KR102256318B1

KR102256318B1 - 혼소용 버너 장치

Info

Publication number: KR102256318B1
Application number: KR1020190046046A
Authority: KR
Inventors: 신이치 히노우에; 히로이치 이토
Original assignee: 보루카노 가부시키가이샤
Priority date: 2014-03-18
Filing date: 2019-04-19
Publication date: 2021-05-27
Also published as: JP2015178911A; KR20150108777A; KR102318108B1; KR101972445B1; KR20200021059A; JP5972925B2; KR20190044599A; CN204678345U

Abstract

혼소용(混燒用) 버너 장치(30)는, 레지스터(resister; 32)의 중심축 위에 배설(配設)된 아토마이저(atomizer; 36)와, 그 아토마이저(36) 주위에 배설된 스월러(swirler; 51)와, 아토마이저(36)를 중심으로 한 가상 배설원(101) 위에 상호 간격을 두고 배설된 복수개의 가스 노즐(65)을 구비한다. 각 가스 노즐(65)에는, 스월러(51)에 의해 형성되는 재순환 영역을 향해 가스 연료를 분사하는 파일럿 화염용 가스 개구(66)가 형성된다. 또한, 각 가스 노즐(65)에는 파일럿 화염에 의해 메인 화염이 형성되도록 가스 연료를 분사하는 메인 화염용 가스 개구(67, 68, 69)가 형성된다.

Description

혼소용 버너 장치{MIXED-COMBUSTION BURNER DEVICE}

본 발명은, 예를 들면 중유(重油) 등의 액체 연료와 천연 가스 등의 가스 연료의 이종(異種) 연료를 동시에 연소하는 것이 가능한 혼소용(混燒用) 버너 장치에 관한 것이다.

종래, 이러한 종류의 혼소용 버너 장치는, 산업용이나 선박용 보일러에 채용되어 있다. 특허문헌 1에 개시된 혼소용 버너 장치에서는, 버너 중심부에 보염용(保炎用) 스월러(swirler)가 배치되고, 그 중심축 위에 중유 등의 액체 연료를 무화(霧化)해서 공급하는 아토마이저(atomizer)가 설치되어 있다. 또한, 스월러의 블레이드부 및 스월러 외의 2개의 가상 배설원(配設圓) 위에는, 각각 복수개의 파일럿 화염(pilot flame)용 가스 노즐 및 메인 화염(main flame)용 가스 노즐이 설치되어 있다. 공기는, 윈드 박스에 도입된 후, 레지스터 안을 지나 연소실 내에 도입된다. 이때, 공기가 스월러를 통과함으로써, 스월러 하류의 연소실 내에서 소용돌이(재순환 영역)가 형성되어, 파일럿 화염용 가스 노즐로부터의 가스에 의한 화염이 메인 화염용 가스 노즐로부터의 가스 및 아토마이저로부터의 무화 연료에 전파되어서, 연소실 내에서 소정의 화염이 형성된다.

일본국 특개2006-29763호 공보

그런데, 이러한 종류의 혼소용 버너 장치는, 일반적으로는 대형 보일러에서 탑재되는 것이며, 대용량의 연소량을 갖는 것이었다. 이러한 버너 장치는 크고, 또한 부품 수도 많다. 이 때문에, 혼소용 버너 장치를 중형 보일러 또는 소형 보일러에 적용하는 것이 곤란했다. 또한, 이러한 중형 또는 소형 보일러는, 대형 보일러와 비교해서 연소실의 단위 용적당 연소량, 즉 연소실 부하가 크기 때문에, 화염의 안정성이나 컴팩트성을 달성하는 것이 어렵다. 따라서, 중형 또는 소형 버너 장치에서는, 진동 연소나 불완전 연소 등이 발생하기 쉽다.

특허문헌 1에 기재된 버너 장치는, 안정적인 화염을 형성할 수 있음과 함께, 보일러의 컴팩트화에 대응할 수 있는 것으로 되어 있지만, 메인 화염용 가스 노즐 및 파일럿 화염용 가스 노즐이라는 서로 다른 복수 종류의 화염용 가스 노즐이 필요하기 때문에, 부품 개수가 많아져, 구조가 복잡하다. 또한, 양쪽 화염용 가스 노즐이 레지스터 내의 상이한 2개의 가상 배설원 위에 배열되기 때문에, 버너 장치의 직경이 커져, 소형화에는 한계가 있었다.

본 발명은, 안정적인 화염의 형성을 실현할 수 있고, 또한 중형·소형용 보일러용으로서 대응할 수 있음과 함께, 구성이 간단한 혼소용 버너 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일측면에 따른 혼소용 버너 장치는, 레지스터의 중심축에 배설된 연료 노즐과, 이 연료 노즐의 주위에 배설된 스월러와, 상기 연료 노즐을 중심으로 한 가상 배설원 위에 상호 간격을 두고 배설된 복수개의 가스 노즐을 구비하고, 각 가스 노즐은, 파일럿 화염을 형성하기 위해 상기 스월러에 의해 형성되는 재순환 영역을 향해 가스 연료를 분사하는 파일럿 화염용 가스 개구와, 상기 파일럿 화염에 의해 메인 화염을 형성하기 위해 가스 연료를 분사하는 메인 화염용 가스 개구를 포함한다.

이 구성에 의하면, 1개의 가스 노즐에 파일럿 화염용 가스 개구와, 메인 화염용 가스 개구가 설치되어 있기 때문에, 1개의 가스 노즐이 파일럿 화염 형성 및 메인 화염 형성의 기능을 갖는다. 따라서, 2종류의 가스 노즐을 설치할 필요는 없다. 이 때문에, 혼소용 버너 장치의 부품 개수가 적어짐과 함께, 동(同) 장치의 소형화가 가능해진다.

다른 태양 및 이점은 본 발명의 기술적 사상의 예를 나타내는 도면과 함께 이하의 기재로부터 명백해진다.

도 1은 혼소용 버너 장치의 단면도.
도 2는 혼소용 버너 장치의 연소실을 나타내는 단면도.
도 3은 스월러의 사시도.
도 4는 스월러 부분의 일부 파단 정면도.
도 5는 실시형태의 가스 노즐의 사시도.
도 6은 실시형태의 가스 노즐의 단면도.
도 7은 실시형태의 가스 노즐의 정면도.
도 8은 보일러를 나타내는 간략도.

(실시형태)

도 1에 나타내는 바와 같이, 혼소용 버너 장치의 외부 쉘(shell)을 형성하는 윈드 박스(31)의 전방부에는 선단부(先端部)를 콘(cone) 형상으로 확경(擴徑)한 레지스터(resister; 32)가 돌출되어 있고, 이 확경부의 내부가 화염 유지 영역(33)으로 되어 있다. 또, 이 명세서에서는, 도 1의 좌측을 전방부로 한다. 윈드 박스(31)의 후단(後端)에는 공기 수용구(311)가 형성되어 있다. 이 공기 수용구(311)에 접속된 블로어(blower) 장치(도시 생략)의 덕트(34)로부터 연소에 사용되는 공기가 윈드 박스(31) 내에 공급되고, 그 공기가 레지스터(32)를 통해 화염 유지 영역(33)에 공급된다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 윈드 박스(31)의 중심에는 예를 들면 원통 형상의 제 1 스테이(35)가 고정된다. 그 제 1 스테이(35)의 선단부에서, 레지스터(32)의 중심축 위에 연료 노즐인 아토마이저(36)가 지지되어 있다. 아토마이저(36)에는 급유관(38)을 통해 액체 연료가 공급됨과 함께, 급기관(37)을 통해 증기 등의 압력 기체로 이루어지는 분무 매체가 공급된다. 액체 연료로서는, A 중유, B 중유, C 중유, 등유, 경유, 알코올, 바이오 연료 등이 사용된다. 아토마이저(36)의 선단의 분유(噴油) 개구로부터 분출된 액체 연료가 아토마이저(36)의 선단의 분기(噴氣) 개구로부터의 압력 기체에 의해 무화(霧化)되어 화염 유지 영역(33)의 중심부에 분출된다. 제 1 스테이(35)의 외주측에는 제 1 스테이(35)와 평행을 이루는 예를 들면 원통 형상의 제 2 스테이(41)가 고정된다. 제 2 스테이(41)의 선단 내부에는 착화(着火)용 버너의 착화용 버너 노즐(42)이 지지되어 있다. 착화용 버너 노즐(42)에는 급유관(43)을 통해 액체 연료가 공급된다. 착화용 버너 노즐(42)로부터 방출된 액체 연료가 이그나이터(ignitor)(도시 생략)의 스파크(spark)에 의해 착화되고, 그 화염이 화염 유지 영역(33) 내의 연료에 전파된다. 이 경우의 액체 연료로서는, A 중유, 경유, 등유 등이 사용된다.

도 1~도 3에 나타내는 바와 같이, 제 1 스테이(35)의 전단(前端)에는, 보염용 스월러(51)의 통(筒) 형상의 보스(52)가 고정되어 있다. 보스(52)의 외주에는, 예를 들면 나선 기류를 생성하도록 구성된 복수매의 블레이드(53)가 고정되어 있다. 블레이드(53)의 선단에는 보스(52)와 동심(同心)인 안내 고리(54)가 고정되어 있다. 레지스터(32)로부터의 공기가 안내 고리(54)에 의해 안내되어 블레이드(53) 사이의 유로를 통과함과 함께, 화염 유지 영역(33) 내에서 화염이 형성됨으로써, 도 4에 나타내는 바와 같이, 화염 유지 영역(33) 내에는, 아토마이저(36) 및 스월러(51) 또는 화염 유지 영역(33)의 중심축선(100)을 중심으로 한 스월류(流)가 형성된다. 또한, 도 2에 나타내는 바와 같이, 화염 유지 영역(33) 내에 있어서, 중심축선(100) 위의 영역에는 그 주위로부터 부압의 재순환 영역이 형성된다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 윈드 박스(31) 내의 후단에는 가스 연료실(61)이 구획되어 있다. 이 가스 연료실(61)에는 공급관(62)을 통해 가스 연료가 공급된다. 가스 연료로서는, 액화 천연 가스, 액화 석유 가스, 저칼로리 가스 등이 사용된다. 가스 연료실(61)에는 복수개(예를 들면 5개)의 원통 형상의 가스 도관(導管; 63)이 접속되어 있다. 각 가스 도관(63)은 브래킷(도시 생략)에 의해 윈드 박스(31)의 내측면에 고정되어 있다. 각 가스 도관(63)은, 후단 접속부(64)와, 그 후단 접속부(64)의 전단에 나사에 의해 착탈 가능하게 고착된 가스 노즐(65)을 구비하고 있다. 가스 노즐(65)은 가스 버너를 구성한다. 본 실시형태에서는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 복수의 가스 노즐(65)은 중심축선(100)을 중심으로 한 가상 배설원(101) 위에서 상호 간격을 둔 등(等)피치로 배치되어 있다. 가스 노즐(65)의 선단면(652)은 원뿔 형상으로 형성되어 있다. 가상 배설원(101)은 각 가스 노즐(65)의 중심축선(102) 위를 통과한다.

도 1 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 스월러(51)에서, 중심으로부터 외측으로 편심한 위치에는, 1개의 수용통(55)이 고정되어 있고, 그 수용통(55)에 착화용 버너 노즐(42)이 수용되어 있다. 안내 고리(54)는, 등간격을 두고 형성된 복수의 (실시형태에서는 5개의) 오목부(56)를 갖는다. 각 오목부(56)에는 가스 노즐(65)이 수용된다. 따라서, 복수의 가스 노즐(65)은, 스월러(51)의 외경면(外徑面)으로부터 스월러(51)의 직경 방향 안쪽에 위치한다. 오목부(56)의 내주면과 가스 노즐(65)의 외주면 사이에 약간의 간극이 형성될 수 있다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 착화용 버너 노즐(42)의 선단은, 수용통(55) 내에서 스월러(51)의 전단 개구면(511)보다 후방에 위치하고 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 각 가스 노즐(65)의 선단부는, 스월러(51)의 전단 개구면(511)으로부터 전방으로, 화염 유지 영역(33)을 향해 또는 화염 유지 영역(33) 내로 돌출되어 있다.

도 5~도 7에 나타내는 바와 같이, 가스 노즐(65)의 선단부에는, 가스 노즐(65)의 외주면(651)에서 개구되는 1개의 파일럿 화염용 가스 개구(이하, 파일럿 개구라 함)(66)가 관통 설치되어 있다. 이 파일럿 개구(66)는, 중심축선(100)과 평행한 방향에서 봐서(이하, 정면시(正面視)라 함), 도 4에 나타내는 바와 같이, 가상 배설원(101)의 반경 방향의 중심 방향을 지향하고 있다. 따라서, 파일럿 개구(66)로부터 중심축선(100)의 방향을 향해 가스가 분출된다. 이 파일럿 개구(66)의 가스 노즐(65)의 중심축선(102)에 대한 중심각(θ1)은, 가상 배설원(101)의 반경선(103)에 대해서 -45°~ +45°의 범위 내로 설정되고, 이 실시형태에서는 0°로 설정되어 있다.

도 4~도 7에 나타내는 바와 같이, 가스 노즐(65)의 선단부에는, 외주면(651)에서 개구되는 메인 화염용 가스 제 1 개구(이하, 제 1 개구라 함)(67)와, 메인 화염용 가스 제 2 개구(이하, 제 2 개구라 함)(68)가 형성되어 있다. 제 1 개구(67)는, 중심축선(102)을 중심으로 한 중심각(θ2)이 반경선(103)에 대해서 스월류의 전방 방향(104)으로 15°~ 90°의 범위 내에 위치하고 있다. 본 실시형태에서는 중심각(θ2)은 36°이다. 이 때문에, 제 1 개구(67)는 정면시에서 가상 배설원(101)의 반경 방향의 중심 방향이며, 또한 스월류의 전방 방향(104)을 지향하고 있고, 그 지향 방향으로 가스가 분출된다. 따라서, 제 1 개구(67)에 의해, 가상 배설원(101)의 반경 방향 내향으로 형성되는 가상 반경선(103)과, 가상 배설원(101)의 접선 방향으로서 스월러(51)에 의한 연소용 공기, 즉 스월류의 전방 방향(104)과 동일한 방향으로 형성되는 가상 접선과의 사이의 각도 범위 내에서 제 1 개구(67)에 의한 가스 연료의 분출 방향이 설정되어 있다.

제 2 개구(68)는 반경선(103)에 대해서 가스 노즐(65)의 중심축선(102)을 중심으로 한 중심각(θ3)이 90°~180°의 범위 내에 위치하고 있다. 본 실시형태에서는 중심각(θ3)은 108°이다. 따라서, 제 2 개구(68)는, 정면시에서 가상 배설원(101)의 반경 방향의 반대 방향에서, 스월류의 전방 방향(104)을 지향하고 있으며, 그 지향 방향으로 가스가 분출된다. 즉, 제 2 개구(68)에 의해, 가상 배설원(101)의 반경 방향 외향으로 형성되는 가상 반경선(103)과, 당해 가상 배설원(101)의 접선 방향으로서 스월러(51)에 의한 연소용 공기, 즉 스월류의 전방 방향(104)과 동일한 방향으로 형성되는 가상 접선과의 사이의 각도 범위 내에서 제 2 개구(68)에 의한 가스 연료의 분출 방향이 설정되어 있다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 파일럿 개구(66), 제 1 개구(67) 및 제 2 개구(68)는, 가스 노즐(65)의 축 방향에서 동일한 위치에 형성됨과 함께, 가스 노즐(65)의 중심축선(102)을 중심으로 한 방사 방향을 지향하고 있고, 그것들(66, 67, 68)은 동일한 직경이다. 또한, 도 2에 나타내는 바와 같이, 파일럿 개구(66), 제 1 개구(67), 제 2 개구(68) 및 제 3 개구(69)는, 스월러(51)의 전단 개구면(511)의 전방에 위치하고 있다.

도 5~도 7에 나타내는 바와 같이, 가스 노즐(65)의 선단부에는, 선단면(652)에서 개구되는 메인 화염용 가스 제 3 개구(이하, 제 3 개구라 함)(69)가 관통 설치되어 있다. 제 3 개구(69)는 중심축선(102)을 중심으로 한 외향 반경선측에서 중심각(θ4)이 +45°~ -45°의 범위 내에 위치하고 있다. 이 실시형태에서는, θ4는 0°이다. 따라서, 제 3 개구(69)는, 정면시에서 가상 배설원(101)의 반경 방향의 외향을 지향하고 있고, 즉, 제 3 개구(69)에 의해, 가스 노즐(65)의 선단부로부터 가스 노즐(65)의 가상 배설원(101)의 반경 방향의 외향으로 가스가 분출된다.

가스 노즐(65)로부터 분출되는 전체 가스 연료의 전체량 중 대략 40%가 제 3 개구(69)로부터, 각각 대략 20%가 파일럿 개구(66), 제 1 개구(67), 제 2 개구(68)로부터 분출되도록, 각 개구(66~69)의 내경이 설정되어 있다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 측면시에서, 파일럿 개구(66), 제 1 개구(67) 및 제 2 개구(68)는, 재순환 영역의 하류의 방향을 향하며, 안쪽을 지향하고, 각각 중심축선(100)과 평행한 축선(105)에 대해서 경사져 있다. 이들 개구(66, 67, 68)의 축선(105)에 대한 경사 각도는 파일럿 개구(66)가 가장 크고, 제 1 개구(67), 제 2 개구(68) 순으로 작게 되어 있다. 제 3 개구(69)는, 재순환 영역의 하류의 방향을 향하며, 바깥쪽을 지향하고, 중심축선(100)과 평행한 축선(105)에 대해서 경사져 있다.

도 8에 나타내는 바와 같이, 이상과 같이 구성된 혼소용 버너 장치(30)는, 보일러(80)의 케이싱에 조립되어 가동된다.

다음으로, 본 실시형태의 혼소용 버너 장치의 작용을 설명한다.

도시하지 않은 블로어의 가동에 의해, 공기가 윈드 박스(31)의 후단의 공기 수용구(311)로부터 윈드 박스(31) 내에 도입된다. 그 공기는 레지스터(32)를 통해, 스월러(51) 내를 통과하고, 스월러(51)의 전단 개구면(511)으로부터 화염 유지 영역(33) 내에서 축선(100)을 중심으로 해서, 스월 선회류(旋回流)로서 흐름과 함께, 외측으로부터 중심축선(100)측으로 흘러 들어오는 재순환류가 된다. 이때, 아토마이저(36)로부터 중심축선(100) 방향을 따라 화염 유지 영역(33) 내에 액체 연료가 분무됨과 함께, 착화용 버너 노즐(42)과, 가스 노즐(65)의 파일럿 개구(66) 및 제 1 개구~제 3 개구(67~69)로부터 가스 연료가 분출된다. 이와 동시에, 착화용 버너 노즐(42)에서 이그나이터에 의해 액체 연료에 대한 착화가 행해진다. 그 화염이 아토마이저(36) 및 가스 노즐(65)로부터의 연료에 전파된다.

이때, 화염 유지 영역(33)의 중심부에서 스월러(51)에 의해 선회를 수반하는 재순환류에 의해 화염이 형성되고, 이 화염에 의해 아토마이저(36) 및 가스 노즐(65)로부터 분출되는 연료를 안정적으로 계속 연소시킬 수 있다. 즉, 레지스터(32)로부터 스월러(51)을 통과하는 공기에는 스월러(51)의 선회 블레이드의 작용에 의해 한 방향으로의 선회가 가해져, 재순환 영역이 형성된다. 이 때문에, 공기와 아토마이저(36) 및 가스 노즐(65)로부터 분출되는 연료와의 혼합이 촉진되어, 안정적인 화염이 형성된다. 또, 화염 유지 영역(33) 내에서, 아토마이저(36) 및 가스 노즐(65)로부터의 연료에 의한 화염이 안정화된 후, 착화용 버너 노즐(42)로부터의 액체 연료의 공급은 정지된다. 이렇게, 아토마이저(36)나 가스 노즐(65)로부터의 연료에 의한 화염이 안정된 후, 착화용 버너의 운전은 정지된다. 그러나, 화염 불안정시에는 착화용 버너를 운전하는 것도 가능하고, 상시 운전하는 것도 가능하다. 특히 발열량이 작은 연료를 사용하는 경우에는, 착화용 버너를 상시 운전하는 경우도 있다. 또한, 착화용 버너는, 본 실시형태에서는 액체 연료를 사용하고 있지만, 가스 연료를 사용하는 것도 가능하다.

또, 화염 유지 영역(33)의 중심축선(100) 위에 아토마이저(36)는, 그 주위에 가스 노즐(65)이 설치되어 있기 때문에, 본 실시형태의 혼소용 버너 장치(30)를 기름과 가스를 동시에 연소할 수 있는 기름·가스 혼소용으로서도 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 기름 전소용(專燒用) 및 가스 전소용으로서도 사용할 수 있다. 이 경우, 스월러(51)에 의해 형성된 부압 영역인 재순환 영역에, 기름 화염 혹은 가스 화염이 충분히 보염(保炎)되어, 안정적인 화염이 형성된다. 따라서, 기름과 가스 연료에 의해, 전소(專燒) 운전 및 혼소(混燒) 운전에서 고(高) 턴다운비 운전이 가능하며, 또한 컴팩트하고 안정적인 화염을 형성할 수 있다.

본 실시형태에서는, 이하의 작용 및 효과를 얻을 수 있다.

(1) 가스 노즐(65)에는, 스월러(51)에 의해 형성된 재순환 영역을 향해 가스 연료가 분사되는 파일럿 개구(66)가 설치되고, 이 파일럿 개구(66)로부터 분사되는 가스 연료에 의해 파일럿 화염이 형성된다. 또한, 가스 노즐(65)에는, 파일럿 화염을 기초로 메인 화염을 형성하기 위한 가스 연료가 분사되는 제 1 개구~제 3 개구(67~69)가 설치되어 있다. 따라서, 종래 구성과는 달리, 파일럿 화염을 위한 가스 연료를 공급하는 파일럿 가스 노즐과 메인 가스 노즐을 별도로 설치하는 것이 불필요해져, 부품 개수의 삭감에 의한 구성의 간소화와, 스월러(51)의 소경화(小徑化)에 의한 장치의 소형화가 가능해진다.

(2) 파일럿 개구(66)로부터의 가스 연료의 분출 방향을, 가스 노즐(65)의 가상 배설원(101)의 반경 방향의 중심 방향으로 -45°~ +45°의 범위 내에 위치하도록 설정했다. 이 구성에 의하면, 스월러(51)에 의해 형성되는 재순환 영역에, 파일럿 개구(66)로부터 적량의 가스를 공급함으로써, 컴팩트하고 안정적인 파일럿용 가스 화염을 형성할 수 있다. 따라서, 전술한 바와 같이 혼소용 버너 장치 전체의 소형화에 기여할 수 있음과 함께, 저진동의 혼소용 버너 장치를 얻을 수 있다.

(3) 특히, 파일럿 개구(66)로부터의 가스 연료의 분출 방향을, 가상 배설원(101)의 반경 방향의 중심 방향이 되도록 설정했다. 이 구성에 의하면, 스월러(51)에 의해 형성되는 재순환 영역에, 파일럿 개구(66)로부터 적량의 가스를 더 공급할 수 있어, 안정적인 파일럿용 가스 화염을 형성할 수 있다. 특히, 가스 전소 운전에서는, 이 효과는 크다.

(4) 도 2에 나타내는 측면시에서, 파일럿 개구(66)를 전방으로, 또한 안쪽으로 경사진 방향으로 지향시켜, 스월러(51)의 연소용 공기 출구의 전단 개구면(511)의 전방의 위치로부터 재순환류의 하류 위치를 향해 가스가 분출되도록 했다. 이 때문에, 스월러(51)의 하류부에 형성되는 재순환 영역 혹은 그 부근에 대해서, 파일럿 개구(66)로부터 분출된 가스 연료가 적당히 공급되어, 안정적인 가스 화염이 형성된다.

(5) 측면시에서, 스월러(51)의 전단 개구면(511)의 전방의 위치에서 파일럿 개구(66)의 지향 각도를 전방으로, 또한 안쪽으로 경사지게 해서, 재순환 영역의 하류의 위치를 향해 가스가 분출되도록 개구했다. 이 때문에, 파일럿 개구(66)로부터의 가스 분류(噴流)가 재순환 영역의 외주부로부터 내측으로 끌어들여져, 바람직하게 가스 연료가 재순환 영역에 혼입한다. 이 때문에, 재순환류가 파괴되지 않고, 컴팩트하고 안정적인 화염이 형성된다. 이에 대해서, 측면시에서, 파일럿 개구로부터의 가스 분출 방향을 중심축선(100)에 대해서 대략 수직 내향으로 한 경우에는, 재순환 영역을 가스 분류가 관통해서, 이 순환류의 일부가 분단 파괴된다. 이러한 경우에는, 화염 안정이 저해되어, 화염의 불안정화를 초래하기 쉬워진다. 본 실시형태에서는, 이러한 문제의 발생을 억제할 수 있다.

(6) 가스 노즐(65)의 선단부가 스월러(51)의 전단 개구면(511)으로부터 화염 유지 영역(33)측으로 돌출되어 있다. 이 때문에, 도 2에서 명백한 바와 같이, 가스 연료를 재순환 영역에 그 외주측으로부터 내부로 끌어들이기 쉽게 하기 위한 유효한 위치에 파일럿 개구(66) 및 제 1 개구~제 3 개구(67, 68, 69)를 용이하게 배치할 수 있다. 따라서, 컴팩트하고 안정적인 화염의 형성에 기여할 수 있다.

(7) 파일럿 개구(66)가 가스 노즐(65)의 외주면(651)에서 개구되어 있기 때문에, 화염 안정화를 위해서, 파일럿 개구(66)를 중심축선(100) 방향의 하류에 방향으로 경사 상태에서 지향시키는 것이 용이하며, 컴팩트하고 안정적인 화염의 형성에 유효하고 또한 간단하게 기여할 수 있게 된다.

(8) 제 1 개구(67)에 의해, 가스 노즐(65)의 가상 배설원(101)의 반경 방향 내향으로 형성되는 반경선과, 가상 배설원(101)의 접선 방향으로서 스월러(51)에 의한 연소용 공기의 선회 방향과 동일한 방향으로 형성되는 가상 접선과의 사이의 각도 범위 내에서 가스 연료의 분출 방향이 설정되어 있다. 이 구성에 의하면, 스월러(51)에 의해 형성되는 재순환 영역에, 제 1 개구(67)로부터 적량의 가스를 공급할 수 있음과 함께, 파일럿용 가스 화염의 주위에 적량의 가스를 공급할 수 있어, 길게 연장되지 않고, 컴팩트하게 뭉쳐진 안정적인 파일럿용 가스 화염을 형성할 수 있다.

(9) 제 2 개구(68)가, 가상 배설원(101)의 반경 방향 외향으로 형성되는 가상 반경선과, 가상 배설원(101)의 접선 방향으로서 스월러(51)에 의한 연소용 공기의 선회 방향과 동일한 방향으로 형성되는 가상 접선과의 사이의 각도 범위 내를 지향하고 있다. 따라서, 제 1 개구(67)로부터의 가스 분출 영역을 포위하도록 제 2 개구(68)로부터 가스가 재순환 영역을 향해 공급된다. 이 때문에, 컴팩트하게 안정적으로 뭉쳐진 메인 화염을 형성할 수 있다.

(10) 제 3 개구(69)가, 가스 노즐(65)의 선단부에서, 가스 노즐(65)의 가상 배설원(101)의 반경 방향 외향이며, 또한 측면시에서 재순환 영역의 방향으로 개구되어 있다. 따라서, 스월러(51)의 외측의 공기의 흐름에 가스가 공급되어, 재순환 영역의 외측을 포위하는 화염이 형성된다. 이 때문에, 화염 유지 영역(33) 전체를 유효하게 이용해서 뭉쳐진 화염을 형성할 수 있다. 따라서, 컴팩트한 화염을 높은 효율하에서 형성할 수 있어, 고효율 운전 가능한 혼소용 버너 장치를 대형화를 초래하지 않고 실현할 수 있다.

(11) 가스 노즐(65)은, 스월러(51)의 외형보다 중심측으로 들어가서 위치한다. 따라서, 파일럿용 가스가 스월러 전방면에 형성되는 재순환 영역 내에 혼합되기 쉬워진다. 또한, 혼소용 버너 장치의 외형이 작아져, 소형화가 가능해진다.

또, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 이하와 같이 변경해도 된다. 몇 가지 변경예를 적당히 조합해도 된다.

도 6의 예와 같이, 파일럿 개구(66) 및 제 1 개구(67) 및 제 2 개구(68)는, 가스 노즐(65)의 선단 블록을 비스듬히 관통하고, 가스 노즐(65)의 외주면(651)에서 개구되는 경사진 가스 통로여도 되며, 제 3 개구(69)는, 가스 노즐(65)의 선단 블록을 비스듬히 관통하고, 가스 노즐(65)의 선단면(652)에서 개구되는 경사진 가스 통로여도 된다. 다른 예에서는, 파일럿 개구(66)는, 가스 노즐(65)의 선단 블록을 제외한 가스 노즐(65)의 외주벽을 비스듬히 관통하는 경사진 가스 통로여도 된다. 파일럿 개구(66), 제 1 개구(67) 및 제 2 개구(68) 중 적어도 하나는, 가스 노즐(65)의 선단면(652)에서 개구되도 된다. 가스 노즐(65)의 선단면(652)은 반원형과 같은 볼록한 곡면이어도 된다.

·실시형태에서, 가스 노즐(65)은 원통형으로 형성되고 그 단면 형상이, 원형으로 형성되어 있다. 이에 한정되지 않고, 가스 노즐(65)이 단면 오각형, 육각형, 팔각형 등의 다각형으로 형성되도록, 각통형(角筒型)으로 해도 된다.

·실시형태에서는, 스월러(51)의 외주에 오목부(56)가 형성되고, 가스 노즐(65)이 스월러(51)의 외경 위치로부터 직경 방향의 중심측에 배치되어 있다. 가스 노즐(65)의 스월러(51)의 직경 방향의 위치는, 실시형태보다 더 중심에 접근하도록 변위되어도 되고, 도 4에 2점 쇄선으로 나타내는 바와 같이, 스월러(51)의 외경 위치로부터 중심측에 접근한 위치에서 스월러(51)의 블레이드(53)를 관통해도 된다. 혹은, 오목부(56)의 원호를 얕게 해서, 실시형태보다 스월러(51)의 외경측으로 변위하거나, 스월러(51)의 외경 위치로부터 외측에 배치해도 된다.

·아토마이저(36)는, 증기 분무 타입인 것이 사용되어 있지만, 공기 분무형 아토마이저 등의 2류체 분사 아토마이저여도 된다. 또한, 무화 매체를 사용하지 않는 압력 분무형 아토마이저가 사용되어도 된다.

·아토마이저(36) 대신에, 스월러(51)의 중심부에 연료 노즐로서의 가스 노즐을 설치해도 된다. 이 경우, 중심의 가스 노즐로부터 분출되는 가스 연료는, 비(非)중심의 가스 노즐(65)로부터 분출되는 가스와 동일한 종류여도 되고, 다른 종류여도 된다. 동일한 종류의 가스로 한 경우는, 버너 장치가 가스의 전소용 버너 장치가 되고, 상이한 종류의 가스로 한 경우는, 상이한 가스의 혼소용 버너 장치가 된다.

·가스 노즐(65)의 개수는 5개로 한정되지 않는다. 2~4개, 6개 이상 중 어느 개수나 가능하다. 이 경우, 가스 노즐(65)은 등간격으로 배열되는 것이 바람직하다.

·중심각(θ1)의 범위(±45°) 내에 복수의 파일럿 화염용 가스 개구를 설치해도 된다.

·메인 화염용 가스 개구의 수를 1, 2 또는 4 이상 중 어느 하나로 변경해도 좋다.

·실시형태에서는, 혼소용 버너 장치(30)가 보일러(80)용으로서 구체화되어 있지만, 이에 한정되지 않고, 공업용 로(爐)나 열풍 발생 장치용 등, 다른 용도로 이용 가능하다.

실시형태에서는, 가스 노즐(65)의 선단부를 스월러(51)의 전단 개구면(511)으로부터 화염 유지 영역(33)측으로 돌출되게 했지만, 돌출되지 않게 해도 된다. 이렇게 구성해도, 가스 노즐(65)이 스월러(51)의 외주에 위치하고 있기 때문에, 가스 연료를 재순환 영역의 외주부로부터 내부로 끌어들이기 쉬운 위치에 파일럿 개구(66) 및 제 1 개구~제 3 개구(67, 68, 69)를 배치할 수 있다.

·실시형태에서는, 파일럿 개구(66), 제 1 개구(67) 및 제 2 개구(68)를 동일한 직경으로 했지만, 이들 개구(66, 67, 68) 및 제 3 개구(69)의 직경은, 각종 조건, 예를 들면 스월러(51)의 내부를 통과하는 공기량과 스월러(51)의 외부를 통과하는 공기량의 비율, 스월류의 선회 강도 등의 조건에 따라 적당히 설정된다. 따라서, 각 개구(66, 67, 68, 69)로부터 분출되는 가스 연료의 양의 비율도 각종 조건에 따라 적당히 설정된다.

본 발명은, 예시한 것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 예시한 특징이 본 발명에 있어서 필수라고 해석되어서는 안되고, 오히려, 본 발명의 주제는, 개시한 특정 실시형태의 모든 특징보다 적은 특징으로 존재하는 경우가 있다. 본 발명은, 청구범위에 의해 나타나며, 청구범위와 균등한 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

Claims

레지스터(resister)의 중심축에 배설(配設)된 연료 노즐과,
상기 연료 노즐의 주위에 배설된 원형의 스월러(swirler)와,
각 가스 노즐의 일부가 외부로 노출되도록 상기 스월러의 외경면에 인접한 가상원(假想圓) 위에 상호 간격을 두고 배설된 복수개의 가스 노즐을 구비한 혼소용(混燒用) 버너 장치에 있어서,
상기 가스 노즐은, 상기 스월러보다도 축방향 하류측으로 돌출함과 함께,
파일럿 화염(pilot flame)을 형성하기 위해, 상기 스월러에 의해 형성되는 재순환 영역을 향하여 가스 연료가 분사되는 파일럿 화염용 가스 개구와,
메인 화염(main flame)을 형성하기 위해, 가스 연료가 분사되는 메인 화염용 가스 개구를 마련하고,
상기 파일럿 화염용 가스 개구가, 상기 가상원의 내측에 배치됨과 함께, 스월러의 화염 유지 영역측의 개구면으로부터 하류의 위치를 향하여 가스를 분출하도록 하고,
상기 메인 화염용 가스 개구는, 상기 가상원의 외측 및 상기 스월러의 외경면의 외측에 배치됨과 함께, 가스 노즐의 선단부의 선단면에 상기 스월러의 반경 방향 외향으로 개구하는 메인 화염용 가스 개구를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 혼소용 버너 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 가스 노즐의 상기 파일럿 화염용 가스 개구가, 상기 가스 노즐의 외주면(外周面)으로 개구되어 있는 혼소용 버너 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 스월러에는 상기 가상원보다도 스월러 중심측에 위치하는 오목부를 형성하고, 그 오목부 내에 가스 노즐을 배치한 혼소용 버너 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 가스 노즐의 선단부의 선단면으로 개구하는 메인 화염용 가스 개구의 내경(內徑)은, 상기 선단부의 외주면으로 개구하는 메인 화염용 가스 개구의 내경보다 크게 설정되어 있는 혼소용 버너 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 파일럿 화염용 가스 개구는, 그 가스 분출 방향이 축방향 하류 방향에 대하여, 중심축측으로 경사져 있는 혼소용 버너 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 가스 노즐의 선단부의 외주면으로 개구하는 메인 화염용 가스 개구는, 상기 가상원의 내향 반경선(半徑線)과, 동(同)가상원의 접선으로서, 스월러에 의한 연소용 공기의 선회 방향과 같은 방향의 가상 접선과의 사이의 각도 범위 내로 가스 연료의 분출 방향을 설정하고 있는 혼소용 버너 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 가스 노즐의 선단부의 외주면으로 개구하는 메인 화염용 가스 개구는,
상기 가상원의 반경 방향 외향으로 형성되는 가상 반경선과, 상기 가상원의 접선 방향으로서 스월러에 의한 연소용 공기의 선회 방향과 같은 방향으로 형성되는 가상 접선과의 사이의 각도 범위 내로 가스 연료의 분출 방향을 설정한 혼소용 버너 장치.
레지스터의 중심축에 배설된 연료 노즐과,
상기 연료 노즐의 주위에 배설되고 상기 중심축을 축으로 스월러류를 형성하는 원형의 스월러와,
각 가스 노즐의 일부가 외부로 노출되도록 상기 스월러의 외경면에 인접한 가상원 위에 상호 간격을 두고 배설된 복수개의 원기둥 형상의 가스 노즐을 구비한 혼소용 버너 장치에 있어서,
상기 가스 노즐은,
파일럿 화염을 형성하기 위해, 상기 가스 노즐의 외주면에 형성되며, 상기 가상원의 중심축을 향한 반경선에 대하여 정해진 각도 범위 내의 분출 방향으로 설정되고 상기 스월러에 의해 형성되는 스월러류를 따라 재순환 영역을 향하여 가스 연료가 분사되는 파일럿 화염용 가스 개구와,
상기 파일럿 화염용 가스 개구의 가스 분출역을 외측으로부터 포위하기 위해 가스를 분출하도록 설정된 제 1 개구와,
메인 화염을 형성하기 위해, 상기 가상원의 외측 및 상기 스월러의 외경면의 외측에 배치됨과 함께, 상기 가상원의 외측을 향하여 가스 연료가 분사되는 메인 화염용 가스 개구를 마련하여 구성된 것을 특징으로 하는 혼소용 버너 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 가스 노즐에는,
상기 제 1 개구의 가스 분출역을 외측으로부터 포위하기 위해 가스를 분출하도록 설정된 제 2 개구를 마련하여 구성된 것을 특징으로 하는 혼소용 버너 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 파일럿 화염용 가스 개구, 제 1 개구는, 상기 가스 노즐의 축방향에 있어서 동위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 혼소용 버너 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 파일럿 화염용 가스 개구, 제 1 개구는, 상기 스월러의 전단(前端) 개구면을 포함하는 면의 하류측에 위치해 있는 것을 특징으로 하는 혼소용 버너 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 파일럿 화염용 가스 개구, 제 1 개구에 있어서, 노즐 중심축에 있어서 상기 반경선을 기준으로, 상기 제 1 개구는 상기 파일럿 화염용 가스 개구보다도 큰 각도를 갖도록 설정된 것을 특징으로 하는 혼소용 버너 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 파일럿 화염용 가스 개구, 제 1 개구, 제 2 개구에 있어서, 노즐 중심축에 있어서 상기 반경선을 기준으로, 상기 제 1 개구는 상기 파일럿 화염용 가스 개구보다도 큰 각도를 갖고, 상기 제 2 개구는 상기 제 1 개구보다 더 큰 각도를 갖도록 설정된 것을 특징으로 하는 혼소용 버너 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 파일럿 화염용 가스 개구, 제 1 개구에 있어서, 재순환 영역의 하류의 방향을 향하여, 안쪽을 지향(指向)하고, 각각 중심축선과 평행한 축선에 대하여 경사져 있는 것을 특징으로 하는 혼소용 버너 장치.
제 14 항에 있어서,
상기 파일럿 화염용 가스 개구, 제 1 개구의 경사각은, 중심축선과 평행한 축선에 대하여 상기 파일럿 화염용 가스 개구가 제 1 개구보다도 큰 것을 특징으로 하는 혼소용 버너 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 파일럿 화염용 가스 개구, 제 1 개구는, 그 내경이 동일한 직경으로 형성된 것을 특징으로 하는 혼소용 버너 장치.
제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 기재된 가스 노즐.
제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 기재된 스월러.
보일러 케이싱에 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 기재된 혼소용 버너 장치를 조립한 보일러.
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