 분무 노즐(1), 또는 도 5 내지 도 7에 도시한 제2 실시예의 분무 노즐(61)을 채용하고 있으므로, 연료 액체인 분무 유체를 미립화하여, 액체 연료의 단위 중량당의 표면적이 증가하므로, 연소 반응이 진행되어, 연소 장치 출구에서의 미연소분이나 매진, 일산화탄소가 저감되어, 연소 장치의 연소 효율을 높게 할 수 있다.

또한, 연소 반응을 빠르게 진행시킴으로써, 산소의 소비가 진행되어, 질소산화물의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 미연소분이나 매진, 일산화탄소가 저감됨으로써, 연소 장치에 투입하는 잉여의 공기를 삭감할 수 있다.

그리고, 잉여의 공기를 감소시킴으로써 연소 배기 가스량도 저하되어, 연소 배기 가스와 함께 연소 장치 밖으로 방출되는 현열을 저하시켜, 연소 장치의 열 효율을 높일 수 있다.

본 실시예의 분무 노즐을 구비한 버너(20)에서는 상기 버너(20)에 공급하는 분무용 매체의 사용량의 억제나 압력의 저감에 의해, 분무용 매체의 공급이나 가압력에 사용한 에너지 소비량을 저감시킬 수 있다.

또한, 분무용 매체로서 증기를 이용하는 경우, 연소 장치 내에 투입된 증기에 의한 연소 장치에서의 열 효율이 저하되지만, 본 발명의 분무 노즐을 이용하면, 증기의 사용량을 줄여도 미립화를 종래와 동등하게 유지할 수 있으므로, 열 효율의 저하를 방지할 수 있다.

또한, 본 실시예의 분무 노즐을 구비한 버너(20)에서는 연료로서 액체 연료를 사용하는 경우를 나타냈지만, 주연료로서 미분탄 등의 고체 연료를 사용하고, 보조 연료로서 액체 연료를 사용하는 경우도 적용 가능하다. 이 경우, 분무 노즐(1 또는 61)로부터 액체 연료를 화로 내에 분무하는 경우에 상기의 효과가 얻어진다.

본 실시예에 따르면, 분무 유체의 입자 직경이 비교적 커지는 분무의 중앙부의 미립화를 촉진하여 분무 유체 전체의 미립화의 촉진과, 분무 유체의 미세화에 이용하는 분무용 매체의 사용량의 저감 또는 가압력의 저감을 양립시켜 연소 효율을 향상시킨 분무 노즐을 구비한 버너를 실현할 수 있다.

[실시예 4]

다음에, 본 발명의 제4 실시예인 버너를 구비한 연소 장치에 대해 도 9를 이용하여 설명한다.

도 9에 도시한 본 실시예의 버너(20)를 구비한 연소 장치(60)에 이용되는 분무 노즐(1 또는 61)은, 도 1 내지 도 4에 도시한 제1 실시예의 분무 노즐(1), 또는 도 5 내지 도 7에 도시한 제2 실시예의 분무 노즐(61)과 동일한 것이고, 분무 노즐(1 또는 61)을 구비한 버너(20)는 도 8에 도시한 제2 실시예의 버너(20)와 동일한 것이므로, 이들 실시예에 공통된 구성의 설명은 생략한다.

도 9에 본 실시예의 버너를 구비한 연소 장치의 일례를 도시한다. 도 9에 도시한 본 실시예의 버너(20)를 구비한 연소 장치(60)에 있어서, 본 실시예의 연소 장치(60)에서는, 분무 노즐(1 또는 61)을 구비한 버너(20)는 도 9에 도시되어 있는 바와 같이 화로(31)의 화로벽(35)에 복수개 설치된다.

분무 노즐(1 또는 61)을 구비한 상기 버너(20)에는 연소용 공기 공급 계통(41), 액체 연료 공급 계통(42) 및 분무용 매체 공급 계통(43)이 각각 접속되어 있다.

또한, 연료로서 상기 버너(20)에 고체 연료를 공급하는 경우에는, 고체 연료 공급 계통(도시하지 않음)이 더 배치되도록 구성하고 있다.

본 실시예의 버너(20)를 구비한 연소 장치(60)에 설치한 버너(20)는, 도 1 내지 도 4에 도시한 제1 실시예의 분무 노즐(1), 또는 도 5 내지 도 7에 도시한 제2 실시예의 분무 노즐(61)이 구비되어 있고, 이 버너(20)에 연소용 공기를 공급하는 연소용 공기 공급 계통(41)으로부터, 상기 버너(20)에 접속하는 배관(45)과, 상기 버너(20)의 하류측이 되는 화로(31)의 화로벽(35)에 형성된 공기 공급구(44)에 접속하는 배관(46)이 분기되어 배치되어 있다.

상기 연소용 공기 공급 계통(41)으로부터 분기된 배관(45)과 배관(46)에는 공급하는 공기의 유량을 조절하는 유량 조절 밸브(도시하지 않음)가 설치되어 있다.

또한, 상기 액체 연료 공급 계통(42)과 분무용 매체 공급 계통(43)에는 각각의 상류측에 액체 연료나 분무용 매체의 압력 및 유량을 조정하는 공급기(도시하지 않음)가 접속되어 있고, 이들 액체 연료 공급 계통(42)과 분무용 매체 공급 계통(43)의 하류 단부에 도 1 내지 도 4에 도시한 제1 실시예의 분무 노즐(1), 또는 도 5 내지 도 7에 도시한 제2 실시예의 분무 노즐(61)이 설치되어 있다.

본 실시예의 연소 장치(60)에 구비된 버너(20)에는, 공급되는 연소용 공기는 연소용 공기 공급 계통(41)으로부터 배관(45)과 배관(46)으로 분기되어, 버너(20)와 공기 공급구(44)로부터 각각 화로(31) 내로 분출되게 된다.

연소용 공기를 연소용 공기 공급 계통(41)으로부터 배관(45)과 배관(46)으로 분기되어 공급함으로써, 상기 버너(20)로부터 분무되어 화로(31) 내에 형성되는 화염의 온도를 저감시킨다.

또한, 본 실시예의 버너(20)를 구비한 연소 장치(60)에 있어서는, 버너(20)의 근방의 화로(31) 내에서 공기 부족으로 연료의 분무 유체를 연소시킴으로써 연료 중에 포함되는 질소분의 일부가 환원제로서 생성되고, 연소에 의해 발생하는 NOx를 질소로 환원하는 반응이 생긴다.

이로 인해, 화로(31)의 출구에서의 NOx 농도는 버너(20)로부터 모든 연소용 공기를 화로(31) 내에 공급하는 경우에 비해 저감시킬 수 있다.

또한, 연소용 공기 공급 계통(41)으로부터 분기된 배관(46)을 통해 공기 공급구(44)로부터 남은 연소용 공기를 화로(31) 내에 공급하고, 연료의 분무 유체를 완전 연소시킴으로써 미연소분을 저감시킨다.

상기 공기 공급구(44)로부터 공급된 연소용 공기와 혼합한 연소 가스(47)는 화로(31)의 상부에 설치된 열교환기(48)에서 열교환한 후에, 연도(49)를 통해 굴뚝(50)으로부터 대기로 방출된다.

또한, 본 실시예의 연소 장치(60)에 구비된 버너(20)에 도 1 내지 도 4에 도시한 제1 실시예의 분무 노즐(1), 또는 도 5 내지 도 7에 도시한 제2 실시예의 분무 노즐(61)을 채용함으로써, 액체 연료의 연료 유체를 미립화하여 분무함으로써 액체 연료의 단위 중량당의 표면적이 증가하므로, 연소 반응이 진행되어, 연소 장치(60)의 출구에서의 미연소분이나, 매진, 일산화탄소가 저감되어, 연소 장치의 연소 효율을 높게 할 수 있다.

또한, 연소 반응을 빠르게 진행시킴으로써, 산소의 소비가 진행되어, 질소산화물의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 미연소분이나, 매진, 일산화탄소가 저감됨으로써, 연소 장치에 투입하는 잉여의 공기를 삭감할 수 있다. 잉여의 공기가 줄어들면, 연소 배기 가스량도 저하되고, 연소 배기 가스와 함께 연소 장치 밖으로 방출되는 현열을 저하시켜, 연소 장치의 열 효율을 높일 수 있다.

분무용 매체의 사용량의 억제나 압력의 저감에 의해, 각각의 공급이나 가압력에 사용한 에너지 소비량을 저감시킬 수 있다. 또한, 분무용 매체로서 증기를 이용하는 경우, 연소 장치 내에 투입된 증기에 의한 연소 장치에서의 열 효율이 저하되지만, 상기한 제1 실시예의 분무 노즐(1) 또는 제2 실시예의 분무 노즐(61)을 상기 버너(20)에 이용함으로써, 증기의 사용량을 줄여도 미립화를 유지할 수 있으므로, 연소 장치의 열 효율의 저하를 방지할 수 있다.

도 9에 도시하는 본 실시예의 버너(20)를 구비한 연소 장치(60)에 있어서는, 연소용 공기를 연소용 공기 공급 계통(41)으로부터 배관(45) 및 배관(46)으로 분기되어 버너(20) 및 공기 공급구(44)의 양쪽으로부터 화로(31) 내로 공급하는 예를 나타냈지만, 연소용 공기를 버너(20)로부터만 화로(31) 내로 공급하는 경우에도 도 8에 도시한 제1 실시예의 분무 노즐(1) 또는 제2 실시예의 분무 노즐(61)을 구비한 버너(20)를 적용할 수 있다.

또한, 도 9에 도시하는 본 실시예의 버너를 구비한 연소 장치에서는 화로(31)를 구성하는 하나의 화로벽(35)에 도 8에 도시한 제3 실시예의 버너(20)를 설치한 경우를 도시하였지만, 화로(31)를 구성하는 복수의 화로벽(35)에 상기 버너(20)를 설치한 경우나, 화로(31)를 구성하는 화로벽(35)의 코너부에 상기 버너(20)를 설치한 경우에도 적용할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 분무 유체의 입자 직경이 비교적 커지는 분무의 중앙부의 미립화를 촉진하여 분무 유체 전체의 미립화의 촉진과, 분무 유체의 미세화에 이용하는 분무용 매체의 사용량의 저감 또는 가압력의 저감을 양립시켜 연소 효율을 향상시킨 분무 노즐을 갖는 버너를 구비한 연소 장치를 실현할 수 있다.

본 발명은 분무용 매체를 이용하여 분무 유체를 미립화하는 분무 노즐, 이 분무 노즐을 구비한 버너 및 이 버너를 구비한 연소 장치에 각각 적용 가능하다.

1 : 분무 노즐
2 : 분무 유체
3 : 분무용 매체
4, 5 : 분무 유체 유로
6, 7 : 분무용 매체 유로
8 : 혼합 유체
9, 10 : 혼합 유체 유로
11 : 출구 구멍
12 : 홈부
13, 14 : 굴곡부
15 : 격벽
16 : 구조물
16a, 16b : 볼록 형상부
17 : 축류부
18 : 부채형의 분무 중앙부
19 : 부채형의 분무 외연부
20 : 버너
21 : 동축 유로 구성 부재
22 : 장해물
23 : 분무
24 : 윈도우 박스
25 : 1차 유로
26 : 2차 유로
27 : 3차 유로
28 : 1차 공기의 흐름
29 : 2차 공기의 흐름
30 : 3차 공기의 흐름
31 : 화로
32, 33 : 선회류 발생기
34 : 가이드판
35 : 화로벽
36 : 전열관
41 : 연소용 공기 공급 계통
42 : 액체 연료 공급 계통
43 : 분무용 매체 공급 계통
44 : 공기 공급구
45, 46 : 배관
47 : 연소 가스의 흐름
48 : 열교환기
49 : 연도
50 : 굴뚝
60 : 연소 장치
61 : 분무 노즐
91 : 제1 합류부
92 : 제2 합류부

Claims (10)

1. 분무 유체를 분무용 매체와 혼합하여 미립화한 혼합 유체를 분무하는 분무 노즐이며, 상기 분무 노즐은 분무 노즐의 외면을 형성하는 격벽과, 이 격벽의 내부에 수용되는 구조물로 구성되어 있고,
   상기 분무 노즐의 입구측이 되는 상기 구조물의 외면에 복수의 홈부를 형성하여 상기 격벽의 내벽과 이들 홈부에서 분무 유체를 공급하는 복수의 분무 유체 유로를 형성하고,
   상기 분무 노즐의 입구측이 되는 상기 구조물의 내부에 분무용 매체를 공급하는 복수의 분무용 매체 유로를 형성하고,
   분무 유체를 공급하는 상기 복수의 분무 유체 유로에는 상기 분무 유체 유로의 도중에, 상기 분무용 매체 유로가 연통하여 상기 분무 유체와 상기 분무용 매체 유로로부터 공급된 분무용 매체가 합류하여 혼합 유체가 되는 제1 합류부를 형성하고,
   상기 제1 합류부의 하류측이 되는 상기 복수의 분무 유체 유로에는 이 분무 유체 유로를 하향 유동한 혼합 유체가 서로 대향하여 흐르도록 상기 분무 유체 유로와 연통한 혼합 유체 유로를 대향하여 배치하고,
   상기 혼합 유체 유로에는 분무 노즐의 선단부의 근방에, 대향하여 배치한 상기 혼합 유체 유로를 하향 유동한 혼합 유체가 서로 충돌하는 제2 합류부를 형성하고,
   상기 혼합 유체 유로에 형성한 제2 합류부에 면한 분무 노즐의 선단부의 상기 격벽에, 혼합 유체를 분무 노즐로부터 외부로 분무하는 출구 구멍을 형성하고,
   상기 혼합 유체 유로의 제2 합류부에 면한 부분에서의 유로를 형성하는 홈의 깊이가 제2 합류부의 상류측이 되는 부분에서의 유로를 형성하는 홈의 깊이보다도 짧게 되는 것을 특징으로 하는, 분무 노즐.
2. 분무 유체를 분무용 매체와 혼합하여 미립화시키는 분무 노즐이며, 상기 분무 노즐은 분무 노즐의 외면을 형성하는 격벽과, 이 격벽의 내부에 수용되는 구조물로 구성되어 있고,
   상기 분무 노즐의 입구측이 되는 상기 구조물의 외면에 복수의 홈부를 형성하여 상기 격벽의 내벽과 이들 홈부에서 분무 유체를 공급하는 복수의 분무 유체 유로를 형성하고,
   상기 분무 노즐의 입구측이 되는 상기 구조물의 내부에 분무용 매체를 공급하는 복수의 분무용 매체 유로를 형성하고,
   분무 유체를 공급하는 상기 복수의 분무 유체 유로에는 그 분무 유체 유로의 도중에, 상기 분무용 매체 유로가 연통하여 상기 분무 유체와 상기 분무용 매체 유로로부터 공급된 분무용 매체가 합류하여 혼합 유체가 되는 제1 합류부를 형성하고,
   상기 제1 합류부의 하류측이 되는 상기 복수의 분무 유체 유로에는 이 분무 유체 유로를 하향 유동한 혼합 유체가 서로 대향하여 흐르도록 상기 분무 유체 유로와 연통한 혼합 유체 유로를 대향하여 배치하고,
   상기 혼합 유체 유로에는 분무 노즐의 선단부의 근방에, 대향하여 배치한 상기 혼합 유체 유로를 하향 유동한 혼합 유체가 서로 충돌하는 제2 합류부를 형성하고,
   상기 혼합 유체 유로에 형성한 제2 합류부에 면한 분무 노즐의 선단부의 상기 격벽에, 혼합 유체를 분무 노즐로부터 외부로 분무하는 출구 구멍을 형성하고,
   상기 혼합 유체 유로는, 상기 제2 합류부에 면한 부분에서, 혼합 유체의 유동 방향과 수직한 단면에 있어서 상기 혼합 유체 유로의 유로 폭 방향의 중앙부에 볼록 형상부를 설치하고, 상기 혼합 유체 유로를 형성하는 홈의 깊이는 유로 폭 방향의 중앙부에서 유로 폭 방향의 단부에 비해 짧게 되는 것을 특징으로 하는, 분무 노즐.
3. 삭제
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 혼합 유체 유로 내에 돌출되도록 상기 구조물의 벽면에 설치한 돌출부는 상기 구조물에 교환 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는, 분무 노즐.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 혼합 유체 유로의 제2 합류부에 면한 출구 구멍을 형성한 격벽에, 대향하여 배치된 상기 혼합 유체 유로를 통해 상기 제2 합류부에 하향 유동하는 혼합 유체의 유동 방향과 직교 방향으로 제2 홈부를 형성하고, 상기 출구 구멍은 상기 제2 합류부와 상기 제2 홈부의 교차부에 형성하고 있는 것을 특징으로 하는, 분무 노즐.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 혼합 유체 유로에는 상기 혼합 유체 유로가 상기 분무 유체 유로와 연통하는 연통부로 혼합 유체의 유동 방향을 바꾸는 굴곡부가 형성되는 것을 특징으로 하는, 분무 노즐.
7. 액체 연료를 연료로서 이용하는 분무 노즐을 구비한 버너이며,
   분무 노즐로서 제1항 또는 제2항에 기재된 분무 노즐을 이용하여, 상기 액체 연료를 상기 분무 유체로서 상기 분무 노즐에 공급하고, 증기 또는 압축 공기를 상기 분무용 매체로서 상기 분무 노즐에 공급하는 것을 특징으로 하는, 분무 노즐을 구비한 버너.
8. 고체 연료와 그 반송 기체를 분출하는 연료 노즐과, 액체 연료를 분무하는 분무 노즐과, 상기 고체 연료 및 액체 연료를 연소시키는 연소용 기체를 분출하는 연소용 기체 노즐을 구비한 버너이며,
   상기 분무 노즐로서, 제1항 또는 제2항에 기재된 분무 노즐을 이용하여, 상기 액체 연료를 상기 분무 유체로서 상기 분무 노즐에 공급하고, 증기 또는 압축 공기를 상기 분무용 매체로서 상기 분무 노즐에 공급하는 것을 특징으로 하는, 분무 노즐을 구비한 버너.
9. 화석 연료를 연소시키는 버너를 구비한 연소 장치이며,
   화석 연료를 연소시키는 연소로와, 상기 연소로에 화석 연료를 공급하는 연료 공급 계통과, 상기 연소로에 연소용 기체를 공급하는 연소용 기체 공급 계통과, 상기 연료 공급 계통과 상기 연소용 기체 공급 계통이 접속하여 상기 연소로의 노벽에 설치된 화석 연료를 연소시키는 버너와, 상기 연소로에서 발생한 연소 배기 가스로부터 열회수하는 열교환기와, 상기 열회수된 연소 배기 가스를 상기 연소로의 외부로 공급하는 연도를 갖고,
   상기 버너로서, 화석 연료의 액체 연료를 사용한 제7항에 기재된 버너를 이용하고 있는 것을 특징으로 하는, 버너를 구비한 연소 장치.
10. 고체 연료와 액체 연료를 연소시키는 버너를 구비한 연소 장치이며,
    연료를 연소시키는 연소로와, 상기 연소로에 고체 연료를 공급하는 고체 연료 공급 계통과, 상기 연소로에 액체 연료를 공급하는 액체 연료 공급 계통과, 상기 연소로에 연소용 기체를 공급하는 연소용 기체 공급 계통과, 상기 연료 공급 계통과 상기 연소용 기체 공급 계통이 접속하여 상기 연소로의 노벽에 설치된 상기 고체 연료나 액체 연료를 연소시키는 복수의 버너와, 상기 연소로에서 발생한 연소 배기 가스로부터 열회수하는 열교환기와, 상기 열회수된 연소 배기 가스를 상기 연소로의 외부로 공급하는 연도를 구비하고 있고,
    상기 버너로서, 제8항에 기재된 버너를 이용하고 있는 것을 특징으로 하는, 버너를 구비한 연소 장치.

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