KR102230908B1

KR102230908B1 - 복합형 저녹스 버너

Info

Publication number: KR102230908B1
Application number: KR1020197018657A
Authority: KR
Inventors: 이종태; 박재언
Original assignee: 주식회사 수국
Priority date: 2017-02-23
Filing date: 2017-02-23
Publication date: 2021-03-24
Also published as: WO2018155735A1; KR20190087592A; JP6595089B2; KR102230908B9; CN108738333A; JP2019509451A; CN108738333B; HK1256477A1

Abstract

본 발명은 가스 스테이징(Gas staging) 연소 기술과 IFGR(Internal Flue Gas Recirculation) 연소 기술을 하나의 버너에 구현 함으로써, 녹스(NOx) 발생량을 저감하는 복합형 저녹스 버너에 관한 것이다.
본 발명에 따른 복합형 저녹스 버너는 연소실의 버너 장착공에 설치되는 복합형 저녹스 버너로서, 버너 장착공에 삽입되어 선단이 연소실에 노출되며, 연소실로 공기를 안내하는 튜브; 튜브의 단부에 적어도 하나 마련되고, 연소실로 연료를 분사하여 분할 화염을 형성하는 파이프 형상이며, 외주연 일 영역에는 연소 가스 유입을 위한 제1가스 유입구가 형성되는 연료 스퍼드;를 포함하고, 제1가스 유입구에서 연소실 외측방향 후방에는 튜브 내부의 공기에 혼합되는 연소 가스 유입을 위한 제2가스 유입구가 튜브의 외주연에 형성된다.
본 발명에 의하면, 연소가스의 자기 재순환이 효과적으로 이루어지는 개량된 IFGR 기술에 따른 버너에 가스 스테이징 기술을 융합하여 기존의 IFGR 기술이 적용된 저녹스 버너보다 녹스 발생량을 더욱 더 낮출 수 있다는 효과가 있다.

Description

복합형 저녹스 버너

본 발명은 저녹스 버너에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가스 스테이징(Gas staging) 연소 기술과 IFGR(Internal Flue Gas Recirculation) 연소 기술을 하나의 버너에 구현 함으로써, 녹스(NOx) 발생량을 저감하는 복합형 저녹스 버너에 관한 것이다.

일반적으로 질소산화물(NOx)은 연료에 화학적으로 결합된 형태의 질소 성분이 연소 과정에서 산화되어 생성되는 퓨얼 녹스(Fuel NOx), 연소용 공기중에 포함되는 질소가 고온에서 유리되어 생성되는 써멀 녹스(Thermal NOx), 그리고, 탄화수소 계열의 화석연료가 고농도 상태로 고온에 노출되었을 때 급속히 생성되는 프롬프트 녹스(Prompt NOx)로 구분된다.

질소산화물(NOx)은 대기환경 및 인간의 삶에 좋지 않은 영향을 주기 때문에 오래 전부터 저녹스 버너 기술이 개발되어 왔다. 이를 세대별로 나누면 아래와 같다.

- 아래 -

1세대 : 1세대 저녹스 기술은 에어 스테이징(Air staging) 기술이 대표적으로, 연소로 내에 공급하는 공기를 단계적으로 공급하여 연소로 내의 연료에 의한 급속한 산화반응을 방지하여 화염의 온도를 낮추고 이를 통해 써멀 녹스를 저감한다.

2세대 : 2세대 저녹스 기술은 가스 스테이징(Gas staging) 기술이 대표적으로서, 중심부(약 5% 내지 25%)와 외곽부(75% 내지 95%)로 나누어서 가스를 분출하고, 중심부는 공기 과잉, 외곽부는 공기부족 상태를 조성함으로써, 화염의 대부분을 차지하는 외곽부의 산화반응을 억제하여 화염온도가 높아지지 않도록 함으로써, 써멀 녹스의 발생이 감소하는데 그 특징이 있다. 외곽 화염의 공기부족 상태로 인하여 프롬프트 녹스가 발생할 우려가 있으나, 중심부 화염으로부터 보염 기능을 도움 받으면서도 온도가 1000℃ 이하인 공간으로 가스를 분출함으로써 프롬프트 녹스 발생이 억제될 수 있다.

3세대 : 3세대 저녹스 기술은 IFGR(Internal Flue Gas Recirculation)이 대표적으로, 연소실 내에서 1차 연소된 연소 가스가 연소실 내에서 자기 재순환(Recirculation) 하도록 함으로써 연소 가스가 화염에 혼합되면서 화염의 온도를 떨어뜨려 써멀 녹스를 줄일 수 있도록 한다.

이러한 3세대 저녹스 기술로서 본 출원인은 한국등록특허 제10-1466809호의 고효율 저녹스형 연소 헤드 및 그를 이용한 버너를 제안한 바 있다. 한국등록특허 제10-1466809호는 연소 헤드에서 와류를 유발하여 연료와 공기의 혼합 특성을 향상시켜 연료를 연소하고, 연소 가스가 자기 재순환을 하도록 함으로써, 녹스 발생을 대폭 감소시켰다.

또한, 가스 스테이징(Gas staging) 연소 기술을 IFGR 기술에 적용함으로써 세대별로 구분되는 저녹스 기술을 연계하여 녹스 발생량을 더욱 저감하는 복합형 저녹스 버너를 한국등록특허 제10-1569455호로 제안한 바 있다.

본 발명의 목적은 종래 복합형 저녹스 버너를 개량한 것으로서, 가스 스테이징(Gas staging) 연소 기술을 개량된 IFGR 기술에 적용함으로써 녹스 발생량을 더욱 더 저감하는 복합형 저녹스 버너를 제공함에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 복합형 저녹스 버너는 연소실의 버너 장착공에 설치되는 복합형 저녹스 버너로서, 버너 장착공에 삽입되어 선단이 연소실에 노출되며, 연소실로 공기를 안내하는 튜브; 튜브의 단부에 적어도 하나 마련되고, 연소실로 연료를 분사하여 분할 화염을 형성하는 파이프 형상이며, 외주연 일 영역에는 연소 가스 유입을 위한 제1가스 유입구가 형성되는 연료 스퍼드;를 포함하고, 제1가스 유입구에서 연소실 외측방향 후방에는 튜브 내부의 공기에 혼합되는 연소 가스 유입을 위한 제2가스 유입구가 튜브의 외주연에 형성된다.

제2가스 유입구에는 공기의 흐름방향으로 비스듬하게 연소가스 안내부가 형성된다.

연료 스퍼드는 연료 공급관에서 분기되며 튜브의 외측으로 연장된 제1스퍼드 관과, 제1스퍼드 관과 간격을 두고 배치되어 제1가스 유입구를 형성하며 튜브의 내측으로 삽입되어 배치되어 분할 화염을 형성하는 제2스퍼드 관을 포함한다.

연료 스퍼드는 연료 공급관에서 분기되어 튜브의 외측으로 연장된 제1스퍼드 관과, 제1스퍼드 관과 간격으로 두고 배치되어 제1가스유입구를 형성하며 튜브의 외측에 배치되어 분할 화염을 형성하는 제2스퍼드 관을 포함할 수도 있다.

제1스퍼드 관의 단부에는 제2스퍼드 관을 향하여 연료를 분사하기 위해 직경이 축소된 분사 연결부가 구비된다. 제2스퍼드 관에서 제1가스 유입구 측 단부는 제1스퍼드 관을 향하여 직경이 확장된 직경확장부가 형성된다.

본 발명에 따르면, 연소가스의 자기 재순환이 효과적으로 이루어지는 개량된 IFGR 기술에 따른 버너에 가스 스테이징 기술을 융합하여 기존의 IFGR 기술이 적용된 저녹스 버너보다 녹스 발생량을 더욱 더 낮출 수 있다는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 복합형 저녹스 버너가 연소실에 설치된 상태를 나타내는 측단면도이다.
도 2는 도 1에서 튜브의 단부 일부를 절단하여 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 복합형 저녹스 버너에서 공기와 연료가스 및 연소가스의 흐름을 나타내는 작용 상태도이다.
도 4a는 도 1에서 연료 노즐과 디퓨저 사이의 가스 흐름을 나타내는 도면이다.
도 4b는 도 1에서 연료 노즐과 디퓨저 사이에 단차가 있을 경우의 가스 흐름을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 의한 복합형 저녹스 버너에 대한 유동 개념도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 복합형 저녹스 버너가 연소실에 설치된 상태를 나타내는 측단면도이다.
도 7는 도 6에서 튜브의 단부 일부를 절단하여 나타내는 사시도이다.
도 8는 본 발명의 제2실시예에 의한 복합형 저녹스 버너에 대한 유동 개념도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.

본 명세서에서 언급되는 연소실의 일 측에는 튜브가 삽입되어 연료와 공기를 공급받고, 연소실의 타 측에는 배기관이 형성되어 연소된 연소 가스가 배출되도록 할 수 있다. 그러나, 배기관 및 그 주변구조물은 본 발명의 주요 핵심에 해당하지 않으므로 이에 대해 도면으로 도시하거나 설명하지는 않는다.

본 명세서에서 언급되는 튜브 및 버너는 부가되는 구성요소의 도시나 설명이 생략되고 개념적인 단면도로 표현될 수 있다. 그러나, 이는 본 발명에 대한 설명과 이해의 편의를 위해 생략된 것이며, 실시예에 따른 튜브, 및 버너의 구조나 연결관계가 도시된 도면과 설명에 의해 한정되어서는 안된다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 복합형 저녹스 버너가 연소실에 설치된 상태를 나타내는 측단면도이고, 도 2는 도 1에서 튜브의 단부 일부를 절단하여 나타내는 사시도이다. 도시한 바와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 복합형 저녹스 버너(100)는 연소실(FR)의 버너 장착공(HL)에 삽입되어 마운팅 플레이트(MP)에 의해 고정 설치되며, 벽(WL)에 의해 둘러싸인 연소실(FR)로 공기를 안내하는 튜브(110), 튜브(110)의 직경보다 작은 직경을 가지며 튜브(110)의 선단(先端)에 형성된 측경부(111), 튜브(110)의 내부에 배치되어 연료를 공급하는 연료 공급관(120), 외주(外周)가 튜브(110)의 내벽으로부터 떨어져 배치되도록 연료 공급관(120)의 선단(先端)에 결합되고, 튜브(110)에 의해 안내되는 공기를 확산하는 디퓨저(130) 및 연료 공급관(120)의 선단에 방사상으로 결합되어, 연료 공급관(120)에 의해 공급되는 연료를 튜브(110) 내벽과 디퓨저(130) 외주의 사이를 통과하는 공기를 향하여 분사하는 복수의 연료 분사관(140)을 포함한다.

또한, 튜브(110)의 단부에 적어도 하나 마련되고, 연소실로 연료를 분사하여 분할 화염을 형성하는 파이프 형상이며, 외주연 일 영역에는 연소 가스 유입을 위한 제1가스 유입구(151)가 형성되는 연료 스퍼드(150)가 구비된다. 제1가스 유입구(151)에서 연소실 외측방향 후방에는 튜브(110) 내부의 공기에 혼합되는 연소 가스 유입을 위한 제2가스 유입구(112)가 튜브의 외주연에 형성된다. 그리고 튜브(110)에 결합되어 외부 공기를 튜브(110)의 내부에 강제로 공급하는 송풍기(115)를 더 포함한다.

측경부(111)는 디퓨저(130)에서 돌출한 연료 공급관(120)의 돌출부(124)를 향해 완만한 기울기를 가지면서 굴곡지게 형성된다. 이를 통해 디퓨저(130)의 외주연과 측경부(111) 사이의 간격(d1)에 형성된 급기 통로(161)에서 디퓨저(130)로 향하는 공기의 통로가 좁아지면서 공기의 유동 속도를 증가시킬 수 있다. 급기 통로(161)를 디퓨저(130)에 공기가 급기되고, 이때, 연료 분사관(140)을 통해 연료가 분사되면서 화염을 형성한다.

튜브(110)의 단부는 연료 스퍼드(150)의 후술하는 제1스퍼드 관이 배치되는 중간 부분(114)보다 직경이 확장된 직경 확장부(116)를 이루고 있다. 제2가스 유입구(112)에는 공기의 흐름방향으로 비스듬하게 연소가스 안내부(113)가 형성되어, 연소실의 연소가스가 튜브(110)의 중간 부분(114) 내측으로 재순환하게 된다. 연소가스 안내부(113)는 입구 쪽의 직경보다 출구 쪽의 직경이 작은 노즐 형태로 형성되어 튜브(110)의 내부로 연소가스가 유입되는 것이 바람직하다.

연료 공급관(120)의 내부에는 외부 공기를 연료 공급관(120)의 선단(先端)에서 연료 공급관(120)의 축 방향(S)으로 분사하는 중앙 공기 분사관(121)이 배치된다. 이러한 중앙 공기 분사관(121)에 의해, 분사되는 공기에 의해 화염의 직경이 커지게 되어 화염 중심부에 화염이 집중되는 것이 방지된다. 이에 따라, 화염 중심부의 온도가 과도하게 상승하는 것이 방지되어 써멀 녹스의 생성량이 감소하게 된다. 중앙 공기 분사관(121)을 통한 공기는 디퓨져(130)의 중앙에 형성된 공기 분사구를 통해 연소실(FR)의 내부로 분사되는데, 공기 분사구는 중앙 공기 분사관(121)의 내경보다 작게 형성되는 것이 바람직하다. 도 5의 유동 해석도에 나타난 바와 같이 중앙 공기 분사관(121)은 제거되어 있을 수도 있다.

디퓨저(130)는 원판 형상(디스크 타입)으로서, 급기 통로(161)를 통해 급기되는 공기를 연소실(FR)로 분사하는 복수의 공기홀(131)을 포함한다. 공기홀(131)는 화염의 중심부로 공기를 공급하거나, 버너 용량의 증가에 맞추어 디퓨저(130)의 직경이 증가할 때, 디퓨저(130)에서 형성되는 화염의 보염성 향상을 위해 보조 화염을 형성하기 위해 마련된다. 공기홀(131)과 연료분사관(140)의 노즐이 일정한 각도를 가지고 배열됨에 따라 공기홀(131)에서 토출되는 공기의 량과 압력이 디퓨저(130)의 판 전단에 대해 균일성을 가질 수 있고, 노즐에서 분사되는 연료와 혼합될 때, 연료와 공기의 혼합비 또한 균일할 것이 기대될 수 있다.

연료 분사관(140)은 연료 공급관(120)의 종단에서 방사상으로 배치되며, 급기 통로(161)를 통해 공급되는 공기과 직교하는 방향으로 연료를 분출하기 위한 연료 노즐(141)을 구비한다. 연료 노즐(141)에서 분사되는 연료는 급기통로(161)를 통해 토출되는 공기와 거의 90도에 가까운 각도로 교차된다. 이에 따라, 연료는 분사되면서 급기통로(161)를 통해 공급되는 공기와 급속 혼합을 이룬 후 화염을 형성하며, 측경부(111)를 통해 연소실(FR)의 반경방향 중심부로 유도되는 공기에 의해 중심부로 집중되는 화염을 형성할 수 있다. 이때, 화염은 중심부로 집중된 후, 분산되어 장구목 형상의 영역을 형성하게 되고, 영역의 폭이 좁아 압력이 낮아짐에 따라 연소 가스가 장구목 형상의 영역으로 유도되어 연소 가스가 자기 재순환을 이루게 된다.

제1실시예에서 연료 분사관(140)의 반경방향 끝단과 디퓨저(130)의 외주연은 도 4a에 도시한 바와 같이 동일한 위치에 있으나, 도 4b에 도시한 바와 같이 연료 분사관(140)에서 분사되는 연료가 급기통로(161)를 통해 공급되는 공기와 급속 혼합을 이루도록 하기 위해, 연료 분사관(140)의 종단과 디퓨저(130) 판의 테두리 사이에는 갭(gap, d2)이 형성될 수 있다. 갭(gap, d2)의 길이는 연료분사관(140)의 노즐의 지름 대비 0.1% 내지 50%로 설정될 수 있다.

연료 분사관(140)의 종단이 디퓨저(130)의 외주단보다 작게 형성되면, 급기통로(161)를 통해 토출되는 공기가 디퓨저(130)의 외주단에서 와류를 일으킬 수 있으며, 와류에 의해 공기와 연료가 더욱 급속하게 혼합될 수 있다. 이를 도 4a 및 도 4b를 참조하여 더욱 자세히 설명하도록 한다.

도 4a는 연료 분사관(140)의 길이가 디퓨저(130)의 외주단과 동일한 경우를 나타내고, 도 4b는 연료 분사관(140)의 길이가 디퓨저(130)의 외주단에 이르지 못한 경우를 나타낸다. 도 4a에서, 급기통로(161)에서 연소실로 토출되는 공기는 직진성을 가지므로 연료 분사관(140)의 종단에는 와류가 형성되지 않고 직진성 기류가 흐른다. 반면, 도 4b를 살펴보면, 디퓨저(130)의 외주단과 연료 분사관(140)의 끝단이 단차(d2)를 이루며, 급기 통로(161)에서 연소실로 향하던 공기는 단차가 발생하는 영역으로 확산되면서 와류를 형성할 수 있다. 이에 따라, 연료 분사관(140)에서 분사되는 연료는 급기 통로(161)를 통해 공급되는 공기와 급속 혼합을 이룰 수 있다. 도 4b의 디퓨저(130) 구조는 와류를 이용하여 연료와 공기를 급속 혼합함으로써, 연료의 연소성을 향상시키고 있다.

상기한 과정에 따라 연료와 공기가 급속 혼합되어 연소되고, 장구목 형상의 화염을 형성하고, 장구목 형상의 영역(S1)으로 연소 가스(S3)가 유도되고, 연소 가스(S3)가 제1가스 유입구(151) 및 제2가스 유입구(112)를 통해 재순환(P1, P2)되므로써 연소 가스의 온도를 낮춤과 동시에 연료 과잉 상태인 영역(S2)으로 공급되어 써멀 녹스 및 프롬프트 녹스를 제어한다(도 5 참조).

연료 스퍼드(150)는 연료 공급관(120)에서 분기되며 튜브(110)의 중간부분(112)에서 외측으로 관통하여 연장된 제1스퍼드 관(152)과, 제1스퍼드 관(152)과 간격을 두고 배치되어 제1가스 유입구(151)를 형성하며 직경 확장부(116)에서 튜브(110)의 내측으로 관통하여 삽입되어 배치되어 분할 화염을 형성하는 제2스퍼드 관(153)을 포함한다. 제1스퍼드 관(152)의 단부에는 제2스퍼드 관(153)을 향하여 연료를 분사하기 위해 직경이 축소된 분사 연결부(154)가 구비된다. 제2스퍼드 관(153)에서 제1가스 유입구(151) 측 단부는 제1스퍼드 관(152)를 향하여 직경이 확장된 직경확장부(153a)가 형성된다.

본 발명의 제1실시예에서는 제1가스 유입구(151)과 제2가스 유입구(112)를 통해 가스 스테이징 방식을 적용하여 연소 헤드(5)에서 생성되는 주 화염의 온도가 낮아지도록 함으로써, 주 화염과 분할 화염의 온도, 즉 전체 "화염 군(Flame group)"의 온도를 낮추어 써멀 녹스를 제어할 수 있다. 이하, 가스 스테이징 방식을 IFGR에 접목하여 화염 군의 온도를 낮추는 내용에 대해 서술하도록 한다.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 복합형 저녹스 버너에서 공기와 연료가스 및 연소가스의 흐름을 나타내는 작용 상태도이고, 도 5는 본 발명의 제1실시예에 의한 복합형 저녹스 버너에 대한 유동 개념도로서, 디퓨저에서 연료 스퍼드가 위치한 부분에서 길이방향의 유동 개념도를 나타낸다.

도 3에 도시한 바와 같이, 중앙공기 분사관(121)을 통해 공기 흐름(A1)이 형성되어 연소실(FR)의 중심부로 향하고, 연료 공급관(120)를 통해 연료 가스 흐름(B1)이 형성되어 연료 분사관(140)에서 분사되어 주 화염을 형성하는 한편, 연료 공급관(120)에서 분기된 연료 스퍼드(150)을 통해 보조적으로 연료 가스 흐름(B2)이 형성되어 연료가 분사되어 분할화염을 형성한다. 이때, 송풍기(115)의 작동에 따라 튜브(110)을 통한 공기 흐름(C1)은 제2가스 유입구(112)를 통해 연소실(FR)의 연소가스가 순환되는 연소가스 흐름(P2)으로 튜브(110)로 유입되어 공기 및 가스흐름(C1+P2)이 이루어져 주화염을 생성하게 되고, 연료 스퍼드(150)의 제1스퍼드 관(152)을 통한 공기 흐름(B2)은 제1가스 유입구(151)을 통해 연소실(FR)의 연소가스가 순환되는 연소가스 흐름(P1)으로 연료 스퍼드(150)의 제2스퍼드 관(153)으로 유입되어 연료 및 가스 흐름(B2+P1)이 이루어져 분할화염을 생성한다.

디퓨저(130)를 통해 형성되는 주 화염과, 연료 스퍼드(150)에서 생성되는 분할 화염은 하나의 "화염 군"을 형성할 수 있다. 디퓨저(130)와 연료 스퍼드(150)가 형성하는 화염 군은 연소실(FR) 내부에서의 화염의 표면적을 증가시켜, 연소실(FR) 전열면에 복사열 흡수를 촉진함으로써 화염 군의 온도를 낮출 수 있다. 또한, 연료 스퍼드(150)에서 고속으로 분사되는 연료에 의해 분할 화염 주변의 압력은 낮아질 수 있다. 이에 따라, 연소실(FR)에서 1차 연소된 연소 가스(S3)가 압력이 낮은 디퓨저(130) 및 연료 스퍼드(150) 주변으로 유인되고 이는 연소실(FR) 내부에서 연소 가스(S3)의 자기 재순환을 유도할 수 있다. 연소 가스(S3)가 연소실(FR) 내에서 연료 스퍼드(150) 방향으로 자기 재순환 시, 연료 스퍼드(150)는 연소 가스(S3)의 일부를 연료 스퍼드(150) 내부로 유입하여 연료 스퍼드(150)에서 분사되는 연료의 발열량을 낮출 수 있다. 이는 화염 군 전체의 온도를 낮추는 효과를 기대할 수 있다.

연료 스퍼드(150)는 제1스퍼드 관(152)과 제2스퍼드 관(153)으로 나누어져 있는데, 제1스퍼드 관(152)에서 제2스퍼드(153)로 연료가 분사될 때의 분사 압력으로 제1가스 유입구(151) 주변의 압력은 낮아지며, 연소 가스(S3)는 낮은 압력을 갖는 제1가스 유입구(151)로 유인되어 유입된다. 즉, 제2스퍼드 관의 연료 분사구에서 고압의 연료가 분사될 때, 연료 분사구 주변, 예컨대, 제1가스 유입구(151)나 그 주변은 연료 분사구의 분사 압력 대비 낮은 압력을 가질 수 있으며, 이러한 압력 차에 의해 연소실(FR) 내부에서 연소 가스(S3)가 제1가스 유입구(151)를 향해 이동하고, 연소 가스(S3) 이동에 따라 연소 가스(S3)는 연소실(FR) 내부에서 자기 재순환(Self-Recirculation)을 이룰 수 있다.

연소 가스(S3)가 제1가스 유입구(151)로 유인됨에 따라, 제2스퍼드 관(153)의 연료 분사구에서 분사되는 연료는 "연료 + 연소 가스(S3)"의 혼합물이 되고, 공기 대신 연소 가스가 제2스퍼드 관(153)에 유입됨에 따라 공기와 연료가 접촉할 때에 비해 연료의 연소성이 저하되고, 이는 연료 스퍼드(150)에서 생성되는 분할 화염의 온도를 낮추는 효과가 있다. 분할 화염의 온도가 낮아지면 디퓨저(130)와 연료 스퍼드(150)에서 분사되는 화염 군의 온도가 낮아지며, 이는 화염 군에서 생성되는 써멀 녹스를 저감시킬 수 있다.

또한, 디퓨저(130)를 통해 분사되는 연료 및 공기는 제2가스 유입구(112)을 통해 유입되는 연소가스에 의해서도 연소실(FR) 내부에서의 화염의 표면적을 증가시켜, 연소실(FR) 전열면에 복사열 흡수를 촉진함으로써 화염 군의 온도를 낮출 수 있다. 즉, 연소실(FR)에서 1차 연소된 연소 가스(S3)가 압력이 낮은 디퓨저(130) 및 연료 스퍼드(150) 주변으로 유인된 후 제2가스 유입구(112)를 통해 튜브(110) 내부로 유입되어 연소 가스(S3)의 자기 재순환을 유도할 수 있다. 연소 가스(S3)가 연소실(FR) 내에서 연료 스퍼드(150) 방향으로 자기 재순환 시, 연소 가스(S3)의 일부가 제2가스 유입구(112)를 통해 튜브(110) 내부로 유입하여 공기량을 상대적으로 낮춤으로써 화염 군 전체의 온도를 낮추는 효과를 기대할 수 있다.

송풍기(115)에서 공급되는 공기가 튜브(110)의 연소가스 안내부(113)로 유동할 때 유동 공기압으로 제2가스 유입구(112) 주변의 압력은 낮아지며, 연소 가스(S3)는 낮은 압력을 갖는 제2가스 유입구(112)로 유인되어 유입되며, 연소 가스(S3) 이동에 따라 연소 가스(S3)는 연소실(FR) 내부에서 자기 재순환(Self-Recirculation)력을 높이게 된다.

연소 가스(S3)가 제2가스 유입구(112)로 유인됨에 따라, 튜브(110) 내의 공기는 "공기 + 연소 가스(S3)"의 혼합물이 되고, 공기량이 줄어들어 연료의 연소성이 저하되고, 이는 연료 스퍼드(150)에서 생성되는 주 화염의 온도를 낮추는 효과가 있다. 주 화염의 온도가 낮아지면 디퓨저(130)와 연료 스퍼드(150)에서 분사되는 화염 군의 온도가 낮아지며, 이는 화염 군에서 생성되는 써멀 녹스를 더욱 저감시킬 수 있다.

도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 복합형 저녹스 버너(200)가 연소실에 설치된 상태를 나타내는 측단면도이고, 도 7는 도 6에서 튜브의 단부 일부를 절단하여 나타내는 사시도이며, 도 8는 본 발명의 제2실시예에 의한 복합형 저녹스 버너에 대한 유동 개념도이다.

제2실시예의 복합형 저녹스 버너(200)에서, 연료 스퍼드(250)는 연료 공급관(220)에서 분기되어 튜브(210)의 외측으로 연장된 제1스퍼드 관(252)과, 제1스퍼드 관(252)과 간격으로 두고 배치되어 재순환되는 연소가스 흐름(P1)을 이루는 제1가스 유입구(251)를 형성하며 튜브(210)의 외측에 배치되어 분할 화염을 형성하는 제2스퍼드 관(253)을 포함한다.

제1가스 유입구(251)에서 연소실 외측방향 후방에는 튜브(210) 내부의 공기에 혼합되는 연소 가스 유입을 위해 재순환되는 연소가스 흐름(P2)을 이루는 제2가스 유입구(212)가 튜브의 외주연에 형성된다.

제2실시예의 튜브(210), 송풍기(215), 연료 공급관(220), 중앙 공기 분사관(221), 디퓨저(230), 연료 분사관(240) 등의 나머지 구성과 그 작용 및 효과는 제1실시예와 유사 또는 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

100, 200 : 복합형 저녹스 버너
110 : 튜브 111 : 측경부
112 : 제2가스 유입구 113 : 연소가스 안내부
120 : 연료 공급관 121 : 중앙 공기 분사관
140 : 연료 분사관 141 : 연료 노즐
150 : 연료 스퍼드 151 : 제1가스 유입구
152 : 제1스퍼드 관 153 : 제2스퍼드 관
161 ; 급기 통로
FR : 연소실 HL : 버너 장착공
MP : 마운팅 플레이트

Claims

연소실의 버너 장착공에 설치되는 복합형 저녹스 버너로서,
상기 버너 장착공에 삽입되어 선단이 연소실에 노출되며, 상기 연소실로 공기를 안내하는 튜브;
상기 튜브의 단부에 적어도 하나 마련되고, 상기 연소실로 연료를 분사하여 분할 화염을 형성하는 파이프 형상이며, 외주연 일 영역에는 연소 가스 유입을 위한 제1가스 유입구가 형성되는 연료 스퍼드;를 포함하고,
상기 튜브의 후단 측에는 상기 연소실 내부의 연소 가스 유입을 위한 제2가스유입구가 상기 튜브의 외주연에 형성되는 것을 특징으로 하며,
상기 연료 스퍼드는 연료 공급관에서 분기되며, 상기 튜브의 외측으로 연장된 제1스퍼드 관과, 상기 제1스퍼드 관과 간격을 두고 배치되며, 상기 제1가스 유입구를 형성하며 길게 연장되어 상기 튜브의 내측으로 삽입되어 배치되는 제2스퍼드 관을 포함하는 것
을 특징으로 하는 복합형 저녹스 버너.
청구항 1에 있어서,
상기 제2가스 유입구에는 공기의 흐름방향으로 비스듬하게 연소가스 안내부가 형성되는 것을 특징으로 하는 복합형 저녹스 버너.
삭제
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 제1스퍼드 관의 단부에는 상기 제2스퍼드 관을 향하여 연료를 분사하기 위해 직경이 축소된 분사 연결부가 구비되는 것을 특징으로 하는 복합형 저녹스 버너.
청구항 1에 있어서,
상기 제2스퍼드 관에서 상기 제1가스 유입구 측 단부는 상기 제1스퍼드 관을 향하여 직경이 확장된 직경확장부가 형성되는 것을 특징으로 하는 복합형 저녹스 버너.