KR101898831B1 - 라디언트 튜브 버너 - Google Patents

라디언트 튜브 버너 Download PDF

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KR101898831B1
KR101898831B1 KR1020177016942A KR20177016942A KR101898831B1 KR 101898831 B1 KR101898831 B1 KR 101898831B1 KR 1020177016942 A KR1020177016942 A KR 1020177016942A KR 20177016942 A KR20177016942 A KR 20177016942A KR 101898831 B1 KR101898831 B1 KR 101898831B1
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fuel gas
combustion
radiant tube
tube
gas guide
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KR1020177016942A
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Inventor
겐스케 가와바타
다케시 아리마츠
Original Assignee
쥬가이로 고교 가부시키가이샤
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Abstract

라디언트 튜브 내로 연료 가스를 안내하는 연료 가스 안내관을 설치하는 동시에, 라디언트 튜브 내로 공급된 연소용 공기를 연료 가스 안내관의 외주측으로 안내하여 연료 가스와 혼합해 연소하게 하는 연소통을, 연료 가스 안내관의 선단부보다 라디언트 튜브 내로 연장하도록 설치하고, 연소통의 연소용 공기 도입측에 외주부로, 연소용 공기가 연소통과 라디언트 튜브와의 사이로 안내되는 것을 억제하는 억제 플레이트를 설치하는 동시에, 연소통과 연료 가스 안내관과의 사이에, 연료 가스 안내관의 외주측으로 안내된 연소용 공기를 선회하게 하면서 연료 가스와 혼합하게 하는 선회 날개를 설치했다.

Description

라디언트 튜브 버너 {Radiant tube burner}
본 발명은, 라디언트 튜브 버너에 관한 것이다. 특히, 라디언트 튜브 내로 연료 가스를 안내하는 연료 가스 안내관이 설치되는 동시에, 라디언트 튜브 내로 공급된 연소용 공기를 상기 연료 가스 안내관의 외주측으로 안내하여, 이 연소용 공기를 상기 연료 가스 안내관에서 분출된 연료 가스와 혼합해 연소하게 하는 연소통이, 상기 연료 가스 안내관의 선단부보다 라디언트 튜브 내로 연장하도록 설치된 라디언트 튜브 버너에 있어서, 연료 가스 안내관의 외주측으로 안내된 연소용 공기와 연료 가스 안내관에서 분출된 연료 가스가 상기 연소통 내에서 신속하게 혼합되고, 연료 가스가 적절하게 연소되도록 하여, 라디언트 튜브가 용손하거나 하는 일 없이, 연소시에 그을음(스모크)이 발생하는 것을 적절하게 방지할 수 있도록 한 점에 특징을 가지는 것이다.
종래부터, 공업용 가열로나 열처리로 등에 있어서는, 피가열물을 가열시킬 때, 화염이 피가열물에 접촉하고, 피가열물이 산화되거나 하는 것을 방지하기 위해, 특허 문헌 1 등에 나타내는 바와 같이, 라디언트 튜브 내에 있어서, 연료 가스를 연소용 공기와 혼합해 연소하게 한 라디언트 튜브 버너가 이용되고 있다.
여기서, 이러한 라디언트 튜브 버너에 있어서는, 연료 가스를 연소용 공기와 혼합해 연소하게 한 경우에, NOx가 발생해 연소 배기 가스 중에 NOx가 포함되어 배출될 우려가 있다.
이 때문에, 특허 문헌 2에 있어서는, 연료 가스를 연소용 공기와 혼합해 연소하게 하는 연소통에 연소 배기 가스를 되돌리도록 해서 연소하게 하고, 또한 특허 문헌 3에 있어서는, 연료 가스를 연소용 공기와 혼합해 연소하게 하는 연소통의 하류측으로 연소용 공기의 일부를 안내해 2단계의 연소를 하도록 하고, 이것에 의해 연소를 완만하게 해 화염의 온도를 내려, NOx가 발생하는 것을 방지하는 것을 나타내고 있다.
그러나, 이와 같이 연소를 완만하게 해 화염의 온도를 내리고, 연료 가스를 연소하게 하도록 한 경우, 그을음이 발생하기 쉬워지고, 특히, 연료 가스에 대한 연소용 공기의 양을 적게 해, 공기비μ(실제의 공기량 / 이론 공기량)를 1.0 이하로 해서 연소하면, 그을음의 발생이 많아진다고 하는 문제가 있었다.
또한, 종래에 있어서는, 특허 문헌 4에 나타내는 바와 같이, 라디언트 튜브 내에, 연료 가스와 연소용 공기를 축심 주위의 선회류 상태로 공급해 연소하게 하도록 한 것을 나타내고 있다.
여기서, 이와 같이 연료 가스와 연소용 공기를 축심 주위의 선회류 상태로 공급한 경우, 연료 가스와 연소용 공기가 신속하게 혼합하고 연소되어, 그을음의 발생이 억제되게 되지만, 연소가 재빠르게 이루어져서 화염의 온도가 높아지고, 이러한 연소가 이루어지는 연료 분출 부분의 근방이 국부적으로 과열되어, 라디언트 튜브가 부분적으로 용손한다고 하는 문제가 있었다.
일본국 특개2006-308175호 공보 일본국 특개평11-201416호 공보 일본국 특개평11-201417호 공보 일본국 특개2013-185791호 공보
본 발명은, 라디언트 튜브 버너에 있어서의 상기와 같은 문제를 해결하는 것을 과제로 하는 것이다.
특히, 라디언트 튜브 내로 연료 가스를 안내하는 연료 가스 안내관이 설치되는 동시에, 라디언트 튜브 내로 공급된 연소용 공기를 상기 연료 가스 안내관의 외주측으로 안내하고, 이 연소용 공기를 상기 연료 가스 안내관에서 분출된 연료 가스와 혼합해 연소하게 하는 연소통이, 상기 연료 가스 안내관의 선단부보다 라디언트 튜브 내로 연장하도록 설치된 라디언트 튜브 버너에 있어서, 연료 가스 안내관의 외주측으로 안내된 연소용 공기와 연료 가스 안내관에서 분출된 연료 가스가, 상기 연소통 내에 있어서 신속하게 혼합되고, 연료 가스가 적절하게 연소되도록 하여, 라디언트 튜브가 용손하거나 하는 일 없이, 연소시에 그을음이 발생하는 것을 적절하게 방지할 수 있도록 하는 것을 과제로 하는 것이다.
본 발명에 관한 라디언트 튜브 버너에 있어서는, 상기와 같은 과제를 해결하기 위해, 라디언트 튜브 내에 연료 가스를 안내하는 연료 가스 안내관이 설치되는 동시에, 라디언트 튜브 내에 공급된 연소용 공기를 상기 연료 가스 안내관의 외주측으로 안내하고, 이 연소용 공기를 상기 연료 가스 안내관에서 분출된 연료 가스와 혼합해 연소하게 하는 연소통이, 상기 연료 가스 안내관의 선단부보다 라디언트 튜브 내로 연장하도록 설치된 라디언트 튜브 버너에 있어서, 상기 연소통의 연소용 공기 도입측의 외주부에, 연소용 공기가 연소통과 라디언트 튜브와의 사이로 안내되는 것을 억제하는 억제 플레이트를 설치하는 동시에, 상기 연소통과 연료 가스 안내관과의 사이로, 연료 가스 안내관의 외주측으로 안내된 연소용 공기를 선회하게 하면서 상기 연료 가스와 혼합하는 선회 날개를 설치하도록 했다.
여기서, 이 라디언트 튜브 버너에 있어서는, 라디언트 튜브 내에 공급된 연소용 공기가, 상기 연소통의 연소용 공기 도입측의 외주부에 설치된 억제 플레이트에 의해 억제되고, 유로의 단면적을 적게 한 상태로 이 연소용 공기가 연소통과 연료 가스 안내관과의 사이로 안내되기 때문에, 연소용 공기의 유속(流速)이 증가한다. 그리고, 이 연소용 공기가 상기 선회 날개에 의해 고속으로 선회되면서, 연료 가스 안내관의 선단부로부터 분출된 연료 가스와 연소통 내에서 신속하게 혼합되므로, 이 연소통 내에서 연료 가스가 충분히 연소되게 되고, 연소시에 있어서의 그을음의 발생이 억제된다. 또한, 이 때 상기 연소통이 용손하거나 하는 것을 방지하기 위해서는, 상기 연소에 의해 연소통이 내열 온도 이상이 되지 않도록, 연소통의 지름이나 길이를 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 라디언트 튜브 버너에 있어서, 연소통과 연료 가스 안내관과의 사이로, 연소용 공기를 선회시키는 선회 날개를 설치할 때는, 이 선회 날개를, 연료 가스를 안내하는 연료 가스 안내관의 선단부 근방에 설치하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 선회 날개에 의해 선회된 연소용 공기가, 연료 가스 안내관의 선단부로부터 분출된 직후에 연료 가스와 보다 신속하게 혼합되어, 연소시에 있어서의 그을음의 발생이 한층 억제되게 된다.
또한, 본 발명의 라디언트 튜브 버너에 있어서는, 연소통과 연료 가스 안내관과의 사이에 선회 날개를 설치할 때, 연료 가스 안내관의 축방향에 대해 경사진 선회 날개를, 상기 연소통과 연료 가스 안내관과의 사이에 있어서 주(周)방향으로 복수 설치하게 할 수 있다.
또한, 상기와 같이 연료 가스 안내관의 축방향에 대해 선회 날개를 경사지게 설치할 때는, 연료 가스 안내관의 축방향에 대해 경사진 선회 날개의 경사각θ을 15˚ ~ 45˚의 범위로 하는 것이 바람직하다. 이것은, 선회 날개의 경사각θ이 15˚ 미만이 되면, 선회 날개에 의해 연소용 공기를 충분히 선회하게 하여 연료 가스와 신속하게 혼합하도록 하는 것이 곤란하게 되는 한편, 선회 날개의 경사각θ이 45˚를 넘으면, 연소용 공기의 흐름이 고르지 않게 되고, 연료 가스와 적절하게 혼합하도록 하는 것이 곤란하게 되어, 어떤 경우라도, 연소시에 있어서의 그을음의 발생을 충분히 억제하는 것이 곤란해 지기 때문이다.
또한, 본 발명의 라디언트 튜브 버너에 있어서는, 상기 억제 플레이트에, 상기 연소용 공기의 일부를 연소통의 외주부로 안내하여 연소통을 냉각하게 하는 냉각용 통기부를 설치할 수 있다. 이렇게 하면, 상기와 같이 연소용 공기를 선회 날개에 의해 선회되면서 연료 가스와 신속히 혼합하도록 하고, 연료 가스를 연소통 내에서 연소하게 할 경우, 연소통이 국부적으로 과열되는 것이 억제되어, 연소통이 내열 온도 이상이 되지 않도록 하고, 연소통이 부분적으로 용손하는 것이 방지된다.
또한, 본 발명의 라디언트 튜브 버너에 있어서는, 연소용 공기를 연료 가스와 혼합해 연소통 내에서 연소하게 할 때, 공기비μ를 1 이하로 한 경우에도, 상기와 같이 연소용 공기가 상기 선회 날개에 의해 선회되면서, 연료 가스 안내관의 선단부에서 분출된 연료 가스와 연소통 내에 있어서 신속하게 혼합되고, 이 연소통 내에서 연료 가스가 충분히 연소되게 되어, 연소시에 그을음이 발생하는 것이 억제된다.
본 발명에 있어서의 라디언트 튜브 버너에서는, 상기와 같이 연소용 공기를 연료 가스 안내관과 그 외주측에 설치한 연소통과의 사이로 안내하여, 이 연소용 공기를 선회 날개에 의해 선회하게 하면서, 연료 가스 안내관의 선단부에서 분출된 연료 가스와 연소통 내에서 혼합해 연소하게 하도록 했기 때문에, 연소용 공기와 연료 가스가 연소통 내에 있어서 신속하게 혼합해 연소되고, 연소시에 있어서의 그을음의 발생이 억제되는 동시에, 라디언트 튜브가 용손하는 것도 방지되게 된다.
도 1은, 본 발명의 일실시 형태에 관한 라디언트 튜브 버너에 있어서, 라디언트 튜브를 가열로의 노벽을 통해 가열로 내로 안내하는 상태를 나타낸 개략 단면 설명도이다.
도 2는, 동실시 형태에 관한 라디언트 튜브 버너에 있어서, 상기 도 1에 있어서의 A - A선 단면 설명도이다.
도 3은, 동실시 형태에 관한 라디언트 튜브 버너에 있어서, 상기 도 1에 있어서의 B - B선 단면 설명도이다.
도 4는, 동실시 형태에 관한 라디언트 튜브 버너에 있어서, 연소통과 연료 가스 안내관과의 사이에 선회 날개를 설치할 때, 선회 날개를 연료 가스 안내관의 축방향에 대해 소정의 경사각θ으로 경사지도록 설치한 상태를 나타낸 부분 설명도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 관한 라디언트 튜브 버너를 첨부 도면에 근거해 구체적으로 설명한다. 또한, 본 발명에 관한 라디언트 튜브 버너는, 하기의 실시 형태에 나타낸 것에 한정하지 않고, 발명의 요지를 변경하지 않는 범위에서, 적절하게 변경하여 실시할 수 있는 것이다.
이 실시 형태에서의 라디언트 튜브 버너(10)에 있어서는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 라디언트 튜브(11)를 가열로(1)의 노벽(1a)를 통해 가열로(1) 내로 안내하도록 하고 있다.
여기서, 이 라디언트 튜브 버너(10)에 있어서는, 가열로(1)의 노(爐)외로 연장된 라디언트 튜브(11)의 일단부에, 가열로(1) 내에 도입된 라디언트 튜브(11) 내로 연료 가스를 안내하는 연료 가스 안내관(12)를 설치하고, 이 연료 가스 안내관(12)의 중심부에 착화용의 점화 플러그(13)를 설치하는 동시에, 라디언트 튜브(11) 내로 연소용 공기를 공급하는 연소용 공기 공급관(14)을 설치하고 있다.
그리고, 이 실시 형태에서의 라디언트 튜브 버너(10)에서는, 라디언트 튜브(11) 내에 설치된 상기 연료 가스 안내관(12)의 외주측으로, 연소통(15)을 연료 가스 안내관(12)의 선단부보다 라디언트 튜브(11) 내로 연장하도록 설치하고, 상기와 같이 라디언트 튜브(11) 내로 공급된 연소용 공기를, 이 연소통(15)과 연료 가스 안내관(12)과의 사이로 안내하도록 하고 있다.
또한, 이와 같이 연소통(15)과 연료 가스 안내관(12)과의 사이로 안내된 연소용 공기를, 연소통(15)과 연료 가스 안내관(12)과의 사이에 설치한 선회 날개(16)에 의해 선회하게 하면서, 연료 가스 안내관(12)의 선단부보다 전방으로 연장된 연소통(15) 내에 있어서, 상기 연소용 공기를 연료 가스 안내관(12)의 선단에 설치된 연료 가스 분출구(12a)에서 분출된 연료 가스와 혼합해 연소하게 하도록 하고 있다.
그리고, 상기와 같이 라디언트 튜브(11) 내로 공급된 연소용 공기를, 연료 가스 안내관(12)과 그 외주에 설치된 연소통(15)과의 사이로 안내할 때는, 상기 연소통(15)의 연소용 공기 도입측의 단부에, 라디언트 튜브(11) 내로 공급된 연소용 공기가 연소통(15)과 라디언트 튜브(11)와의 사이로 안내되는 것을 억제하는 억제 플레이트(17)를 설치하도록 하고 있다.
여기서, 이 실시 형태에 있어서는, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 상기 억제 플레이트(17)의 외경을 라디언트 튜브(11)의 내경보다 다소 작게 하고, 연소용 공기의 일부를 연소통(15)의 외주부로 안내하여 연소통(15)를 냉각하게 하기 위한 냉각용 통기부(17a)를, 상기 억제 플레이트(17)의 외주와 라디언트 튜브(11)의 내주와의 사이에 일정한 간격으로 설치하는 동시에, 상기 연소통(15)과 연료 가스 안내관(12)과의 사이에 있어서, 공기 도입구(17b)를 주방향으로 복수 설치하여, 이들 공기 도입구(17b)를 통해, 라디언트 튜브(11) 내로 공급된 연소용 공기를, 상기 연소통(15)과 연료 가스 안내관(12)과의 사이로 안내하도록 하고 있다.
그리고, 이 실시 형태와 같이, 냉각용 통기부(17a)를 억제 플레이트(17)의 외주와 라디언트 튜브(11)의 내주와의 사이에 일정한 간격으로 설치하게 하면, 연소통(15)에 억제 플레이트(17) 등을 부착한 상태로, 이것들을 라디언트 튜브(11) 내에 설치하는 작업이 용이하게 되는 한편, 이것들을 라디언트 튜브(11) 내에 적당한 유지 부재(도시하지 않음)에 의해 유지시키는 것이 필요하게 된다. 또한, 도시하고 있지 않지만, 상기 억제 플레이트(17)에 냉각용 통기부(17a)를 부분적으로 설치하게 하거나, 또한 냉각용 통기부(17a)를 설치하지 않게 하도록 하는 것도 가능하다.
또한, 이 실시 형태에서는, 상기 연소통(15) 내에 있어서, 상기와 같이 연소통(15)과 연료 가스 안내관(12)과의 사이로 안내된 연소용 공기를 선회 날개(16)에 의해 선회하게 하고, 연료 가스 안내관(12) 선단의 연료 가스 분출구(12a)에서 분출된 연료 가스와 혼합하게 할 때, 상기 연료 가스 안내관(12)의 선단부 근방에서, 도 3에 나타내는 바와 같이, 연료 가스 안내관(12)의 선단측에서 본 형상이 부채꼴 모양이 된 선회 날개(16)를, 도 4에 나타내는 바와 같이 라디언트 튜브(11)의 축방향 X에 대해 소정의 경사각θ으로 경사지게 하고, 상기 연소통(15)과 연료 가스 안내관(12)과의 사이에서 주방향으로 복수매(도면에 나타내는 예로는 8장) 배치시키도록 하고 있다. 또한, 선회 날개(16)는, 연료 가스 안내관(12)의 선단부의 가능한한 근방에 배치하는 것이 좋고, 선회 날개(16)의 적어도 일부가 연료 가스 안내관(12)의 선단면과 같은 위치에 있는 것이 바람직하다.
여기서, 이 실시 형태에 있어서는, 주방향으로 복수매의 선회 날개(16)를 배치하게 할 때, 도 3에 나타내는 바와 같이, 인접한 선회 날개(16)가 방사 방향을 따라 부분적으로 겹쳐져서 반대측이 보이지 않도록 하고 있다. 이렇게 하면, 상기 공기 도입구(17b)를 통해 연소통(15)과 연료 가스 안내관(12)과의 사이로 안내된 연소용 공기가, 선회 날개(16)에 닿지 않고 직접 통과하는 것이 방지되어, 연소용 공기가 각 선회 날개(16)를 따라 선회되면서, 연료 가스 분출구(12a)에서 분출된 연료 가스와 연소통(15) 내에서 적절하게 혼합되게 된다.
또한, 도 4에 나타내는 바와 같이, 선회 날개(16)를 라디언트 튜브(11)의 축방향 X에 대해 소정의 경사각θ으로 경사지게 설치할 때는, 상기와 같이 연소통(15)과 연료 가스 안내관(12)와의 사이로 안내된 연소용 공기가, 선회 날개(16)에 의해 충분히 선회하여 연료 가스 분출구(12a)에서 분출된 연료 가스와 연소통(15) 내에서 신속하게 혼합해 연소되도록 하기 때문에, 라디언트 튜브(11)의 축방향 X에 대한 선회 날개(16)의 경사각θ이 15˚ ~ 45˚의 범위가 되도록 하고 있다.
그리고, 상기와 같이 연소통(15)과 연료 가스 안내관(12)과의 사이로 안내된 연소용 공기를 선회 날개(16)에 의해 선회하게 하고, 이 연소용 공기를 연료 가스 분출구(12a)에서 분출된 연료 가스와 연소통(15) 내에서 신속하게 혼합해 연소하게 하면, 연소시에 있어서의 그을음의 발생이 억제된다. 또한, 이 실시 형태에 있어서는, 상기 연소에 의해 연소통(15)이 용손하는 것을 방지하기 때문에, 연소시에 연소통(15)이 내열 온도 이상이 되지 않도록 연소통(15)의 지름이나 길이를 설정하고 있다.
또한, 이 실시 형태에서의 라디언트 튜브 버너(10)에 있어서는, 상기와 같이 연료 가스와 연소용 공기를 연소통(15) 내에서 신속하게 혼합해 연소하도록 했기 때문에, 연료 가스에 대한 연소용 공기의 양을 적게 하고, 공기비μ를 1.0 이하로 해 연소한 경우에도, 연소시에 있어서의 그을음의 발생이 억제되게 되고, 공기비μ의 조정 범위가 넓은 라디언트 튜브 버너(10)를 제공할 수 있다. 또한, 공기비μ를 1.0 근처로 연소하게 하여, 공기비μ가 랜덤으로 1.0 이하가 되도록 한 경우에도 그을음의 발생이 걱정없이 해결된다.
1 : 가열로(爐)
1a : 노(爐)벽
10 : 라디언트 튜브 버너
11 : 라디언트 튜브
12 : 연료 가스 안내관
12a : 연료 가스 분출구
13 : 점화 플러그
14 : 연소용 공기 공급관
15 : 연소통
16 : 선회 날개
17 : 억제 플레이트
17a : 냉각용 통기부
17b : 공기 도입구
X : 연료 가스 안내관의 축방향
θ : 경사각

Claims (5)

  1. 라디언트 튜브 내로 연료 가스를 안내하는 연료 가스 안내관이 설치되는 동시에, 라디언트 튜브 내로 공급된 연소용 공기를 상기 연료 가스 안내관의 외주측으로 안내하고, 이 연소용 공기를 상기 연료 가스 안내관에서 분출된 연료 가스와 혼합해 연소하게 하는 연소통이, 상기 연료 가스 안내관의 선단부보다 라디언트 튜브 내로 연장하도록 설치된 라디언트 튜브 버너에 있어서, 상기 연소통의 연소용 공기 도입측의 외주부로, 연소용 공기가 연소통과 라디언트 튜브와의 사이로 안내되는 것을 억제하는 억제 플레이트를 설치하는 동시에, 상기 연소통과 연료 가스 안내관과의 사이에, 연료 가스 안내관의 외주측으로 안내된 연소용 공기를 선회하게 하면서 상기 연료 가스와 혼합하는 선회 날개를 연료 가스 안내관의 축방향에 대하여 경사지게 주(周)방향으로 복수 설치하고, 인접한 선회 날개가 방사 방향을 따라 부분적으로 겹쳐서 반대측이 보이지 않도록 배치하게 한 것을 특징으로 하는 라디언트 튜브 버너.
  2. 청구항 1의 기재에 있어서,
    상기 선회 날개를, 연료 가스를 안내하는 연료 가스 안내관의 선단부 근방에 설치한 것을 특징으로 하는 라디언트 튜브 버너.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2의 기재에 있어서,
    상기 억제 플레이트에, 상기 연소용 공기의 일부를 연소통의 외주부로 안내하여 연소통을 냉각하게 하기 위한 냉각용 통기부를 설치한 것을 특징으로 하는 라디언트 튜브 버너.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2의 기재에 있어서,
    연소용 공기를 연료 가스와 혼합해 연소통 내에서 연소하게 할 때, 공기비μ를 1 이하로 한 것을 특징으로 하는 라디언트 튜브 버너.
  5. 삭제
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