KR102230014B1 - 균일 예혼합(gas+air)을 위한 예혼합기 형상 - Google Patents

균일 예혼합(gas+air)을 위한 예혼합기 형상 Download PDF

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Abstract

본 발명은 균일 예혼합(GAS+AIR)을 위한 예혼합기 형상에 관한 것으로, 내부에 공기 및 연료의 혼합을 위한 혼합공간을 포함하는 사각 함체로 전면에 형성된 개구부에 혼합연료가 연소되는 메탈파이버를 갖는 하우징과; 상기 하우징의 상단 후측에 관통 결합되어 상기 혼합공간으로 공기를 공급하는 공기공급관과; 상기 공기공급관을 통해 공급되는 공기가 혼합공간의 내벽면을 따라 메탈파이버 측으로 유동되도록 내벽면에 이격되어 상기 혼합공간에 차폐 구비되며, 상기 하우징에 관통 연결된 연료를 연료공급관이 연결되고, 소정의 두께를 가지며, 내부에 공급연료를 수용하는 공간을 갖는 패널로 둘레를 따라 테두리부에 간격을 두고 공급된 연료를 혼합공간의 내벽면 측으로 분출하는 다수의 연료분출구가 형성된 연료챔버와; 상기 혼합공간에 구비됨과 동시에 상기 연료챔버의 후방에 위치되어 상기 공기공급관을 통해 공급되는 공기의 유속을 감속시킬 수 있도록 상/하 간격을 두고 구비되는 하나 이상의 정류판을 포함하여 구성되며, 상기 혼합공간의 내벽면과 상기 연료챔버의 테두리부 사이에는 공기가 연료분출구를 통해 분사되는 연료와 공기가 혼합 유동될 수 있도록 유동간극을 유지하는 간극리브가 더 구비되며, 상기 유동간극은 상부간극, 하부간극 및 측부간극으로 구분되며, 상기 측부간극은 좌우 대칭으로 동일한 간극을 형성하고, 상부간극은 하부간극에 비해 더 넓게 형성될 수 있도록 상기 연료챔버가 하측으로 편심되게 위치되는 것을 특징으로 하여 기존에 비해 컴팩트하게 구조 변경하여 예혼합기의 설치 공간을 축소시킬 수 있으며, 연료(GAS)와 공기를 미리 혼합시켜 혼합율을 상승시키고, 혼합가스를 균일한 유속으로 연소기에 공급시킬 수 있어 연소효율을 극대화 시킬 수 있는 균일 예혼합(GAS+AIR)을 위한 예혼합기 형상에 관한 것이다.

Description

균일 예혼합(GAS+AIR)을 위한 예혼합기 형상{Pre-mixer geometry for homogeneous premixing (GAS+AIR)}
본 발명은 균일 예혼합(GAS+AIR)을 위한 예혼합기 형상에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 기존에 비해 컴팩트하게 구조 변경하여 예혼합기의 설치 공간을 축소시킬 수 있으며, 연료(GAS)와 공기를 미리 혼합시켜 혼합율을 상승시키고, 혼합가스를 균일한 유속으로 연소기에 공급시킬 수 있어 연소효율을 극대화 시킬 수 있는 균일 예혼합(GAS+AIR)을 위한 예혼합기 형상에 관한 것이다.
일반적으로, 예혼합 표면연소버너는 연료가스와 공기를 미리 혼합시켜 연소매트(Metal Fiber Mat)에 공급하여 연소매트의 표면에서 연소가 일어나도록 하는 버너로, 화염의 안정성이 높고 연소성능이 우수하며, 배기가스 중의 질소산화물(NOx), 일산화탄소(CO) 등의 오염물질과 연소소음이 크게 줄어드는 장점이 있다.
이러한 예혼합 표면연소버너는 연료가스와 공기를 미리 혼합시켜 버너에 공급하는 예혼합기, 연료가스와 공기의 혼합가스의 연소가 이루어지는 연소매트, 초기 점화를 위한 파이로트 점화장치, 화염을 감지하는 화염감지기, 송풍기, 가스밸브 등으로 구성된다.
그리고, 예혼합 표면연소버너는 원통형타입과 사각 평면 타입이 있으며, 공기(Air)와 연료(Gas)를 미리 예혼합 시켜 표면 연소기로 공급시켜 표면 연소기 표면에서 연소가 일어나는 원리를 이용한 연소기로 높은 화염의 안전성과 질소산화물(NOx), 일산화탄소(CO) 등의 배기가스 오염물질을 혁신적으로 줄일 수 있는 우수한 연소 성능, 광범위한 연소영역 연소에 따른 연소실내에서의 연소소음을 줄일 수 있는 등의 장점을 갖고 있는 연소기로 일부 가정용 보일러에 적용되고 있으며, 산업용으로는 일반노(Furnace), 튀김기 등에 일부 상용화 되었으며 산업용 보일러용으로는 아직 연구개발 단계이다. 기존 소형의 표면 연소기는 버너 매트 표면 면적이 작아 혼합가스를 믹스하여 매트 표면에 고르게 화염이 발생하도록 하는 것이 용이 하였으나, 상대적으로 대형인 산업용 보일러는 버너 매트의 단면적이 넓어 버너 매트 전면에 균일한 화염이 발생하도록 하는 것이 어렵기 때문에 균일한 예혼합이 중요한 요소로 작용한다. 예혼합 표면연소용 연소기에 있어서 가장 중요한 부속장치로는 실제로 연소가 일어나는 표면연소기(Metal Fiber, 타공, Mat 등)와 연료(GAS)와 연소용 공기를 미리 혼합시켜 연소기에 공급시켜주는 역할을 하는 예혼합기(Pre-Mixer), 초기 점화를 위한 파이로트 점화 장치, 화염을 감지하는 화염 감지기, 송풍기, 가스밸브 등으로 구성되어 지는데, 본 발명은 부속장치 중에 가장 핵심을 이루고 있는 예혼합기(Pre-Mixer)에 관한 것으로 예혼합기(Pre-Mixer)가 충분한 성능을 발휘하지 못하면 혼합비가 부족하거나, 유속이 일정하게 공급되어지지 않아 연소불량으로 인한 일산화탄소(CO), 질소산화물(NOx) 등의 환경오염 물질이 다량 발생될 수 있으며, 정상 연소 시 고주파나 저주파 진동소음이 발생될 수 있어 예혼합 표면연소용 연소기 및 열교환기에 치명적인 문제를 발생시킬 수 있다. 또한, 연소 중 불균일한 속도분포로 인한 폭발(역화)의 위험성도 있다.
이러한 예혼합 표면연소버너에서 예혼합기가 성능을 제대로 발휘하지 못하여 연료가스와 공기의 혼합이 미흡하거나 혼합가스의 유속이 일정하지 못하면 연소가 불량하여 NOx, CO 등의 환경오염 물질이 다량 발생하고 고주파나 저주파 진동에 의한 연소소음이 발생하며 역화로 인한 폭발이 발생할 수도 있는 문제점이 있다.
또한, 이러한 예혼합 표면연소버너의 예혼합기로 벤츄리관(Venturi Pipe)의 특성을 이용하거나 스월(swirl)을 이용하는 예혼합기가 주로 사용되고 있으나, 이러한 예혼합기는 원통형 타입의 예혼합 표면연소버너에 적합하고 단면이 4각 등 다른 형태의 예혼합 표면연소버너에 사용하면 예혼합비율이 떨어지고, 예혼합 가스의 유속이 일정하지 아니하여 연소성능이 떨어지고 연소소음이 많이 발생하며, 역화로 인한 폭발의 위험이 있다.
그리고, 기존 원통형 타입의 예혼합 표면연소기의 예혼합기에 주로 사용되는 방식으로는 벤츄리관(venturi)의 특성을 이용하는 방법과, 스월(swirl)을 이용하는 방법이 주로 사용되는데 이런 구조의 예혼합기는 원통형 타입의 예혼합 표면연소기에 맞는 구조로, 사각타입의 예혼합 표면연소기에 그대로 사용하게 되면 예혼합율이 떨어지고, 예혼합 가스가 일정한 유속으로 표면 연소기까지 전달되어지지 않아, 연소 시 연소기의 연소 성능이 떨어질 수 있으며, 유속이 불균일하여 고주파, 저주파 진동연소소음의 발생 원인이 될 수도 있다. 또한, 역화로 인한 폭발의 문제가 있으며, 예혼합기의 효율적인 배치에도 문제가 있어 외형 크기가 커짐과 동시에 예혼합기의 컴팩트한 배치가 어려워진다.
상기한 문제점을 극복하기 위한 특허문헌 1은 후면이 개방된 함체 내에 상하좌우면에 일정한 크기의 연료가스분출공이 일정한 간격으로 천공되어 있는 연료가스챔버와 다수의 기공이 천공되어 있는 정류판을 설치하고, 함체의 전면에는 공기공급구를 설치하며, 연료가스챔버의 전면에는 함체의 전면을 관통하는 연료가스공급구를 설치한 것을 특징으로 하며, 혼합가스의 유속이 일정하고 연료가스와 공기의 혼합이 원활하여 화염이 안정되고 완전연소가 이루어지며 NOx, CO 등의 유해물질의 발생이 크게 감소시킬 수 있도록 구성하였다.
그러나, 특허문헌 1에 경우 정류판(3)이 함체(1)의 내부에 구비하되, 연소매트와 연료가스챔버(2)의 사이에 설치되어 혼합가스가 정류판(3)을 거쳐 연소매트로 공급됨에 따라 혼합가스의 유속이 급격하게 감소하여 연소매트에 연소반응이 상하 불균일하게 발생하는 문제점이 있다.
그리고, 함체(1)와 연료가스챔버(2)의 사이 간격은 연소용 공기와 연료의 혼합에 가장 큰 영향을 주는 영역으로, 송풍기에서 공급해주는 연소용 공기의 압력손실을 최소화하면서, 연소용 공기와 연료의 혼합율을 최상으로 해야 하는 구조이어야 하나, 특허문헌 1의 연료가스챔버(2)는 함체(1)의 내부에 중앙에 위치됨에 따라 상/하/좌/우 통로의 간격이 균일함으로 인해 연소용 공기의 유속이 하측으로 몰림에 따라 공기의 유속이 불균일한 문제가 발생한다.
즉, 공기의 유속이 25m/s를 넘으면 혼합율은 좋아지나 연소용 공기의 유속이 너무 빨라져 예혼합 가스의 유속에 의한 저주파 진동소음이 발생될 수 있으며 유속이 15m/s 이하가 되면 혼합율이 떨어져 연소에 문제를 야기 시킬 수 있다.
더불어, 원하는 공기의 유속을 얻기 위해 송풍기의 송풍용량이 높은 것을 채용해야 함에 따라 제작 비용이 증가되며, 공기공급관 및 연료공급관의 연결 위치에 따라 공간 활용도가 떨어지는 문제점이 있다.
KR 10-2012-0108672 A
상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 하우징의 혼합공간에 구비되는 연료챔버 및 정류판의 위치를 변경하여 원활한 공기의 유속을 유지함과 동시에 연료 혼합 비율을 대폭 상승 시킬 수 있고, 메탈파이버에 균일한 화염을 발생시킬 수 있는 균일 예혼합(GAS+AIR)을 위한 예혼합기 형상을 제공하는데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 내부에 공기 및 연료의 혼합을 위한 혼합공간을 포함하는 사각 함체로 전면에 형성된 개구부에 혼합연료가 연소되는 메탈파이버를 갖는 하우징과; 상기 하우징의 상단 후측에 관통 결합되어 상기 혼합공간으로 공기를 공급하는 공기공급관과; 상기 공기공급관을 통해 공급되는 공기가 혼합공간의 내벽면을 따라 메탈파이버 측으로 유동되도록 내벽면에 이격되어 상기 혼합공간에 차폐 구비되며, 상기 하우징에 관통 연결된 연료를 연료공급관이 연결되고, 소정의 두께를 가지며, 내부에 공급연료를 수용하는 공간을 갖는 패널로 둘레를 따라 테두리부에 간격을 두고 공급된 연료를 혼합공간의 내벽면 측으로 분출하는 다수의 연료분출구가 형성된 연료챔버와; 상기 혼합공간의 하측 공간 및 상기 연료챔버의 후방에 위치되어 상기 공기공급관을 통해 공급되는 공기의 유속을 줄여 차압을 감소시킬 수 있도록 상/하 간격을 두고 연속적으로 구비되는 하나 이상의 정류판을 포함하여 구성되며, 상기 혼합공간의 내벽면과 상기 연료챔버의 테두리부 사이에는 공기가 연료분출구를 통해 분사되는 연료와 공기가 혼합 유동될 수 있도록 유동간극(FG)을 유지하는 간극리브가 형성되고, 상기 유동간극(FG)은 상부간극(TG), 하부간극(BG) 및 측부간극(SG)으로 구분되며, 상기 측부간극(SG)은 좌우 대칭으로 동일한 간극을 형성하고, 상부간극(TG)은 하부간극(BG)에 비해 더 넓게 형성될 수 있도록 상기 연료챔버가 하측으로 편심되게 위치하되, 상기 상부간극(TG)과 하부간극(BG)의 공간 비율은 8:2로 이루어지고, 상기 정류판은 상기 하우징의 상단에 연결된 공기공급관을 통해 공급되는 공기가 수직으로 떨어지면서 혼합공간의 아래쪽으로 공기 유량이 몰리는 현상을 방지하도록, 상기 하부간극(BG)으로는 상기 정류판을 통과한 공기가, 상기 상부간극(TG)으로는 상기 정류판을 통과하지 않은 공기가 공급되도록 설치된 것을 특징으로 하는 균일 예혼합(GAS+AIR)을 위한 예혼합기 형상을 제공한다.
여기서, 상기 유동간극(FG)을 통해 공기와 연료가 혼합되는 평균 유속은 유동간극(FG)의 단면적을 기준으로 15 ~ 25m/s로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 연료챔버의 연료공급관은 상기 공기공급관의 설치 위치와 동일하게 상기 하우징의 상단 후측에 수직으로 관통 설치되는 것을 특징으로 한다.
삭제
상기와 같이 구성된 본 발명을 제공함으로써, 기존에 비해 설치 공간 축소와 더불어 송풍기의 용량을 최소화 할 수 있어 산업용 보일러의 제작 및 설치 비용을 감소시킬 수 있고, 공급되는 공기의 유속을 전체적으로 균일하게 공급할 수 있어 연소 소음을 감소시키고 메탈파이버에 발생하는 표면 연소를 균일하게 할 수 있어 연료 연소 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 균일 예혼합(GAS+AIR)을 위한 예혼합기의 작동상태를 나타내는 평단면도.
도 2는 본 발명에 따른 균일 예혼합(GAS+AIR)을 위한 예혼합기를 나타내는 배면도.
도 3 및 도 5는 본 발명에 따른 균일 예혼합(GAS+AIR)을 위한 예혼합기의 작동상태를 나타내는 측단면도.
도 4는 본 발명에 따른 균일 예혼합(GAS+AIR)을 위한 예혼합기를 나타내는 정배면도.
도 6은 본 발명에 따른 균일 예혼합(GAS+AIR)을 위한 예혼합기에서 연료챔버의 작동상태를 나타내는 정배면도.
도 7은 본 발명에 따른 균일 예혼합(GAS+AIR)을 위한 예혼합기를 나타내는 구성도.
도 8은 본 발명에 따른 균일 예혼합(GAS+AIR)을 위한 예혼합기의 다른 실시예를 나타내는 구성도.
도 9 내지 도 12는 본 발명에 따른 균일 예혼합(GAS+AIR)을 위한 예혼합기 내부 유속분포에 대한 유동해석(CFD) 그래프.
이하, 본 발명에 대하여 동일한 기술분야에 속하는 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부도면을 참조하여 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 균일 예혼합(GAS+AIR)을 위한 예혼합기 형상은 도 1 ~ 도 12에 도시된 바 산업용 보일러의 공기와 가스를 미리 혼합하여 메탈파이버(120)를 통해 연소하는 보일러의 일부 장치이다.
본 발명의 기본 구조는 송풍기(미도시)를 통해 공급되는 공기를 공급하는 공기공급관(200) 및 가스(GAS) 등의 연소 기체를 공급하는 연료공급관(300)을 통해 각각 공기와 연료가 공급되며, 혼합공간(110)을 갖는 하우징(100)에서 연료와 공기를 미리 혼합하여 메탈파이버(120)를 통해 혼합가스를 연소시키는 보일러 작동을 수행한다.
따라서, 공기공급관(200), 연료공급관(300), 연료챔버(400), 정류판(500)을 포함하는 예혼합기로 내부 구조는 연료분출구(420)을 포함하는 연료챔버(400)를 이용하여 공기(AIR)와 연료(GAS)를 미리 혼합시켜 일정한 유속과 유량을 사각타입의 예혼합 표면연소기로 공급하여 완전 연소 시킬 수 있도록 한다.
상기 하우징(100)은 내부에 공기 및 연료의 혼합을 위한 혼합공간(110)을 포함하는 사각 함체로 전면에 형성된 개구부(101)에 혼합연료가 연소되는 메탈파이버(120)를 갖는다.
그리고, 상기 공기공급관(200)은 상기 하우징(100)의 상단 후측에 관통 결합되어 상기 혼합공간(110)으로 공기를 공급한다.
그리고, 상기 연료챔버(400)는 상기 공기공급관(200)을 통해 공급되는 공기가 혼합공간(110)의 내벽면을 따라 메탈파이버(120) 측으로 유동되도록 내벽면에 이격되어 상기 혼합공간(110)에 차폐 구비되며, 상기 하우징(100)에 관통 연결된 연료를 연료공급관(300)이 연결되고, 소정의 두께를 가지며, 내부에 공급연료를 수용하는 공간을 갖는 패널로 둘레를 따라 테두리부(410)에 간격을 두고 공급된 연료를 혼합공간(110)의 내벽면 측으로 분출하는 다수의 연료분출구(420)가 형성된다.
이때, 상기 혼합공간(110)의 하측 공간 및 상기 연료챔버(400)의 후방에 위치되어 상기 공기공급관(200)을 통해 공급되는 공기의 유속을 줄여 차압을 감소시킬 수 있도록 상/하 간격을 두고 연속적으로 구비되는 하나 이상의 정류판(500)이 상기 혼합공간(110)에 구비됨과 동시에 상기 연료챔버(400)의 후방에 위치되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 정류판(500)은 상기 하우징(100)의 상단에 연결된 공기공급관(200)을 통해 공급되는 공기가 수직으로 떨어지면서 혼합공간(110)의 아래쪽으로 공기 유량이 몰리는 현상을 방지하여 전체적으로 공기 유량을 일정하게 유지할 수 있도록 상/하 간격을 하나 이상 설치할 수 있다.
본 발명의 예혼합기는 직육면체의 하우징(100)으로 내부 혼합공간(110) 중앙에 정면, 후면이 아닌 측면(상, 하, 좌, 우) 4면에 일정한 간격과 일정한 홀로 천공된 연료분출구(420)가 형성된 직육면체의 연료챔버(400)를 설치하여 연료공급관(300)을 통해 공급된 가스압력 1,000 ~ 2,000mmAq 정도의 연료가 일정한 속도와 유량으로 분출되어 연료챔버(400)의 측면 폭이 넓으면 연료분출구(420)에서 분사되는 연료와 유동간극(FG)를 통해 유동되는 공기 균일하게 혼합되도록 일정한 간격을 두고 형성되는 것이 바람직하다.
따라서, 상기 연료분출구(420)의 천공 직경은 5mm가 되도록 측면 폭을 설계하여 연료가 균일하고 일정하게 분출될 수 있도록 한다.
또한, 상기 혼합공간(110)의 내벽면과 상기 연료챔버(400)의 테두리부(410) 사이에는 공기가 연료분출구(420)를 통해 분사되는 연료와 공기가 혼합 유동될 수 있도록 유동간극(FG)을 유지하는 간극리브(430)가 더 구비되는 것이 바람직하다.
상기 간극리브(430)에 경우 유동간극(FG)을 통해 유동되는 공기의 유속을 방해하지 않도록 얇은 판을 유동방향과 평행하게 설치하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 유동간극(FG)은 상부간극(TG), 하부간극(BG) 및 측부간극(SG)으로 구분된다.
즉, 상기 측부간극(SG)은 좌우 대칭으로 동일한 간극을 형성하고, 상부간극(TG)은 하부간극(BG)에 비해 더 넓게 형성될 수 있도록 상기 연료챔버(400)가 하측으로 편심되게 위치될 수 있다.
이때, 상기 상부간극(TG)과 하부간극(BG)의 공간 비율은 8:2로 이루어지는 것이 바람직하다.
다시 말해, 상기 상부간극(TG)에 공기가 유동되는 간극의 높이(T)가 8 cm이면, 상대적으로 하부간극(BG)에 공기가 유동되는 간극의 높이(t)가 2 cm로 상하 공기 유동 용량에 편차를 가질 수 있다.
한편, 상기 유동간극(FG)을 통해 공기와 연료가 혼합되는 평균 유속은 유동간극(FG)의 단면적을 기준으로 15 ~ 25m/s로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 연료챔버(400)의 연료공급관(300)은 상기 공기공급관(200)의 설치 위치와 동일하게 상기 하우징(100)의 상단 후측에 수직으로 관통 설치될 수 있다.
본 발명에서 하우징(100)과 연료챔버(400) 사이의 적정 단면적은 다음 식에 의해 계산된다.
단면적(A) = 유량(Q)/유속(V)
여기서, 단면적(A)는 예혼합가스가 통과하는 하우징(100)과 연료챔버(400) 사이의 단면적으로, 하우징(100)의 혼합공간(110) 단면적에서 연료챔버(400)의 단면적을 뺀 면적으로, 유량(Q)은 예혼합기에 공급하는 공기량과 연료량을 더한 유량이며, 유속(V)은 희망하고자 하는 유속이다.
본 발명의 균일 예혼합(GAS+AIR)을 위한 예혼합기 형상에 대하여 본 출원인인 ㈜부-스타는 한국생산기술연구원, 한국에너지기술연구원, 인하대학교, 국민대학교와 함께 공동으로 연구하여 본 제품에 대하여 실험 테스트한 결과를 아래와 같이 기술한다.
기존에 일반관류보일러는 효율 면에서 투입되는 연료가 100일 경우 배기 및 방열손실이 9이고, 증기로 배출되는 량이 91에 비율이 발생하게 되며, 연소량에 대비한 연소실 체적에 대한 열부하가 보통 2,000,000 ~ 3,000,000 Kcal/h/m3 필요한 반면에, 본 예혼합기가 적용된 표면연소버너에 경우 연소량에 대비한 연소실 체적에 대한 열부하는 8,000,000 Kcal/h/m3 로 기존에 비해 1/3 수준으로 연소실을 소형화 할 수 있다.
그리고, 국민대학교가 실시한 예혼합기의 열 유동해석은 아래 표 1과 같이 공기 유량은 53.6 m3/min = 0.89 m3/s이고, 공기 속도는 22.3 m/s으로 공기 투입량은 Reair = 57,265가 제공되고, LNG 유량은 205 m3/h = 0.057 m3/s이고, LNG 속도는 20.48 m/s으로 LNG 투입량은 ReLNG = 3,650을 제공하는 최적에 100% 운전부하를 갖는다.
Figure 112018128897996-pat00001
[표 1]
여기서, 도 9에 의하면, 정류판(500)이 연료챔버(400)의 전방에 포함하는 경우와 포함하지 않는 경우에 평균 시간 동안 공기의 유선을 살펴보면, 전방에 정류판(500)이 있다 하더라도 정류 효과가 크게 향상되지 않으며, 상하 두 간극 사이에 유량 차이가 매우 큰 것으로 파악된다.
따라서, 도 10에 의하면, LNG의 부피 분율이 크게 차이가 나지 않으므로 연료챔버(400)의 전방에 정류판(500)의 필요성이 없다.
한편, 도 11 및 도 12에 의하면, 연료챔버(400) 위치의 변경 유무에 따른 평균 시간 동안 공기의 유선을 살펴보면, 상기 연료챔버(400)의 상하 유동간극(FG)을 대칭 하여 2cm 하였을 경우 하부간극(BG)에 유속 및 유량이 증가되고, 상기 연료챔버(400)의 유동간극(FG)에 대해 상부간극(TG)을 3cm로 하고 하부간극(BG)을 1cm로 적용하였을 경우 상하에 공기 유속 및 유량이 유사하게 유동되는 것을 확인 할 수 있다.
따라서, 연료챔버(400)의 위치상 상하 유동간극(FG)을 비대칭으로 하부간극(BG)에 비해 상부간극(TG)을 넓게 적용하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성된 본 발명을 제공함으로써, 기존에 비해 설치 공간 축소와 더불어 송풍기의 용량을 최소화 할 수 있어 산업용 보일러의 제작 및 설치 비용을 감소시킬 수 있고, 공급되는 공기의 유속을 전체적으로 균일하게 공급할 수 있어 연소 소음을 감소시키고 메탈파이버에 발생하는 표면 연소를 균일하게 할 수 있어 연료 연소 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
이상에 설명한 본 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어 및 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 도면 및 실시 예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
100: 하우징
101: 개구부
110: 혼합공간
120: 메탈파이버
200: 공기공급관
300: 연료공급관
400: 연료챔버
410: 테두리부
420: 연료분출구
430: 간극리브
500: 정류판
FG: 유동간극
TG: 상부간극
BG: 하부간극
SG: 측부간극

Claims (7)

  1. 내부에 공기 및 연료의 혼합을 위한 혼합공간(110)을 포함하는 사각 함체로 전면에 형성된 개구부(101)에 혼합연료가 연소되는 메탈파이버(120)를 갖는 하우징(100)과;
    상기 하우징(100)의 상단 후측에 관통 결합되어 상기 혼합공간(110)으로 공기를 공급하는 공기공급관(200)과;
    상기 공기공급관(200)을 통해 공급되는 공기가 혼합공간(110)의 내벽면을 따라 메탈파이버(120) 측으로 유동되도록 내벽면에 이격되어 상기 혼합공간(110)에 차폐 구비되며, 상기 하우징(100)에 관통 연결된 연료를 연료공급관(300)이 연결되고, 소정의 두께를 가지며, 내부에 공급연료를 수용하는 공간을 갖는 패널로 둘레를 따라 테두리부(410)에 간격을 두고 공급된 연료를 혼합공간(110)의 내벽면 측으로 분출하는 다수의 연료분출구(420)가 형성된 연료챔버(400)와;
    상기 혼합공간(110)의 하측 공간 및 상기 연료챔버(400)의 후방에 위치되어 상기 공기공급관(200)을 통해 공급되는 공기의 유속을 줄여 차압을 감소시킬 수 있도록 상/하 간격을 두고 연속적으로 구비되는 하나 이상의 정류판(500)을 포함하여 구성되며,
    상기 혼합공간(110)의 내벽면과 상기 연료챔버(400)의 테두리부(410) 사이에는 공기가 연료분출구(420)를 통해 분사되는 연료와 공기가 혼합 유동될 수 있도록 유동간극(FG)을 유지하는 간극리브(430)가 형성되고,
    상기 유동간극(FG)은 상부간극(TG), 하부간극(BG) 및 측부간극(SG)으로 구분되며, 상기 측부간극(SG)은 좌우 대칭으로 동일한 간극을 형성하고, 상부간극(TG)은 하부간극(BG)에 비해 더 넓게 형성될 수 있도록 상기 연료챔버(400)가 하측으로 편심되게 위치하되,
    상기 상부간극(TG)과 하부간극(BG)의 공간 비율은 8:2로 이루어지고,
    상기 정류판(500)은 상기 하우징(100)의 상단에 연결된 공기공급관(200)을 통해 공급되는 공기가 수직으로 떨어지면서 혼합공간(110)의 아래쪽으로 공기 유량이 몰리는 현상을 방지하도록, 상기 하부간극(BG)으로는 상기 정류판(500)을 통과한 공기가, 상기 상부간극(TG)으로는 상기 정류판(500)을 통과하지 않은 공기가 공급되도록 설치된 것을 특징으로 하는 균일 예혼합(GAS+AIR)을 위한 예혼합기 형상.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 유동간극(FG)을 통해 공기와 연료가 혼합되는 평균 유속은 유동간극(FG)의 단면적을 기준으로 15 ~ 25m/s로 이루어지는 것을 특징으로 하는 균일 예혼합(GAS+AIR)을 위한 예혼합기 형상.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 연료챔버(400)의 연료공급관(300)은,
    상기 공기공급관(200)의 설치 위치와 동일하게 상기 하우징(100)의 상단 후측에 수직으로 관통 설치되는 것을 특징으로 하는 균일 예혼합(GAS+AIR)을 위한 예혼합기 형상.
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