KR102465002B1 - 선회기의 연료 주입 업스트림 및 다운스트림을 갖는 개선된 선회 버너 - Google Patents

선회기의 연료 주입 업스트림 및 다운스트림을 갖는 개선된 선회 버너 Download PDF

Info

Publication number
KR102465002B1
KR102465002B1 KR1020177019098A KR20177019098A KR102465002B1 KR 102465002 B1 KR102465002 B1 KR 102465002B1 KR 1020177019098 A KR1020177019098 A KR 1020177019098A KR 20177019098 A KR20177019098 A KR 20177019098A KR 102465002 B1 KR102465002 B1 KR 102465002B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
burner
volume
fuel
wall
vanes
Prior art date
Application number
KR1020177019098A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170097096A (ko
Inventor
마틴 슈미트
폴 바나드
토니 토허
Original Assignee
케레스 인텔렉츄얼 프로퍼티 컴퍼니 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 케레스 인텔렉츄얼 프로퍼티 컴퍼니 리미티드 filed Critical 케레스 인텔렉츄얼 프로퍼티 컴퍼니 리미티드
Publication of KR20170097096A publication Critical patent/KR20170097096A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102465002B1 publication Critical patent/KR102465002B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/36—Details, e.g. burner cooling means, noise reduction means
    • F23D11/38—Nozzles; Cleaning devices therefor
    • F23D11/383—Nozzles; Cleaning devices therefor with swirl means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
    • F23C7/002—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply the air being submitted to a rotary or spinning motion
    • F23C7/004—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply the air being submitted to a rotary or spinning motion using vanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/02—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/20—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
    • F23D14/22—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other
    • F23D14/24—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other at least one of the fluids being submitted to a swirling motion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/70—Baffles or like flow-disturbing devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D17/00—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
    • F23G7/06—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases
    • F23G7/061—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating
    • F23G7/065—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating using gaseous or liquid fuel
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • H01M8/04022—Heating by combustion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0618—Reforming processes, e.g. autothermal, partial oxidation or steam reforming
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2204/00—Burners adapted for simultaneous or alternative combustion having more than one fuel supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/14—Special features of gas burners
    • F23D2900/14021—Premixing burners with swirling or vortices creating means for fuel or air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/14—Special features of gas burners
    • F23D2900/14701—Swirling means inside the mixing tube or chamber to improve premixing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

본 발명은 개선된 선회 버너들, 특히 연료 전지 시스템들에 사용되는 선회 버너들에 관한 것이지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

Description

선회기의 연료 주입 업스트림 및 다운스트림을 갖는 개선된 선회 버너{IMPROVED SWIRL BURNER WITH FUEL INJECTION UPSTREAM AND DOWNSTREAM OF THE SWIRLER}
본 발명은 개선된 선회 버너들, 특히 연료 전지 시스템들에 사용되는 선회 버너들에 관한 것이지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
연료 전지들, 연료 전지 스택들, 연료 전지 스택 어셈블리들 및 열 교환기 시스템들, 배열들 및 방법들에 대한 교시들은 통상의 기술자에게 잘 알려져 있고, 특히 본원에 전체로서 참조로 포함되는 WO02/35628, WO03/07582, WO2004/089848, WO2005/078843, WO2006/079800, WO2006/106334, WO2007/085863, WO2007/110587, WO2008/001119, WO2008/003976, WO2008/015461, WO2008/053213, WO2008/104760, WO2008/132493, WO2009/090419, WO2010/020797 및 WO2010/061190을 포함한다.
문맥에 달리 명시되어 있지 않는 한, "유체(fluid)"라는 용어는 액체들과 기체들을 모두 포함한다.
개선된 환경 책임의 일반적 주세와 법률은 모든 작동들에서 연료의 연소 또는 태움에 의해 생성되는 배기가스를 줄이기 위한 관심을 장려한다. 특히 연료 전지 작동 시, 가정용으로 사용할 경우 연료 전지 가스 가열 기기에 적용되는 유럽 표준 EN50465:2008과 같이 배기가스 수준들에 최대 제한들을 설정하는 법률이 있다. 배기가스들을 제어하는 데에 있어서 특히 중요한 것은 일산화탄소(CO) 및 아산화질소(NOx) 배기가스들의 감소이다.
버너 설계는 연소 배기가스들 제어에 있어서 매우 중요하다. 공기 유동, 반응물들의 혼합 및 화염의 위치와 같은 요소들은 모두 연소될 연료의 화학적 조성과 함께 고려되어야 한다. 동일한 버너에서 연소된 연료의 조성 변화는 매우 다른 배기가스들을 초래할 수 있다. 따라서 필요한 배기가스 제한치들을 준수하기 위해 특정 연료용 버너를 설계해야 하는 경우가 종종 있다. 그럼에도 불구하고, 버너는 다양한 연료들에 의해 연료를 공급받아야 하고, 이들 모드들 각각에서 연소 안정성 및 배출 제어는 중요하다.
버너는 종종 연료 전지 시스템들 및 관련 시스템 파트들의 온도를 작동 온도로 높이기 위해 열 에너지를 공급하기 위해 연료 전지 시스템들에 사용된다. 연료 전지 시스템은 일반적으로 적어도 하나의 연료 전지 스택을 포함한다.
본원에서 연료 전지 또는 연료 전지 시스템이 참조될 경우, 연료 전지 또는 연료 전지 시스템은 보다 바람직하게는 고체 산화물 연료 전지(SOFC) 또는 SOFC 시스템이고, 보다 바람직하게는 중간 온도 고체 산화물 연료 전지(IT-SOFC) 또는 IT-SOFC 시스템이다. 연료 전지 시스템은 적어도 하나의 연료 전지 스택을 포함할 것이고, 각각의 연료 전지 스택은 적어도 하나의 연료 전지를 포함한다. 보다 바람직하게, 연료 전지 또는 연료 전지의 연료 전지들은 450-650℃, 보다 바람직하게는 500-610℃, 또는 500-615℃, 또는 500-620℃, 및 가능하게는 615 내지 620℃의 작동 온도 범위를 갖는다.
고체 산화물 연료 전지들을 이용할 때, 버너는 저발열량(LCV, low calorific value) 연료 및 고발열량(HCV, high calorific value) 연료 모두에 의해 연료 공급되는 것이 바람직하다. 이들 용어는 "낮은 발열량(lower calorific value)"("LCV"라고도 함) 및 "높은 발열량(higher calorific value)"("HCV"라고도 함)과 구별됨을 유의해야 하고, 모든 연료들은 낮은 발열량 및 높은 발열량을 모두 갖는다. 예를 들어, 저발열량(LCV) 연료들의 예들로는 H2, CO의 분율(fraction)이 높으며 선택적으로 낮은 분율의 CH4를 갖는 연료가 있다. LCV 연료의 웨버 지수(Wobbe index)는 일반적으로 18 내지 35MJ/m3이다. 고발열량(HCV) 연료의 예들은 메탄, 에탄 또는 프로판 또는 이들 중 임의의 조합을 포함하는 연료들이고, HCV에 대한 웨버 지수는 일반적으로 36 내지 85MJ/m3이다.
연료 전지 스택은 전기화학적 반응을 위해 수소가 풍부한 HCV 연료를 사용한다. 전기화학적 반응의 결과로서, 연료는 산화되는 반응 요소들의 일부의 조성을 변화시키고, 수소는 수증기가 되고, 일산화탄소는 이산화탄소가 된다. 그 결과로서, 이 과정으로부터의 오프 가스들(off-gas)은 LCV 연료이다. 따라서, HCV 연료는 LCV 연료와 구별됨이 명확하다.
전기화학적 반응으로부터 형성되는 LCV 연료는 버너 내에서 연소될 수 있다. 그러나, 연료 전지가 작동 온도에 도달할 때까지(예를 들어, 스타트-업(start up)까지), HCV 연료의 연소에는 일반적으로 초기에 연료 전지 시스템을 가열하는 것이 요구된다. 따라서, 스타드-업에서, HCV 연료를 연소시키는 것이 필요하다. 연료 전지의 정상 상태 작동 중에는 주로 LCV 연료를 연소해야 한다. 연료 전지 작동 포인트 상태들 사이의 전이(transition) 동안(즉, 연료 전지의 전력 출력이 변화될 때), 연소되는 연료의 조성은 그에 따라 변화하고, 정상 상태로부터 정지 상태로의 전이 동안 유사하게 변화한다. 이들 각각의 연료들의 연소로 낮은 배기가스들을 유지하기 위해, 버너의 다른 구성들이 요구된다: HCV 연료 버너는 연소 전에 산화제와의 상당한 정도의 혼합을 선호한다; 반면에 LCV 연료 버너는 연소 전에 산화제와 혼합되는 양이 적다. 또한, HCV 연료의 경우 LCV 연료에 비해 공기 유동이 더욱 선호된다. 그러나, 연료 전지 스택의 온도를 제어하는 데 사용되는 산화제 유동과 같은 시스템의 다른 요구 사항들로 인해, 연료 제어 목적들로만 버너로 공기 유동을 제어하는 것이 거의 불가능하다. 따라서, 설명되는 상황에서, 연료들 중 하나 또는 특정 공기 유동을 위해 설계된 버너를 이용하는 것은 다른 연료에 대해 불리한 연소를 초래할 것이다.
따라서, 연소를 분리하거나 복잡한 시스템들을 사용하지 않고, 낮은 배기가스들을 유지하고 다양한 공기 유동들, 특히 광범위한 공연비, 람다에 대처하면서, 동시에 또는 개별적으로 LCV 및 HCV 연료들을 연소할 수 있는 버너를 생성하는 것이 바람직하다.
종래 기술 장치들은 또한 상이한 람다들을 포함하는 광범위한 작동 조건들에서 화염 안정성의 결핍으로 어려움을 겪을 수 있다. 또한, 제품 크기를 줄이기 위해 컴팩트 화염을 달성하는 것이 바람직하다.
본 발명은 종래 버너들을 개선하고자 한다. 특히, 선행 기술 문제들 중 적어도 하나를 처리, 극복 또는 완화하고자 한다.
본 발명에 따르면, 선회 버너 어셈블리가 제공되고, 선회 버너 어셈블리는,
(i) 중심 축을 따라 연장하고, 제 1 단부 및 제 2 단부를 구비하는 중공의 길이 방향으로 길쭉한 바디,
(ii) 상기 제 1 단부에서 단부 벽,
(iii) 상기 제 1 단부 및 상기 제 2 단부 사이에 위치되는 버너 벽, -상기 버너 벽은 상기 제 1 단부로부터 상기 버너 벽까지의 제 1 볼륨과, 상기 버너 벽으로부터 상기 제 2 단부까지의 제 2 볼륨을 정의함-,
(iv) 상기 제 1 볼륨 내로의 산화제 입구,
(v) 상기 제 1 볼륨으로부터 상기 바디의 개구의 바깥쪽으로 연장하는 버너 유닛 제 1 단부를 구비하는 적어도 하나의 중공의 길이 방향으로 길쭉한 버너 유닛 - 상기 버너 유닛은 상기 버너 벽의 개구를 통해 상기 제 1 볼륨으로부터 상기 제 2 볼륨까지 버너 유닛 제 2 단부 쪽으로 연장하고, 버너 유닛 내부 볼륨을 정의함 -을 포함하고,
상기 버너 유닛은,
(a) 상기 버너 유닛의 안쪽에 배치되고, 상기 버너 유닛 제 1 단부 및 상기 버너 유닛 제 2 단부 사이에 위치되는 축-선회(axial-swirl) 선회 혼합기, - 상기 선회 혼합기는 내부 직경 및 외부 직경을 구비하는 복수 개의 베인들과, 상기 제 1 볼륨을 향해 배치되고 상기 제 1 볼륨 내로 개구되는 제 1 사이드와, 상기 제 2 볼륨을 향해 배치되고 상기 제 2 볼륨 내로 개구되는 제 2 사이드를 포함함 -,
(b) 상기 제 1 볼륨 내로의 제 1 연료 입구, - 상기 연료 입구는 상기 산화제 입구 및 상기 선회 혼합기 사이에 배치되고, 상기 복수 개의 베인들의 상기 외부 직경의 방사상으로 안쪽에 배치됨 -,
(c) 상기 버너 유닛 제 2 단부에 인접하고, 상기 복수 개의 베인들의 상기 외부 직경의 방사상으로 안쪽에 있는 상기 제 2 볼륨 내로의 제 2 연료 입구를 포함하고,
상기 적어도 하나의 버너 유닛은,
(A) 상기 제 1 단부에 가장 가까운 상기 중심 축을 따르는 포인트인 제 1 포인트를 정의하고, 상기 포인트에서 상기 중심 축에 수직인 평면은 상기 버너 유닛 선회 혼합기의 상기 복수 개의 베인들과 교차하고,
(B) 상기 제 1 단부로부터 가장 멀리 떨어진 상기 중심 축을 따르는 포인트인 제 2 포인트를 정의하고, 상기 포인트에서 상기 중심 축에 수직인 평면은 상기 버너 유닛 선회 혼합기의 상기 복수 개의 베인들과 교차하고,
(C) 상기 제 1 포인트 및 상기 제 2 포인트로부터 등거리인 상기 중심 축을 따르는 기하학적 중심-포인트를 정의하고,
각각의 제 1 연료 입구는 상기 중심 축에 수직인 평면과 교차하는 상기 선회 혼합기 및 상기 산화제 입구 사이에 포인트에 위치되고, 상기 평면은 상기 제 1 포인트로부터 상기 제 1 연료 입구 유동 영역의 1 내지 2인 등가 원형 직경들 사이인 상기 중심 축을 따르는 포인트와 교차하고,
각각의 제 2 연료 입구는 상기 중심 축에 수직인 평면과 교차하는 상기 제 2 단부와 상기 제 1 연료 입구 사이에 포인트에 위치되고, 상기 평면은 상기 기하학적 중심 포인트로부터 상기 복수 개의 베인들의 상기 내부 직경과 동일하거나 작은 상기 중심 축을 따르는 포인트와 교차한다.
본원에서 방법 단계들 또는 특징들에 대한 참조는 또한 그러한 방법 단계들을 수행하도록 맞춰지거나 구성된 본 발명의 시스템에 대한 참조이다.
제 1 단부는 업스트림 단부로 지칭될 수 있고, 제 2 단부는 다운스트림 단부로 지칭될 수 있다. "업스트림" 및 "다운스트림"이라는 용어는 참조된 구성 요소들의 상대적인 위치를 반영하기 위한 것이다. 특히, "업스트림" 및 "다운스트림"의 사용은 유체 유동 경로 또는 공정에서의 구성 요소들의 상대적인 위치를 반영할 수 있다. (바디 내의 피쳐의 문맥에서) "'피쳐(feature) X'의 업스트림"이라는 문구는 '피쳐 X'로부터 제 1 단부를 향해 위치되는 것, 즉 제 1 단부 및 '피쳐 X' 사이를 의미하고; "'피쳐 X'의 다운스트림"이라는 문구는 '피쳐 X'로부터 제 2 단부를 향해 위치되는 것, 즉 피쳐 X 및 제 2 단부 사이를 의미한다. 유사하게, 제 1 사이드는 업스트림 사이드로 지칭될 수 있고, 제 2 사이드는 다운스트림 사이드로 지칭될 수 있다. 제 1 연료 입구는 또한 HCV 연료 입구로 지칭될 수 있고, 제 2 연료 입구는 또한 LCV 연료 입구로 지칭될 수 있다.
바람직하게, 중공의 길이 방향으로 길쭉한 바디는 내부 공동을 정의한다. 보다 바람직하게, 바디는 내부 볼륨을 정의하는 벽 형상이다. 중공의 길이 방향으로 길쭉한 바디의 형상들의 예들은 실린더들 및 튜브들, 및 다각형 단면을 갖는 형상들을 포함한다. 다각형 단면들의 예들은 (직사각형과 같은) 사각현, 오각형, 육각형, 칠각형 및 팔각형 단면들을 포함한다. 바디는 중심 축을 따라 중심 축 둘레로 연장할 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 바디는 중심 축을 따라 연장한다. 특정 실시 예들에서, 중심 축은 직선 축이 아닐 수 있다. 예를 들어, 축은 커브되거나, 계단 모양일 수 있다.
앞선 정의로부터 알 수 있는 바와 같이, 유체 유동 경로는 상기 산화제 입구로부터 상기 제 1 볼륨, 제 2 볼륨까지로 정의된다.
제 1 단부는 제 1 단부, 버너 벽 및 바디 사이에 정의되는 것으로 간주될 수 있다. 유사하게, 제 2 볼륨은 버너 벽, 제 2 단부 및 바디 사이에 정의되는 것으로 정의될 수 있다.
바람직하게, 바디는 상기 버너 벽으로부터 상기 제 2 단부까지 연장하는 바디 내부 표면을 포함한다. 바람직하게, 상기 제 2 볼륨은 상기 버너 벽, 상기 바디 내부 표면 및 상기 제 2 단부 사이에서 정의된다.
또한, 제 2 볼륨은 화염 튜브로서 지칭될 수 있고, 2개의 용어들은 본원에서 상호 교환적으로 사용될 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 적어도 하나의 버너 유닛의 제 1 단부는 제 1 볼륨으로부터 바디의 개구의 바깥쪽으로 연장한다. 따라서, 적어도 하나의 버너 유닛의 제 1 단부는 바디 제 1 단부에서 단부 벽으로부터 연장될 필요가 없다. 예를 들어, 적어도 하나의 버너 유닛의 제 1 단부는 바디의 사이드로부터 연장할 수 있다. 선회 버너 어셈블리가 다수의 버너 유닛들을 포함하는 경우, 일부 실시 예에서, 제 1 볼륨으로부터 바디의 개구의 바깥쪽으로 연장하는 부분은 다수의 버너 유닛들의 공유 파트(shared part) 또는 공통 파트(common part)일 수 있다.
바람직하게, 상기 선회 혼합기는 상기 중심 축에 수직인 평면과 교차하는 상기 제 2 연료 입구 및 상기 제 1 연료 입구 사이에 포인트에 위치되고, 상기 평면은 상기 제 1 단부로부터 가장 멀리 떨어진 상기 중심 축을 따르는 포인트인 포인트로부터 상기 복수 개의 베인들의 내부 직경과 동일하거나 내부의 상기 중심 축을 따르는 포인트와 교차하고, 상기 포인트에서 상기 중심 축에 수직인 평면ㅇ느 상기 버너 벽과 교차한다.
특정 실시 예들에서, 베인들은 버너 벽의 파트로서 형성되고, 버너 벽이 베인들 또는 선회 혼합기에서 제조되고, 또는 버너 벽을 절단하거나 기계 가공하여 별도의 버너 유닛을 추가하지 않고 버너 벽으로부터 베인들을 형성할 수 있다.
적어도 하나의 버너 유닛이 버너 벽의 개구를 통해 연장하기 때문에, 각각의 버너 유닛 제 1 단부는 제 1 볼륨의 둘레의 파트를 정의하는 것으로 간주될 수 있다. 유사하게, 각각의 버너 유닛 제 2 단부는 제2 볼륨의 둘레의 파트를 정의하는 것으로 간주될 수 있다. 따라서, 선회 혼합기가 제 1 볼륨 내에서 제 1 단부를 향해 배치될 때, 제 1 볼륨은 감소되고, 선회 혼합기가 제 2 볼륨 내에서 제 2 단부를 향해 배치될 때, 제 2 볼륨은 감소된다.
바람직하게, 적어도 하나의 버너 유닛은 버너 유닛 내부 볼륨을 보다 바람직하게 정의하는 버너 유닛 외부 바디를 포함한다. 따라서, 내부 볼륨은 제 1 볼륨 내에 포함된다(즉, 제 1 볼륨의 일부). 바람직하게, 버너 유닛 외부 바디는 적어도 하나의 개구(적어도 하나의 공기 입구 개구)를 정의한다. 바람직하게, 유체 유동 경로가 상기 산화제 입구로부터 상기 제 1 볼륨 및 상기 버너 유닛 내부 볼륨을 거쳐 상기 제 2 볼륨까지 정의된다(즉, 상기 산화제 입구로부터 상기 제 1 볼륨의 상기 내부 볼륨 부분을 통해 상기 제 1 볼륨을 거쳐 상기 제 2 볼륨까지 정의됨). 바람직하게, 제 1 연료 입구는 상기 내부 볼륨 내부에 위치된다.
본원에서 다르게 지시하지 않는 한, "적어도 하나의 버너 유닛" 및 "적어도 하나의 버너 유닛"에 대한 참조는 바람직하게는 적어도 하나의 버너 유닛 및 각각의 버너 유닛을 의미한다.
바람직하게, 적어도 하나의 버너 유닛은 상기 버너 벽의 상기 개구를 통해 상기 제 1 볼륨으로부터 상기 제 2 볼륨을 향해 연장하는 외부 칼라를 포함하고, 상기 외부 칼라는 적어도 하나의 버너 유닛은 외부 직경, 내부 직경, 제 1 단부 및 제 2 단부를 구비한다. 바람직하게, 상기 외부 직경은 상기 버너 벽의 개구의 직경과 동일하다.
바람직하게, 적어도 하나의 버너 유닛은 상기 버너 벽의 상기 개구를 통해 상기 제 1 볼륨으로부터 상기 제 2 볼륨을 향해 연장하는 내부 칼라를 포함하고, 상기 내부 칼라는 외부 직경, 내부 직경, 제 1 단부 및 제 2 단부를 포함한다.
바람직하게, 외부 칼라 및 내부 칼라 제 1 단부들은 선회 버너 어셈블리 제 1 단부에 가장 가까운 외부 및 내부 칼라들의 단부들이다. 유사하게, 외부 칼라 및 내부 칼라 제 2 단부들은 바람직하게 선회 버너 어셈블리 제 2 단부에 가장 가까운 외부 및 내부 칼라들의 단부들이다.
더욱 바람직하게, 상기 외부 칼라 제 2 단부는 상기 중심 축에 수직인 평면과 교차하고, 상기 평면은 상기 선회 혼합기 및 상기 선회 버너 어셈블리 제 2 단부 사이에서 연장하고, 상기 평면은 기하학적 중간 포인트로부터 다운스트림에서 복수 개의 베인들의 하나의 내부 직경 및 복수 개의 베인들의 내부 직경의 절반 사이 또는 하나의 내부 직경과 동일한 상기 중심 축을 따르는 포인트와 교차한다.
더욱 바람직하게, 상기 외부 칼라 제 1 단부는 중심 축의 수직인 평면과 교차하고, 상기 평면은 상기 선회 혼합기 및 상기 선회 버너 어셈블리 제 1 단부 사이에서 연장하고, 상기 평면은 상기 외부 칼라 제 2 단부의 업스트림에서 복수 개의 베인들의 2개의 외부 직경들 이내 또는 외부 직경과 같은 포인트에서의 포인트와 교차한다.
일부 실시 예들에서, 외부 칼라의 파트 또는 전부는 버너 유닛 외부 바디에 의해 형성될 수 있다.
더욱 바람직하게, 상기 내부 칼라 제 2 단부는 상기 중심 축에 수직한 평면과 교차하고, 상기 평면은 상기 중심 축을 따르는 위치에서 포인트와 교차하고, 상기 평면은 선회 혼합기 및 선회 버너 어셈블리 제 2 단부 사이에서 연장하고, 상기 평면은 기하학적 중간 포인트로부터 다운스트림에서 복수 개의 베인들의 내부 직경의 절반과 동일하거나 절반 이하인 상기 중심축을 따르는 포인트와 교차한다.
보다 바람직하게, 상기 내부 칼라 제 1 단부(선회 버너 어셈블리 제 1 단부와 가장 가까운 내부 칼라 제 1 단부의 파트)는 내부 칼라 제 2 단부의 업스트림 및 제 1 연료 입구의 다운스트림에 위치된다.
바람직하게, 상기 내부 칼라의 외부 직경은 상기 외부 칼라의 내부 직경 보다 작다. 보다 바람직하게, 내부 칼라는 상기 외부 칼라의 방사상으로 안쪽에 위치된다(즉, 방사상으로 내부에 위치됨).
특정 실시 예들에서, 외부 칼라는 버너 벽의 파트로서 형성되고, 즉 벽과 일체형이다. 이러한 실시 예들에서, 외부 칼라는 여전히 바디 제 1 및/또는 제 2 단부를 향해 연장할 수 있다. 예를 들어, 외부 칼라는 버너 벽으로부터 돌출, 성형, 압착 또는 다른 방법으로 형성될 수 있다. 유사하게, 내부 칼라는 버너 벽의 파트로서 형성될 수 있다.
바람직하게, 복수 개의 베인들은 상기 외부 칼라 내에 위치된다. 보다 바람직하게, 복수 개의 베인들은 상기 외부 칼라 및 상기 내부 칼라 사이에서 방사상으로 연장한다. 바람직하게, 외부 칼라 내부 직경은 복수 개의 베인들의 외부 직경과 동일하고, 내부 칼라 외부 직경은 복수 개의 베인들의 내부 직경과 동일하다.
일부 실시 예들에서, 복수 개의 베인들은 상기 내부 칼라 또는 상기 외부 칼라 중 하나로부터 연장할 수 있고, 복수 개의 베인들의 단일 칼라에 의해 지지되고, 이러한 실시 예에서 복수 개의 베인들의 외부 직경은 외부 칼라의 내부 직경 보다 작을 수 있고, 또는 복수 개의 베인들의 내부 직경은 내부 칼라의 외부 직경보다 클 수 있다.
통상의 기술자라면, 베인들을 내부 칼라의 파트로서 또는 외부 칼라의 파트로서, 또는 내부 및 외부 칼라들의 파트로서, 또는 외부 칼라가 버너 유닛의 파트일 때 외부 칼라의 파트로서, 예를 들어 버너 유닛 외부 바디의 파트로서 제조할 수 있음은 자명하다.
칼라들은 버너 특성들에 영향을 미칠 수 있는데, 그 이유는 버너가 복수 개의 베인들 보다 더 멀리 제 2 볼륨 내로 연장할 수 있기 때문이다.
2개 이상의 버너 유닛들이 있을 경우, 바람직하게 각각의 버너 유닛은 버너 유닛을 위한 버너 벽의 개구를 통해 연장하는 외부 칼라 및 내부 칼라를 구비할 수 있다.
바람직하게, 적어도 하나의 버너 유닛은 제 1 단부, 제 2 단부, 내부 직경 및 외부 직경을 구비하는 제 1 연료 파이프를 포함한다. 바람직하게, 상기 제 1 연료 파이프는 상기 제 1 연료 입구를 정의한다. 바람직하게, 상기 제 1 연료 파이프는 내부 칼라 외부 직경의 안쪽에 배치된다. 보다 바람직하게, 상기 제 1 연료 파이프의 상기 외부 직경은 상기 내부 칼라 외부 직경과 동일하거나 그보다 작다.
바람직하게, 적어도 하나의 버너 유닛은 제 1 단부, 제 2 단부, 내부 직경 및 외부 직경을 구비하는 제 2 연료 파이프를 포함한다. 바람직하게, 상기 제 2 연료 파이프는 상기 제 2 연료 입구를 정의한다. 바람직하게, 상기 제 2 연료 파이프는 복수 개의 베인들의 내부 직경의 안쪽에 방사상으로 배치된다. 보다 바람직하게, 상기 제 2 연료 파이프는 상기 제 1 연료 파이프의 방사상으로 안쪽에 있다.
다른 실시 예들에서, 제 2 연료 파이프는 바디로부터 버너 유닛까지 방사상으로 안쪽으로 연장할 수 있다. 보다 바람직하게는, 제 2 연료 입구는 제 2 볼륨을 통해 바디로부터 버너 유닛까지 연장한다.
바람직하게, 제 1 및 제 2 연료 입구들은 복수 개의 베인들의 내부 직경의 방사상으로 안쪽으로 위치된다.
바람직하게, 제 1 및 제 2 연료 입구들은 중심 축과 일반적으로 평행한 축을 따라 정렬되고, 독립적으로 중심 축에 일반적으로 평행한 축을 따라 정렬된다.
바람직하게, 복수 개의 베인들의 외부 직경은, 복수 개의 베인들의 내부 직경 보다 2배 내지 4배, 바람직하게는 3배만큼 크다.
바람직하게, 상기 제 1 포인트는 상기 제 1 단부에 가장 가까운 상기 중심 축을 따르는 포인트이고, 상기 포인트에서 상기 중심 축에 수직인 평면은 상기 복수 개의 베인들의 섹션과 교차하고(즉, 포인트에서 상기 복수 개의 베인들과 교차함), 상기 복수 개의 베인들은 상기 복수 개의 베인들을 따라 유동하는 유체의 각 운동량을 유도한다. 따라서, 그 위에서 유동하는 유체에 각 운동량을 유도하지 않는 섹션 및 커브된 섹션을 갖는 복수 개의 베인들(예를 들어, 축, 특히 상기 중심 축에 일반적으로 평행한 축에 대해 방사상으로 이동하지 않는 직선 섹션을 갖는 베인들)을 갖는 버너 유닛에서, 제 1 포인트는 커브된 섹션의 시작 부분으로 간주된다.
본 발명의 정의 내에서, 상기 HCV 입구는 제 2 볼륨을 향할 수 있거나 상기 LCV 입구는 상기 제 1 볼륨을 향하여 배치될 수 있다. 그러한 재배치는 연소가 악영향을 받지 않을 정도로만, 즉 선회 버너 어셈블리가 더 이상 효과적이지 않을 정도까지만 있을 수 있다.
버너 벽 및 제 2 단부에 의해 정의된 제 2 볼륨은 화염 튜브로 지칭될 수 있다. 바람직하게, 상기 화염 튜브는 일반적으로 원통형이고, 내부 직경 및 외부 직경을 구비하고, 중심 축에 대해 배열된다. 보다 바람직하게, 화염 튜브 내부 직경은 복수 개의 베인들의 외부 지름의 2배 내지 3배이다. 보다 바람직하게, 화염 튜브 내부 직경은 복수 개의 베인들의 외부 직경의 2.5배이다.
바람직하게, 제 1 연료 입구 및 제 2 연료 입구 중 적어도 하나는 노즐이다. 각각의 적어도 하나의 노즐은 상기 연료 입구의 적어도 하나의 구멍에 의해 형성되고, 적어도 하나의 홀은 임의의 형상일 수 있다. 적어도 하나 이상의 홀의 면적들의 합은 단일 원형 홀의 면적과 동일한 원 직경을 구비한다. 적어도 하나의 홀의 면적들의 합은 또한 유동 영역으로 지칭될 수 있고, 예를 들어, 제 1 연료 입구 유동 영역 또는 제 2 연료 입구 유동 영역 또는 제 1 및 제 2 연료 입구의 유동 영역으로 지칭될 수 있다.
이러한 입구는 상기 제 1 또는 제 2 연료 파이프 내의 오리피스(orifice)일 수 있다. 상기 입구는 상기 제 1 또는 제 2 파이프의 상기 제 2 단부에 배치될 필요는 없지만, 상기 파이프를 따라 배치될 수 있다. 상기 제 1 또는 제 2 연료 입구가 복수 개의 개구들을 포함하는 경우, 연료 입구의 위치는 바람직하게는 중심 축을 따른 유동 면적 가중 평균의 평균값(mean of the flow area weighted average)으로 정의된다.
바람직하게, 선회 버너 어셈블리는 점화기를 포함한다. 바람직하게, 점화기는 제 2 볼륨에 위치된다. 보다 바람직하게, 점화기는 바디로부터 제 2 볼륨으로부터 바깥쪽으로 연장하고, 즉, 바디의 바깥쪽으로 제 2 볼룸으로부터 바깥쪽을 향하는 방향으로 연장할 수 있다. 더욱 바람직하게 점화기의 점화 단부는 제 2 볼륨 내에 위치된다. 특정 실시 예들에서, 점화기는 바디 제 2 단부를 넘어 위치된다. 특정 실시 예들에서, 점화기는 버너 벽을 통해 또는 바디 제 2 단부 벽을 통해 연장한다.
바람직하게, 버너 벽은 적어도 하나의 분할 개구를 구비하고(즉, 정의하고), 상기 공기 분할 개구는 버너 벽의 제 1 볼륨으로부터 제 2 볼륨까지 연장하는 적어도 하나의 홀(즉, 오리피스)을 포함한다. 더욱 바람직하게, 상기 적어도 하나의 공기 분할 개구는 복수 개의 베인들의 외부 직경을 기준으로 방사상으로 동심이다. 더욱 바람직하게, 상기 적어도 하나의 공기 분할 개구는 동심원 상으로 배열된 연속적인 홀이다.
홀이라는 용어가 사용되더라도, 홀은 제 1 볼륨으로부터 제 2 볼륨으로 축 방향으로 연장하는 버너 벽의 채널 또는 개구가 달성되는 임의의 형상 또는 형태를 취할 수 있다.
바람직하게, 상기 버너 벽의 상기 적어도 하나의 공기 분할 개구는 상기 복수 개의 베인들의 상기 외부 직경보다 방사상으로 바깥쪽에 배치된다. 보다 바람직하게는, 상기 버너 벽의 상기 적어도 하나의 공기 분할 개구는 상기 바디의 방사상으로 안쪽에 배치된다.
바람직하게, 존재할 때, 적어도 하나의 공기 분할 개구는 산화제 유동의 비율이 제 1 볼륨으로부터 적어도 하나의 홀을 통해 제 2 볼륨으로 지나가게 한다.
보다 바람직하게, 적어도 하나의 공기 분할 개구는 맞춰지고, 적어도 하나의 공기 분할 개구를 통해 산화제 유동은 산화제 및 연료 혼합물을 갖고 상기 적어도 하나의 버너 유닛 복수 개의 베인들의 적어도 하나의 버너 유닛 다운스트림을 통해 제 2 볼륨으로 수렴한다.
버너 벽의 적어도 하나의 공기 분할 개구는 선회 버너 어셈블리의 상이한 작동을 초래한다. 선회 혼합기를 통해 제 2 볼륨 내로 통과하는 모든 산화제 및 연료 대신에, 일부 산화제는 연료와 사전 혼합되지 않고 제 2 볼륨으로 직접 통과할 수 있다. 이는 버너 벽의 적어도 하나의 공기 분할 개구를 통해 산화제 유동이 점화된 연료 주위의 선회 버너 어셈블리 제 2 단부에 산화제 유동을 제공한다는 점에서 유리하다. 이러한 산화제의 유동은 점화된 가스들의 열로부터 바디의 부분적인 분리를 제공하는 장벽("산화제 커튼")을 생성한다.
상기 공기 분할 개구가 상기 선회 혼합기로부터 상사상으로 배치되는 실시 예들에서, 이는 산화제 유동이 상기 바디를 따라 향하게 하여 더 많은 층류 유동을 부추기고, 점화된 가스들의 열에 저항하기 위해 보다 지속 가능한 경계 조건을 생성한다.
바람직하게, 선회 어셈블리, 특히 적어도 하나의 공기 분할 개구는 맞춰져서, 사용시에 하나 이상의 공기 분할 개구를 통한 산화제 흐름은 선회 혼합기를 통과하는 전제 산화제 유동의 5% 내지 20% 사이에 있다. 보다 바람직하게, 선회 혼합기를 통과하는 산화제 유동의 7.5% 내지 15%, 보다 바람직하게는 8.75% 내지 12.5%이다.
특정 실시 예들에서, 바디는 버너 벽으로부터 제 2 단부까지 연장하는 단일 벽을 포함하고, 바디 내부 표면을 정의하고 따라서 제 2 볼륨을 정의하는 내부 표면을 구비한다.
다른 실시 예들에서, 바디는 다중 벽이고, 다중 벽들은 버너 벽으로부터 제 2 단부로 연장하고, 내부 벽은 바디 내부 표면을 정의하고 따라서 제 2 볼륨을 정의하는 내부 표면을 구비하고, 외부 벽은 상기 내부 벽의 바깥쪽에 위치된다. 제 3 볼륨은 상기 버너 벽, 상기 내부 벽, 상기 외부 벽 및 상기 제 2 단부 사이에서 정의된다. 특히, 제 3 볼륨은 상기 버너 벽, 상기 외부 벽의 내부 표면, 상기 내부 벽의 외부 표면 및 상기 제 2 단부 사이에서 정의된다.
바람직하게, 버너 벽은 추가적으로 상기 제 1 볼륨 및 상기 제 3 볼륨 사이에 적어도 하나의 바이패스 개구를 포함한다. 따라서, 유체 유동 경로가 상기 산화제 입구로부터 상기 제 1 볼륨 및 상기 적어도 하나의 바이패스 개구를 통해 상기 제 3 볼륨까지로 정의된다.
산화제는 제 3 볼륨으로부터 독립적으로 또는 제 2 볼륨으로부터 배기된 유체들과 함께 배기될 수 있다. 예를 들어, 제 2 볼륨 및 제 3 볼륨과 유체 유동 소통하는 배기(예를 들어, 선회 버너 바디 배기)가 제공될 수 있다. 대안적으로, 제 2 및 제 3 볼륨들로부터 별도의 배기들이 제공될 수 있다.
본원에서 문맥상 달리 지시되지 않을 경우, 개구는 구성요소의 홀, 채널, 개구 또는 통로이고, 이러한 용어들은 상호 교환적으로 사용 가능하다. 각각의 개구는 홀, 채널 및 슬롯으로 구성된 그룹으로부터 독립적으로 선택된 형상을 가질 수 있다. 각각의 개구는 원형, 타원형, 계란형, 직사각형, 신장형(즉, 콩팥형) 및 불완전한 고리형(즉, 거의 환형)으로 구성된 그룹으로부터 선택된 단면 형상을 구비할 수 있다.
바람직하게, 버너 벽의 적어도 하나의 바이패스 개구는 중심 축에 대해 또는 복수 개의 베인들의 외부 지름에 대해 동심원으로 배열된다. 보다 바람직하게, 적어도 하나의 바이패스 개구는 연속적인 홀 또는 동심원으로 배열되는 홀들의 세트이다.
바람직하게, 존재할 때, 적어도 하나의 바이패스 개구는 제 2 볼륨을 통해 유동하지 않고 산화제의 비율이 제 1 볼륨으로부터 제 2 볼륨으로 유동하게 한다.
적어도 하나의 바이패스 개구 및 제 3 볼륨을 통과하는 제 2 단부로의 유동 경로는 입구 산화제의 비율이 적어도 하나의 버너 유닛을 바이패스 하게 한다. 이는 연소에 악영향을 미치지 않고 제 1 볼륨을 통한 더 큰 산화제 유동을 허용한다(즉, 적어도 하나의 버너 유닛에서의 람다를 허용 가능한 범위 내에서 유지함). 이것은 선회 버너 어셈블리가 넓은 범위의 람다 값에서 작동할 수 있다는 중요한 이점을 제공한다(람다 값은 제 1 볼륨 내로의 산화제 입구를 통한 산화제 유동 및 제 1 및 제 2 연료 입구들을 통한 연료 유동을 기초로 계산됨).
바람직하게, 각각의 제 1 연료 입구는 HCV 연료 소스(fuel source)와 유체 유동 소통 상태에 있다. 바람직하게, 각각의 제 2 연료 입구는 LCV 연료 소스와 유체 유동 소통 상태에 있다.
바람직하게, 선회 버너 어셈블리는 연료 전지 시스템을 위한 버너이다. 보다 바람직하게, 선회 버너 어셈블리는 테일 가스 버너이고, 테일 가스 버너는 연료 전지 스택으로부터 양극 및 음극 오프 가스들을 태우기에 적합한 버너이다.
바람직하게, 선회 버너 어셈블리는 연료 전지 어셈블리 또는 시스템, 보다 바람직하게는 고체 산화물 연료 전지 시스템, 보다 바람직하게는 중간 온도의 고체 산화물 연료 전지 시스템과 일체로 구성된다.
바람직하게, 선회 버너 어셈블리는 연료 전지 시스템, 보다 바람직하게 연료 전지 시스템의 연료 전지 스택과 유체 유동 소통 상태에 있다. 바람직하게, 산화제 입구는 산화제 소스와 유체 유동 소통 상태에 있다. 보다 바람직하게, 선화제 입구는 적어도 하나의 연료 전지 스택 음극 오프 가스 출구와 유체 유동 소통 상태에 있다. 바람직하게, 적어도 하나의 버너 유닛은 적어도 하나의 연료 전지 스택 양극 오프 가스 출구와 유체 유동 소통 상태에 있다. 보다 바람직하게, 적어도 하나의 버너 유닛의 제 1 연료 입구는 연료 전지 시스템을 위한 적어도 하나의 연료 소스와 유체 유동 소통 상태에 있다. 바람직하게 적어도 하나의 버너의 제 2 연료 입구는 적어도 하나의 연료 전지 스택 양극 오프 가스 출구와 유체 유동 소통 상태에 있다.
바람직하게, 연료 전지 시스템은 고체 산화물 연료 전지(SOFC) 시스템이다. 보다 바람직하게, 연료 전지 시스템은 중간 온도 고체 산화물 연료 전지(IT-SOFC) 시스템이다.
선회 버너 어셈블리는 당 업계에 공지된 물질, 예를 들어, 파이프들 및 벽들을 위한 금속 합금 및 튜브들을 위한 유리로부터 형성될 수 있다. 고온 때문에, 재료들은 높은 온도에 대한 저항성을 구비해야 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 본 발명에 따른 선회 버너 어셈블리를 작동시키는 방법이 제공되고, 방법은,
(i) 상기 산화제 입구에 산화제를 공급하는 단계;
(ii)상기 제 1 연료 입구에 HCV 연료 및 상기 제 2 연료 입구에 LCV 연료 중 적어도 하나를 포함하는 연료를 공급하는 단계; 및
(iii) 상기 제 2 볼륨 내에서 상기 연료를 연소시키는 단계를 포함한다.
바람직하게, HCV 연료가 상기 HCV 연료 입구에 공급될 때, 상기 산화제 및 상기 HCV 연료 유동은 제 1 연료 입구 및 선회 혼합기 사이에서 상기 제 1 볼륨 내에 수렴하고, LCV 연료가 상기 LCV 연료 입구에 공급될 때, 상기 산화제 및 상기 LCV 연료 유동은 선회 혼합기 및 제 2 단부 사이에서 상기 제 2 볼륨 내에 수렴한다.
앞서 언급한 바와 같이, 바람직하게, HCV 연료는 메탄, 에탄 또는 프로판 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 연료이다. 보다 바람직하게, HCV 연료는 36 내지 85MJ/m3의 웨버 지수를 갖는 연료들로 간주된다. 전형적인 HCV 연료는 천연 가스이다 - 천연 가스의 웨버 지수는 48 내지 54MJ/m3이다.
바람직하게, LCV 연료는 H2, CO 또는 CO2의 높은 분율을 갖는 연료이다. 보다 바람직하게, LCV 연료의 웨버 지수는 일반적으로 18 내지 35MJ/m3이고, 보다 바람직하게 22 내지 26.53MJ/m3이다.
바람직하게, 산화제는 작동 연료 전지로부터 공기 또는 음극 오프 가스(공기와 비교하여 부분적으로 산소가 고갈된 산화제)이다. 보다 바람직하게, 상기 산화제는 작동 고체 산화제 연료 전지로부터 음극 오프 가스, 보다 바람직하게 작동 중간 온도 고체 산화물 연료 전지로부터의 음극 오프 가스이다.
LCV 연료는 HCV 연료와 같은 탄화수소 연료들의 개질(reform)에 의해 형성될 수 있고, 개질 공정은 공기 또는 증기와 같은 산화제로의 처리를 포함할 수 있다. LCV는 선회 버너 어셈블리에 진입하기 전에 연료 전지에서 전기화학적 반응을 겪을 수 있다. SOFC 연료 전지 스택 양극 오프 가스는 LCV 연료로 간주될 수 있다.
바람직하게, 탄화수소 연료들의 개질은 연료 전지 시스템에서 발생한다. 보다 바람직하게, 선회 버너 어셈블리는 연료 전지 시스템과 일체형이고, 연료 전지 시스템에 의해 생성된 양극 오프 가스들을 태운다.
바람직하게, HCV 연료 및/또는 LCV 연료는 점화기에 의해 제 2 볼륨 내에서 점화 또는 연소된다. 더욱 바람직하게, 점화는 복수 개의 베인들의 다운스트림에서 발생한다. 바람직하게, 상기 제 2 볼륨에서 상기 연료를 연소시키는 단계는 상기 제 2 볼륨에서 상기 연료를 점화 및 연소시키는 단계를 포함한다.
바람직하게, 제 1 볼륨 및 제 2 볼륨 중 적어도 하나는 밀봉된 또는 밀폐된 볼륨이다. 더욱 바람직하게, 버너 유닛은 상기 바디의 개구로부터 바깥쪽으로 연장할 때 밀봉을 형성한다.
바람직하게, 연소된 가스들은 바디의 제 2 단부(즉, 다운스트림 단부)를 통해 제 2 볼륨으로부터 유동 또는 배기된다.
버너 벽이 제 1 볼륨 및 제 2 볼륨을 분리한다는 사실은 연료의 연소가 발생하여 제 2 볼륨에 구속되도록 한다. 이는 연소 전에 선회 버너 어셈블리의 특정 파트들에서 상이한 연료들의 혼합의 제어를 가능하게 한다. 모든 산화제 및 HCV 연료가 버너 벽에 존재하는 바이패스 또는 홀들이 존재하지 않는 화염 튜브에 도달하기 위해 복수 개의 베인들을 통과하기 때문에, 상이한 양의 혼합 및 상이한 혼합 정도를 가능하게 한다.
산화제 및 HCV 연료는 복수 개의 베인들을 통해 유동하여 제 2 볼륨 내로 유동한다. 산화제 유동 및 HCV 연료 유동이 화염 튜브로 통과하기 전에 수렴되면 2개의 유동들은 혼합된다. 복수 개의 베인들을 통한 유동은 연소가 제한되는 화염 튜브 이전에 여전히 2개의 유동들의 추가 혼합을 일으킨다.
상화제 및 연료의 혼합의 연소가 제 2 볼륨에서 발생하고, 이 연소로부터 생산물들은 선회 버너 어셈블리로부터 배기된다. 바람직하게, 이 공정으로부터 생성된 열은 연료 전지 스택 및 연료 전지 시스템을 가열하는 데 사용된다.
바람직하게, 산화제 및 적어도 하나의 HCV 연료 및 LCV 연료의 유동은 선회 버너 어셈블리로의 가스 유동의 산화제 대 연료 비율(람다)은 1 내지 20 람다, 보다 바람직하게는 1 내지 18 람다, 보다 바람직하게는 1 내지 10 람다 또는 2 내지 18람다이다. 보다 바람직하게, 선회 버너가 (LCV 연료가 없는) HCV 연료 및 산화제의 유동을 구비할 때, 선회 버너 어셈블리는 5람다 미만의 산화제 대 연료 비율로 작동한다.
람다의 관련 측정은 버너 입구들, 즉 산화제, HCV 및 LCV 입구들에서의 것이다.
선회 버너 어셈블리가 연료 전지 시스템과 일체형인 실시 예들에서, 산화제 유동 및 어느 정도는 선회 버너 어셈블리로의 LCV 유동이 연료 전지 스택 및 그 위에 흐르는 전류에 의해 영향을 받기 때문에, 선회 버너 어셈블리가 큰 람다 범위에서 작동할 수 있는 것이 유리하다. 이와 같이, 선회 버너 어셈블리가 안정된 연소를 유지하는 큰 람다 작동 범위는 (a)선회 버너 어셈블리가 산화제 유동을 제한함으로써 연료 전지 스택 작동을 활성화하는 것을 방지하고, 및/또는 (b)모든 음극 및 양극 오프 가스들을 선회 버너 어셈블리에 유동시킨다.
바람직하게, 적어도 하나의 바이패스 개구 및/또는 적어도 하나의 공기 분할 개구는 산화제의 람다 범위를 2배로 되게 하고, 연료(제 1 및 제 1 연료 입구들을 통과하는 연료)를 선회 버너 어셈블리에 공급한다.
바람직하게, 적어도 하나의 바이패스 개구 및/또는 적어도 하나의 공기 분할 개구는 산화제의 유동을 초래하도록 맞춰지고, 2 내지 18람다의 산화제 대 연료 비율에서 선회 버너로 연료가 공급된다.
제 1 연료 입구 또는 제 2 연료 입구의 적어도 하나의 노즐의 등가 직경은 이들을 통과하는 요구되는 속도에 의해 정의될 수 있다. 바람직하게, 적어도 하나의 버너 유닛의 제 1 연료 입구를 통한 HCV 연료의 속도는 3 내지 6m/s이다. 보다 바람직하게, 적어도 하나의 버너 유닛의 제 2 연료 입구를 통한 LCV 연료의 속도는 10 내지 35m/s이다.
본원에서 구성 요소들의 포함을 명시하는 데 사용되는 "포함하는"이라는 용어는 더 이상 구성 요소들이 존재하지 않는 실시 예들도 포함한다.
본 발명의 특정 및 바람직한 양태들은 첨부된 독립항들에 기재되어 있다. 종속항들로부터의 특징들의 조합들은 청구항들에서 명백하게 명시된 바와 같이, 필요하고 적절하게 독립항들의 특징들과 결합될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 선회 버너 어셈블리의 부분 절개 평면 개략도를 도시한다.
도 1a는 도 1의 선회 버너 어셈블리의 제 1 단부의 개략도를 도시한다(도 1은 도 1A의 A-A선을 따라 취해짐).
도 1b는 도 1의 선회 버너 어셈블리의 제 2 단부의 개략도를 도시한다.
편의상, 도 1a 및 도 1b는 점화기가 각도 90도 회전되고, 공기 입구가 약간 회전되어 파트들의 일반적인 배열이 명확하게 도시되도록 도시된다.
도 2는 도 1에서 'A'로 표시된 피쳐(feature)의 상세도를 도시한다.
도 3은 공기 커츤 피쳐를 더 포함하는 본 발명에 따른 선회 버너 어셈블리의 부분 절개 평면의 개략도를 도시한다.
도 4는 도 3에서 'B'로 표시된 피쳐의 상세도를 도시한다.
도 5는 바이패스 피쳐를 더 포함하는 본 발명에 따른 선회 버너 어셈블리의 부분 절개 평면의 개략도를 도시한다.
도 6은 도 5에서 'C'로 표시된 피쳐의 상세한 개략도를 도시한다.
도 7은 공기 커튼 및 파이패스 피쳐를 더 포함하는 본 발명에 따른 선회 버너 어셈블리의 부분 절개 평면의 개략도를 도시한다.
도 8a는 본 발명에 따른 선회 버너의 작동들의 단계의 시험 결과 데이터로부터 추세를 도시한다. 시간에 따른 온도와 배기가스들이 도시되고, 선회 버너는 초기 스타트 업 작동 모드에 있고, 그 다음 정상 상태 작동 모드에 있다.
도 8b는 도 8a의 작동들의 단계로부터 시험 결과 데이터로부터 추세를 도시한다. 시간에 따른 연료 유동이 도시된다.
도 8c는 도 8a의 작동들의 단계로부터 시험 결과 데이터로부터 추세를 도시한다. 시간에 따른 람다가 도시된다.
도 9a는 본 발명에 따른 선회 버너의 작동들의 단계의 테스트 결과 데이터로부터 추세를 도시한다. 시간에 따른 온도 및 배기가스들이 도시되고, 정상 상태 동작에서의 선회 버너는 단계 변경의 대상이다.
도 9b는 도 9a의 작동들의 단계로부터 시험 결과 데이터로부터 추세를 도시한다. 시간에 따른 연료 유동이 도시된다.
도 9c는 도 9a의 작동들의 단계로부터 시험 결과 데이터로부터 추세를 도시한다. 시간에 따른 람다가 도시된다.
도 10a는 본 발명에 따른 선회 버너의 작동들의 단계들의 시험 결과 데이터로부터 추세를 도시한다. 시간에 따른 온도 및 배기가스들이 도시되고, 선회 버너는 많은 수의 고온 스타트(hot start)들을 겪는다.
도 10b는 도 10a의 동작들의 단계로부터 시험 결과 데이터로부터 추세를 도시한다. 시간에 따른 연료 유동이 도시된다.
도 10c는 도 10a의 동작들의 단계로부터 시험 결과 데이터로부터 추세를 도시한다. 시간에 따른 람다가 도시된다.
통상의 기술자에게 본 발명의 최선의 모드를 포함하여 본 발명을 완전하게 가능하게 하는 것은 명세서의 나머지 부분에서보다 구체적으로 설명된다. 이제, 본 발명의 실시 예가 상세히 참조될 것이고, 하나 또는 그 이상의 예들이 이하에서 설명된다. 각 실시 예는 본 발명의 설명을 위해 제공되는 것이지 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명에 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 일 실시 예의 일부로서 기술된 특징은 또 다른 실시 예를 얻기 위해 다른 실시 예에서 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 특허 청구 범위 및 그 등가물의 범위 내에 있는 그러한 변경 및 변형을 포함하는 것으로 의도된다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 양태는 본 명세서의 나머지 부분에서 개시된다. 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명이 예시적인 실시 예들에 대한 설명일 뿐이고, 본 발명의 더 넓은 측면들을 제한하고자 하는 것은 아니며, 보다 넓은 측면들이 예시적인 구성들로 구체화된다는 것을 이해할 것이다.
여기에 사용된 참조 기호들의 목록은 설명의 끝에 제공된다. 본 명세서 및 도면에서 반복되는 참조 부호들의 사용은 동일하거나 유사한 특징 또는 요소를 나타내기 위한 것이다.
이 설명의 목적을 위해, 버너, 선회 버너 및 선회 버너 어셈블리라는 용어는 본 발명의 선회 버너 어셈블리를 지칭하는 것으로 이해되어야 하고, 필요에 따라 용이하게 상호 교환적으로 사용될 수 있다.
아래의 특정 실시 예에서, 연료 전지 시스템은 적어도 하나의 연료 전지 스택을 포함하는 IT-SOFC(중간 온도 고체 산화물 연료 전지) 시스템이고, 적어도 하나의 연료 전지 스택의 연료 전지들은 일반적으로 450 내지 650℃ 범위에서 작동한다. 다른 실시 예들에서, 다른 연료 전지 시스템들은 대응하는 작동 온도 범위들에서 사용된다.
도 1을 참조함녀, 선회 버너 어셈블리(10)가 도시된다. 선회 버너 어셈블리(10)는 중심 축(12')을 구비하는 일반적으로 원통형(즉, 전반적으로 원통형)의 선회 버너 바디(12), 선회 버너 바디 상부 단부 벽(16) 및 선회 버너 바디 하부 단부 벽(14)을 포함하고, 선회 버너 하부 단부 벽(14)은 선회 버너 바디 다운스트림 단부(30)를 정의한다.
"선회 버너 상부 단부 벽(16)"이라는 용어가 명세서 전반적으로 사용됨에도 불구하고, 이 파트는 "선회 버너 제 1 단부"로 지칭될 수도 있다. 마찬가지로, "선회 버너 하부 단부 벽(14)"은 "선회 버너 제 2 단부"로 지칭될 수도 있다.
선회 버너 어셈블리(10)는 바디(12)와 원통형으로 가로 질러 방사상으로 교차하는 버너 벽(40)에 의해 분할된다. 버너 벽(40)은 선회 버너 바디 다운스트림 단부(30)를 마주하는 다운스트림 면(42)을 구비한다. 버너 벽(40)은 또한 선회 버너 바디 상부 벽(16)을 마주하는 업스트림 면(44)을 구비한다. 바디 상부 단부 벽(16) 및 버너 벽(40) 사이에 바디(12) 부분은 본원에서 버너 튜브(50)로 지칭되는 제 1 섹션을 정의한다. 버너 벽(40) 및 바디 하부 단부 벽(14) 사이의 바디(12) 부분은 일반적으로 원통형이고 바디 내부 표면(64) 및 바디 외부 표면(66)을 구비하는 제 2 섹션을 정의한다.
제 1 볼륨(52)은 버너 벽 업스트림 면(44), 선회 버너 바디 상부 단부 벽(16)의 내부 표면(54) 및 버너 튜브 내부 표면(56)에 의해(즉, 사이에서) 정의된다. 유사하게, 제 2 볼륨(62)은 바디 내부 표면(64), 선회 버너 바디 하부 단부 벽(14) 및 버너 벽 다운스트림 면(42)에 의해(즉, 사이에서) 정의된다.
버너 유닛(100)은 버너 유닛 제 1 단부(20) 및 버너 유닛 제 2 단부(124)를 구비한다. 버너 유닛 제 1 단부(20)(업스트림 단부)는 선회 버너 어셈블리(10)로부터 특히 선회 버너 바디 상부 벽(16)의 개구(16')를 통해 제 1 볼륨(52)으로부터 돌출한다. 버너 유닛 제 2 단부(124)(다운스트림 단부)는 제 1 볼륨(52)로부터 버너 벽(40)의 개구(40')를 통해 제 2 볼륨(62)으로 돌출한다.
버너 벽(40) 및 선회 버너 바디 상부 단부 벽(16)은 개구들(각각 개구(40') 및 개구(16'))을 구비하고, 개구들은 그것들 안에서 그것들을 통과하는 버너 유닛(100)의 통로 또는 배치를 허용하도록 정의된다. 이는 버너 유닛(100)의 제조가 선회 버너 바디(12)를 분리하는 것을 허용한다. 따라서, 어셈블리는 단순히 버너 유닛(100)을 선회 버너 바디 상부 단부 벽(16)의 개구(16') 및 버너 벽(40)의 개구(40')를 통해 배치할 것을 요구한다.
버너 유닛(100)의 숄더(112)는 버너 벽(40)과 접하고, 버너 유닛(100)이 버너 바디(12) 및 제 2 볼륨(62) 내로 진행하는 것을 방지한다. 버너 유닛(100)은 용접에 의해 선회 버너 바디 상부 단부 벽(16)에서 버너 유닛(100)을 선회 버너 바디(12)에 결합시킴으로써 선회 버너 바디(12)에 구속된다. 다른 실시 예들에서, 납땜, 브레이징, 압착 또는 당 업계에 공지된 임의의 다른 접합 기술을 포함하는 다른 접합 기술이 사용된다. 이는 제 1 볼륨(제 1 볼륨(52))이 밀폐되도록 버너 유닛(100) 및 선회 버너 바디 상부 단부 벽(16) 사이의 밀봉의 생성을 초래한다. 유사하게, 버너 벽(40)과 접하는 숄더(112)와 함께 그들 사이에 밀봉이 수행된다.
단일 버너 유닛이 아래에서 설명되지만, 다른 실시 예(미도시)에서 다수의 버너 유닛들(100)은 선회 버너 바디(12)(예를 들어 선회 버너 바디 상부 단부 벽(16))를 통해, 제 1 볼륨(52)을 통해, 버너 벽(40)을 통해, 제 2 볼륨(62)까지 통과할 수 있다.
도 1에 도시된 선회 버너 어셈블리(10)에서, 버너 유닛(100)은 제 1 볼륨(52)을 통과하고, 버너 튜브 내부 표면(56)으로부터 거의 등거리에 배치된다. 버너 튜브 내부 표면(56)의 파트는 선회 버너 바디(12)를 통해 공기 입구(70)를 통해 제 1 볼륨(52)으로 공기를 공급할 수 있는 개구를 구비한다. 유사하게, 선회 버너 바디(12)를 통과하는 것은 점화기 개구(82)고, 점화기(80)는 점화기 개구(82)를 통해 제 2 볼륨(62)으로 돌출한다.
점화기(80) 및 공기 입구(70)의 배치는, 선회 버너 바디(12)의 축을 가로질러 서로 대향하도록 도 1에 도시되어 있다. 다른 실시 예들(미도시)에서 공기 입구(70) 및 점화기(80)는 다양할 수 있다.
공기는 제 1 볼륨(52)으로 공급되고, 연료의 초기 점화는 점화기(80)의 스파크로 인해 제 2 볼륨(62) 내에서 발생한다.
제 2 볼륨(62)은 가스들의 연소가 발생하는 화염 튜브를 정의한다.
도 1a 및 도 1b에는 선회 버너 바디 배기(15)(선회 버너 바디 하부 단부 벽(14) 근처에 배치되고, 가스들을 배기하고, 즉 제 2 볼륨(62)과 유체 유동 소통함)가 도시된다. 편의성, 도 1에는 도시되어 있지 않다. 편의상, 도 1a 및 도 1b는 각도 90도 회전된 점화기(80) 및 약간 회전된 공기 입구(70)가 도시되고, 일반적인 파트들의 배열이 명확하게 도시된다.
도 2를 참조하면, 선회 버너 어셈블리(10) 및 버너 유닛100)의 보다 상세한 도면이 도시된다. 제 1 볼륨(52)을 통과하는 버너 유닛(100)의 부분은 버너 유닛 외부 바디(110)를 구비하고, 버너 유닛 외부 바디(110)는 거의 원통형이고, 선회 버너 바디(12)와 같이 원통형 방향(중심 축(12'))과 동일하게 정렬된다. 버너 유닛(100)은 버너 벽(40)의 일반적인 방향을 마주하는 버너 유닛 상부 내부 표면(111)을 구비한다. 버너 벽(40)의 개구(40')를 통해 제 2 볼륨(62)으로 통과하는 버너 유닛(100)의 단부는 버너 유닛 제 2 단부(124)(즉, 버너 유닛 하부 단부)이다. 버너 유닛 외부 바디(110)의 내부 표면은 내부 면(114)이다. 버너 유닛 내부 볼륨(116)은 내부 면(114), 버너 유닛 상부 내부 표면(111) 및 버너 유닛 제 2 단부(124)에 의해(즉, 사이에서) 정의된다.
버너 유닛 외부 바디(110)가 버너 벽(40)의 개구(40')를 통해 제 2 볼륨(62)으로 돌출한다. 버너 유닛 외부 바디(110)가 버너 벽(40)을 통해 돌출하는 경우, 버너 유닛 외부 바디(110)는 숄더(112)를 구비한다. 숄더(112)는 버너 유닛 외부 바디(110)의 벽 두께가 감소되도록 버너 유닛 제 1 단부(20)로부터 멀어지면서 단차된다(조립된 선회 버너 어셈블리(10)에서, 버너 유닛(100)이 버너 벽(40)을 통해 돌출하기 전에, 버너 벽 다운스트림 면(42, 도 1 참조)에 도달할 때의 포인트). 감소된 두께 벽을 갖는 외부 바디(110)의 버너 유닛의 부분은 외부 칼라(140)고, 외부 칼라(140)는 동일한 내부 면(114)을 공유히고, 외부 칼라 외부 표면(144)을 구비한다. 외부 칼라(140)는 버너 유닛 제 2 단부(124)까지 제 2 볼륨(62) 내로 버너 벽(40)을 향해 돌출한다.
숄더(112)는 버너 벽 다운스트림 면(42, 도 1 참조)에 대해 구속되고, 이는 버너 유닛(100)이 버너 벽(40)의 개구 및 선회 버너 바디 상부 단부 벽(16)을 통해 배치될 때 숄더(112)가 버너 벽 업스트림 면(44)을 통과하는 것을 방지한다. 선회 버너 어셈블리를 조립할 때, 이는 버너 유닛(100)의 선회 버너 바디(12)로의 간단한 삽입이 가능하게 하고, 제 1 볼륨(52)을 통해 얼마나 멀리 배치되어야 하는 것에 대한 측정을 요구하지 않는다. 이는 버너 유닛(100)의 가공 및 숄더(112)의 배치가 버너 유닛(100)의 위치를 정의하고, 제조되는 선회 버너 어셈블리들(10)의 수에 관계없이 선회 버너 바디(12)에 대해 버너 유닛들(100)의 배치를 균일하게 할 수 있다. 또한, 제조가 균일하면 버너 유닛(100)을 위치시키는 데 요구되는 부가적인 측정이 필요 없기 때문에, 선회 버너 어셈블리(10)의 조립 공정이 빨라진다.
버너 유닛 외부 바디(110)는 내부 면(114)을 통해 제 1 볼륨(52) 및 버너 유닛 내부 볼륨(116)에 인접하는 적어도 하나의 공기 입구 홀(115)(이 실시 예에서, 복수 개의 공기 입구 홀들(115))을 구비한다. 이러한 공기 입구 홀들(115)은 제 1 볼륨(52)으로부터 버너 유닛 내부 볼륨(116)으로 가스들이 통과하도록 한다(또는 반대방향으로, 그러나, 선회 버너 어셈블리(10)의 작동은 이것을 억제해야 함). 공기 입구 홀들(115)은 원통형이고, 외부 바디(110)의 원통형의 둘레 상에 배열된다. 다른 실시 예들(미도시)에서, 공기 입구 홀들(115)에 대해 다른 기하학적 형상들이 가능하다.
공기 입구 홀들(115)과는 별도로, 제 1 볼륨(52)은 통상 그 내부 버너 유닛 내부 볼륨(116)으로부터 밀봉된다. 이는 공기 입구(70)로부터 공기가 제 2 볼륨(62) 내로 유동하기 전에 공기 입구 홀들(115)을 통과하는 것을 보장한다.
HCV 연료 튜브(120)는 버너 유닛 외부 바디(110)에 방사상으로 내부에 배치되고 평행하게 연장한다. HCV 연료 튜브(120)는 버너 유닛 내부 표면(111)을 통해 버너 유닛 내부 볼륨(116) 내로 돌출한다. HCV 연료 튜브(120)는 HCV 연료 튜브 내부 표면(121) 및 HCV 연료 튜브 외부 표면(122)을 갖는 벽형 실린더이다. HCV 입구(125)는 HCV 연료 튜브(120)의 다운스트림 단부에 있다.
LCV 연료 튜브(130)는 HCV 연료 튜브(120)의 방사상으로 내부에 배치되고 평행하게 연장한다. 핑거들(130')은 LCV 연료 튜브(130)으로부터 연장하고, HCV 연료 튜브(120)의 중심에 있다. LCV 연료 튜브(130)는 버너 유닛 상부 내부 표면(111)을 통해, HCV 튜브 내부 볼륨(123)을 통과하고, HCV 입구(125)를 통과하고, 버너 유닛 제 2 단부(124)(버너 벽(40)의 개구(40'))를 통과하고, 제 2 볼륨(62)까지 돌출한다. LCV 연료 튜브(130)는 내부 표면(131) 및 외부 표면(132)을 갖는 전반적으로 벽형 원통이다. LCV 입구(135)는 LCV 연료 튜브(130)의 다운스트림 단부에 있다.
HCV 튜브 내부 볼륨(123)은 HCV 연료 튜브 내부 표면(121), LCV 튜브 외부 표면(132), HCV 입구(125) 및 버너 유닛 제 1 단부(20)에 의해 정의된다(즉, 사이에서 정의됨). LCV 튜브 내부 볼륨(133)은 LCV 튜브 내부 표면(131), LCV 입구(135) 및 버너 유닛 제 1 단부(20)에 의해 정의된다(즉, 사이에서 정의됨). 도면들에 도시되지 않았지만, 업스트림 방향으로 계속되는 HCV 연료 튜브(120)의 단부는 HCV 연료 공급원에 연결되고, 특히 도 1a 및 도 1b를 참조하면, HCV 연료 튜브(120)가 버너 유닛 제 1 단부(20)에 도달하기 전에 버너 유닛(100)에 수직한 방향으로부터 선회 버너 어셈블리(10) 접근한다. 마찬가지로, 업스트림 방향으로 계속되는 LCV 연료 튜브(130)의 단부는 LCV 연료 공급원에 연결될 것이다.
HCV 입구(125)는 버너 유닛 내부 볼륨(116) 내에서 버너 벽(40)의 업스트림에 배치되고, LCV 입구(135)는 제 2 볼륨(62)에 위치된다. HCV 입구(125)는 숄더(112), 즉 선회 버너 바디(12)의 원통의 축에 수직인 평면을 갖는 방사상의 평면 상에 있다. LCV 입구(135)는 다운스트림 방향, 즉 선회 유닛 제 2 단부(124) 보다 선회 버너 바디 다운스트림 단부(30)를 향해 더 멀리 있다.
LCV 연료 튜브(130)는 HCV 연료 튜브 내부 볼륨(123)에 직접적으로 연결되는 개구를 구비하지 않는다. 즉, HCV 튜브 내부 볼륨(123)은 버너 유닛 내부 볼륨(116)에 대한 개구인 HCV 입구(125)에서의 개구와는 별도로 밀봉된다. 마찬가지로, LCV 연료 튜브(130)에 대한 선회 버너 어셈블리(10) 내에 유일한 개구는 제 2 볼륨(62) 로의 LCV 입구(135)에서의 개구이고, 즉, LCV 튜브 내부 볼륨(133)은 LCV 입구와 별도로 밀봉된다. 전술한 바와 같이, 도시되지는 않았지만, 업스트림 방향으로 계속되는 HCV 연료 튜브(120) 및 LCV 연료 튜브(130)의 단부들은 적절한 연료 공급원들에 연결될 것이다.
이러한 밀봉은 각 파이프의 내부 볼륨 들 내에 파이프 연료들 또는 공기를 통한 유동들이 혼합되지 않도록 보장한다. 작동 시, 유동의 압력으로 인한 유동이 있을 때 연료 또는 공기의 유동이 아래로 다시 유동할 수 업도록 다운 스트림 방향으로 파이프들을 통과하는 유동이 있게 된다.
HCV 연료 입구(125)의 다운스트림, 즉 선회 버너 다운스트림 단부(30) 쪽으로 더 향하는 곳 및 LCV 연료 입구(135)의 업스트림, 즉 선회 버너 다운스트림 단부(30)로부터 멀리 떨어진 곳에 선회 혼합기(150)가 있다. 선회 혼합기(150)는 베인들(155)을 구비하고, 베인들을 통해 유동을 안내한다. 베인들(155)은 외부 칼라(140)의 내부면(114)로부터 내부 칼라(160), 보다 구체적으로는 내부 칼라 외부 표면(162)로 연장한다. 내부 칼라(160)는 외부 칼라(140), LCV 연료 튜브(130)의 안쪽에 배치되고, 선회 버너 바디 다운스트림 단부(30)를 향해 다운스트림 방향으로 선회 혼합기(150)의 중심으로부터 연장한다. 내부 칼라(160)는 내부 칼라(140)와 동일한 버너 유닛 제 2 단부(124) 보다 더 다운스트림 방향으로 연장하지 않는다. LCV 연료 튜브(130)는 내부 칼라 내부 표명(163) 사이를 통과한다.
선회 혼합기(150)는 축-선회 선회 혼합기이다. 베인들(155)은 축-선회를 일으키는 것과 같이, 베인들을 통과하는 유동에 영향을 미치는 임의의 수의 베인들이다. 재순환 구역이 화염 튜브(즉, 제 2 볼륨(62)) 내에서 생성되기 때문에, 축-선회가 화염 길이를 감소시키는 것이 중요하다.
외부 칼라(140) 및 내부 칼라(160)는 유리하게는 제 2 볼륨(62) 내로의 산화제 및 연료의 유동에 영향을 미치고, 선회 혼합기(150)에 의해 형성된 재수환 구역의 위치 설정에 영향을 미친다. 이는 화염 길이를 감소시키기 위한 개선된 선회를 초래하여, 선회 혼합기(150)에 가깝지만 선회 혼합기(150)에 노출되지 않도록 화염 시트(flame seat)를 제어한다. 이는 베인들(155) 및 LCV 입구(135)가 직접적인 연소에 노출되는 것을 방지하여 베인 표면 또는 입구 표면 상에 피팅(pitting)과 같은 변형을 방지한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 도 1 및 도 2와 유사한 선회 버너 어셈블리(200)가 도시되어 있다. 그러나, 버너 벽(40)을 통과하여 공기 분할 개구들(210)이 있다. 공기 분할 개구들(210)은 선회 혼합기(150) 주위에 방사상으로 배치된 관통 홀들이다.
제 2 볼륨(62) 및 제 1 볼륨(52)을 접하는 공기 분할 개구(210)는 공기 입구(70)로부터의 공기 유동이 선회 혼합기(150)를 통과하지 않고 제 2 볼륨(62)을 통과하게 하고, HCV 연료 튜브(130)를 통한 유동이 있을 때, HCV 연료 튜브(130)를 통해, HCV 연료와 함께 공기 분할 개구(210)를 통과하는 공기의 제 2 볼륨(62)에서의 혼합이 제한될 것이다.
이러한 특징은 공기 분할 개구(210)를 통해 유동하는 공기가 바디 내부 표면(64)을 따라 공기 커튼(air curtain)을 형성하게 한다. 공기 커튼은 연소와 바디 내부 표면(64) 사이에 경계를 제공한다. 공기 커튼은 바디 내부 표면(64)의 온도를 낮추고 결과적으로 바디 외부 표면(66)의 온도를 감소시키는 용도로 바람직하게 사용될 수 있다.
공기 분할 개구들(210)은 공기 입구(70)를 통과하는 전체 유동의 약 10%가 공기 분할 개구들(210)을 통과하도록 구성된다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 선회 버너 어셈블리(300)가 다중 벽 바디인 도 3 및 도 4와 유사한 선회 버너 어셈블리(300)가 제공된다. 내부 벽 내부 표면(364)(즉, 선회 버너 바디(12) 내부 표면) 및 내부 벽 외부 표면(366)을 구비하는 내부 벽(360)은 버너 벽(40)으로부터 선회 버너 바디 하부 단부 벽(14)까지 연장한다. 제 2 볼륨(362)은 선회 버너 바디 하부 단부 벽(14), 버너 벽(40) 및 내부 벽(360)에 의해 정의된다(즉, 사이에서 한정됨). 외부 벽(310)은 외부 벽 내부 표면(361)을 가지며, 버너 벽(40)으로부터 버너 바디 하부 단부 벽(14)까지 연장하고, 내부 벽(360)의 바깥쪽으로 있다. 제 3 볼륨(363)은 버너 벽(40), 선회 버너 바디 하부 단부 벽(14), 내부 벽 외부 표면(366) 및 외부 벽 내부 표면(361)에 의해 정의된다(즉, 사이에서 한정됨).
제 2 볼륨(362)은 화염 튜브이고, 즉, 가스들의 연소 이 볼륨 내에서 발생한다.
버너 벽(40)을 통해, 내부 벽 외부 표면(366) 방사상으로 바깥쪽과 외부 벽 내부 표면(361) 방사상으로 안쪽에 바이패스 개구(320)가 있다.
제 1 볼륨(52) 내에 공기 입구(70)로부터 공기는 바이패스 개구(320)를 통과하여 제 3 볼륨(363)으로 통과할 수 있다. 내부 벽(360)은 바이패스 공기가 연소 구역(즉, 제 2 볼륨(362)) 내로 이동하는 것을 방지하고, 연료 입구들과 제 3 볼륨(363)의 공기가 혼합되지 않게 한다. 바이패스 공기 및 버너 연소 생성물들의 혼합은 제 2 볼륨(362) 및 제 3 볼륨(363)의 다운스트림 방향, 즉 바디 하부 단부 벽(14)의 다운스트림에서 발생할 수 있다.
이 기능은 에어 바이패스라고 알려져 있다. 이러한 특징은 연료의 연소를 방해하지 않으면서 제 3 볼륨(363)을 통해 공기의 완전한 바이패스를 허용한다. 이는 선회 버너 어셈블리(10)가 버너 유닛(100)이 설계된 것보다 큰 공연비로 기능하도록 요구되고, 공기가 제 3 볼륨(363)을 통해 바이패스 될 수 있는 경우에 유용할 수 있지만, 배기가스들은 설계 한계 내에 있어야 한다.
이는 선회 버너 어셈블리(10)가 2 내지 18 람다와 같이, 더욱 높은 공연비로 기능하게 할 수 있다.
일부 실시 예들(미도시)에서, 공기의 바이패스는 영구적인 특징일 필요는 없지만, 예를 들어 버너 벽(40)의 바이패스 개구(320)의 개방에 의해 필요에 따라 바이패스 개구(320)가 작동될 수 있다. 따라서, 바이패스가 요구되는 경우, 작동 모드가 영향을 끼칠 수 있다(dictate).
도 5는 점화기(80)가 제 2 볼륨(362) 내에 배치되도록, 선회 버너 어셈블리(300)용 점화기 개구(82)가 제 3 볼륨(363)을 통해 돌출됨을 도시한다. 점화기 개구(82)의 연장은 점화기(80)가 가연성 가스와 동일한 부피에서 스파크를 일으킬 수 있게 하는데 필요하다(즉, 화염 튜브를 형성하는데 필요함).
도 7은 앞서 설명한 것과 유사한 선회 버너 어셈블리(400)를 도시하고, (공기 커튼용) 공기 분할 개구 피쳐 및 바이패스 피쳐를 모두 포함한다. 따라서, 제 3 볼륨(363)이 제공되고, 복수 개의 공기 분할 개구들(210)은 단일 버너의 피쳐들을 결합한다. 바이패스 개구(320)의 존재는 공기 입구(70)를 통하는 전체 유동의 약 5%가 공기 분할 개구들(210)을 통과하는 것을 의미한다.
제 3 볼륨(363)을 통한 공기 유동은 내부 벽(360)을 냉각시키는 제 2 효과를 갖는다. 그러나 추가적인 냉각이 요구되는 경우, 공기 분할 개구(210)에 의해 제공되는 에어 커튼은, 도 7에서 도시된 바와 같이 바이패스 개구(320)와 결합될 수 있어서, 내부 벽 외부 표면(366, 도 5 참조) 및 내부 벽 내부 표면(364, 도 5 참조) 위로의 공기의 유동에 의해 내부 벽(360)을 냉각시킨다.
버너 출구에서의 온도는 연소 구역의 다운스트림, 즉, 선회 버너 바디 하부 단부 벽(14)을 지나서 제 2 볼륨(62)으로부터 다운스트림 방향으로 측정된다. 공기 바이패스가 사용되는 구성에서, 버너 출구의 온도는 제 2 볼륨 및 제 3 볼륨으로부터 배기 가스들의 조합된 유동의 온도이다. 공기 바이패스가 사용되는 구성에서, 바이패스 공기 및 연소 생성들들의 혼합은 선회 버너 바디 다운스트림 단부(30)의 다운스트림에서 발생할 수 있다.
연료 전지 시스템에서 사용될 때, 버너는 4가지 작동 모드들을 갖는다:
1) 웜-업(warm-up), 비-개질(non-reforming):
연료 전지 시스템이 차가워지면, 작동 상태에 도달하기 전에 스택을 가열할 필요가 있다. 이 초기 단계는 연료 전지 스택 출구의 온도를 275℃ 보다 높게, 보다 바람직하게는 300℃보다 높게 상승시킨다. 연료는 기체이거나 기화될 수 있지만, 이 모드에서는 버너에 직접적으로 공급되는 HCV 연료이다.
도 1 및 도 2의 선회 버너 어셈블리(10)를 고려하면, 이 모드에서, HCV 연료는 버너 유닛(100)의 HCV 연료 튜브(120)를 통해 버너로 공급된다. HCV 연료는 HCV 입구(125)에서 HCV 연료 튜브를 빠져나간다. 이 작동과 동시에, 공기는 공기 입구(70)를 통해 제 1 볼륨(52)으로 공급된다. 이 볼륨 내부의 공기는 공기 입구 홀들(115)을 통해 버너 유닛 내부 볼륨(116)으로 통과하고, 선회 버너 바디 다운스트림 단부(30)를 향해 다운스트림 방향으로 유동한다.
선회 혼합기(150)에 도달하기 전에, 즉 선회 혼합기(150)의 업스트림에 도달하기 전에, HCV 연료 및 공기는 선회 버너 바디(12)에 진입하기 때문에 처음으로 서로에게 노출된다. 여기서 HCV 연료 및 공기의 초기 예비 혼합이 발생한다. HCV 연료 및 공기 혼합물은 선회 혼합기(150)를 통과하고, HCV 연료와 공기 사이에 최대 혼합의 정도는 선회 혼합기(150)를 통해 그리고 바로 제 2 볼륨(62) 내로 발생한다. 선회 혼합기(150)의 바로 다운스트림 영역은 혼합 구역(mixing zone)이다. 완전 연소를 허용하고, CO 및 NOx와 같은 원하지 않는 배기가스들의 양을 감소시키기 위해서는 HCV 연료와 공기의 높은 혼합 정도가 중요하다.
'공기'라는 용어가 사용되었지만, '산화제'는 또한 당 업계에서 사용되는 다른 용어와 함께 산소 운반 매체를 기술하기 위해 일반적으로 사용되는 용어이다. 이와 같은 공기 및 산화제는 본원의 목적상 상호 교환적으로 사용될 수 있다.
HCV 연료 및 공기의 혼합물은 점화기(80)를 통해 점화된다. 선회 혼합기(150)는 축-선회기이고, 축 선회기는 제 2 볼륨(62) 내에 역 유동 또는 재순환 구역을 초래한다. 재순환 구역은 연소 구역뿐만 아니라, 혼합 구역에도 영향을 미친다. 이것은 많은 장점이 있다. 혼합이 더욱 강렬하기 때문에, HCV 연료 혼합의 이상적인 연소는 이 구역에서 발생할 수 있고, 또한 역 유동은 화염의 길이를 줄이는 효과가 있다. 재순환 구역의 결과로서, 화염 시트는 선회 혼합기(150)의 바로 다운스트림에 있다.
이 작동 모드에서, 공기 유량은 제어 시스템에 의해 제어되고, 제어 시스템은 다른 측정들 중에서도 버너에 대한 입구 온도를 측정한다. HCV 연료 유동은 버너 다운스트림에서의 온도에 따라 HCV 연료 유량을 변화시키는 비례 제어 밸브를 사용하여 제어 시스템에 의해 제어된다. 이 모드에서 버너를 통과하는 공기 유량은 70 내지 116 SLM까지 다양할 수 있다. HCV 연료 유속은 0.8 내지 6 SLM일 것으로 예상도니다. 공기-연료 등가 비율(람다)은 4이하일 수 있다. 그러나 다른 장치들에서, 이 모드에서 버너를 통과하는 공기 유량은 70SLM으로부터 300SLM까지 변할 수 있다. 마찬가지로, 다른 장치들에서, HCV 연료 유속은 0.8 내지 8 SLM일 수 있다.
입구의 구멍들의 크기와 함께 HCV 연료 입구(125)의 배열 및 배치의 변화는 조절된 한계들을 벗어나는 상이한 배기가스들을 생성하는 것과 같은 버너의 연소 및 기능에 영향을 미칠 수 있다.
2) 웜-업(warm-up). 개질(reforming).
선회 버너 어셈블리(10)에 대한 제 2 작동 모드는 275℃ 보다 높은, 바람직하게는 300℃ 보다 높은 연료 전지 스택 온도에서 발생한다. 이 모드는 직접 공급되는 HCV 연료를 연료 전지 스택의 LCV 연료로 전환한다. 즉, LCV 연료는 연료 전지의 반응으로부터 개질 가스 또는 양극 오프 가스일 수 있다.
LCV 연료는 LCV 연료 튜브(130)를 통해 선회 버너 어셈블리(10)로 공급된다. 이 LCV 연료 튜브(130)는 선회 혼합기(150)의 내부 직경의 중심을 통과하여 제 2 볼륨(62)으로 통과한다. LCV 연료가 LCV 입구(135)를 통해 제 2 볼륨(62)으로 공급되는 것은 이 시점에서만이다. 특히 이것은 HCV 연료의 화염 시트의 다운스트림에 있다.
LCV 연료는 선회 혼합기(150)를 통과하지 않기 때문에, 제 2 볼륨(62)에서의 공기와의 혼합 영역이 덜 강하고 HCV 연료와 비교할 때 연소 전 공기와의 소량 혼합 만이 발생한다. 그러나, LCV 연료의 경우, 조성물이 사전 연소를 고도로 혼합하여 CO 및 NOx의 보다 낮은 배기가스들을 초래하는 것을 선호하지 않기 때문에, 이는 바람직하다.
연소는 LCV 연료 입구(135)의 다운스트림에서 발생한다. 선회 혼합기(150)의 보완 효과가 있다: LCV 연료의 연소는 일반적으로 더 긴 화염, 즉 HCV 화염보다 더 긴 길이를 초래하며, 이는 부분적으로 연소가 적고 부피가 큰 유동에 기인한다; 선회 혼합기(150)로부터의 역류 영역은 LCV 연료 화염의 화염 길이를 감소시킨다. 이러한 화염 길이의 감소는 공간 절약에 유용하여 더 짧고 보다 컴팩트한 선회 버너 바디(12)를 허용 할뿐만 아니라 선회 버너 어셈블리(10)의 다운스트림 단부를 향하여 또는 선회 버너 어셈블리(10)의 하류 단부(즉, 바디 하부 단부 벽(14)의 다운스트림)를 지나도록 기구(instrumentation1)를 보호한다.
연료 전지 스택의 온도가 550℃까지 증가 함에 따라 제어 시스템은 HCV 유동을 줄이고, 따라서 HCV 및 LCV 연료의 혼합 작동은 연료 전지가 전기 화학 반응을 수행할 때 단독으로 LCV 연료 작동으로 이동한다.
3) 아이들(idle)/전력 드로우(power draw)
제 3 작동 모드에서, 연료 전지 스택은 일반적으로 약 550℃이다(개개의 연료 전지 및 개별 연료 전지 구성 요소의 정확한 온도는 변할 것이고, 연료 전지 스택의 연료 전지는 약 500℃ 내지 610℃, 또는 약 500℃ 내지 615℃ 또는 약 500℃ 내지 620℃ 범위에서 작동할 것이다). 이것은 주로 LCV 연료 상황이다. 이 모드에서, LCV 연료는 LCV 튜브(130)를 통해 버너로 계속 공급된다. 그러나 LCV 연료 유속은 이제 연료 전지 스택과 연료 전지 시스템에 필요한 전기 출력에 의해 결정된다.
이러한 작동 모드 동안 연료 전지 시스템을 통과하는 공기 유동은 연료 전지 스택의 온도에 의해 제어된다. 버너의 배출구 온도가 모니터링되고, 버너의 배출구 온도가 특정 임계 값 아래로 떨어지면, 연료 전지 스택의 온도를 유지하거나 상승시키기 위해 추가 HCV 연료가 추가되어 시스템의 온도를 상승시킨다. 그러나, 시스템은 LCV 연료만이 이 모드에서 요구되도록 이상적으로 설계된다.
4) 셧 다운(Shut down)
네 번째 작동 모드에서, 연료 전지 스택이 약 450°C에 도달할 때까지 연료 전지 스택 및 연료 전지 시스템 온도들을 감소시키기 위해 LCV 연료 유동이 감소되고, 연료 전지 시스템으로의 HCV 연료 유동이 중단되고, 차례로 LCV 연료 입구(135)를 통한 LCV 연료의 유동이 중단되고, 연소가 중단된다. 그 다음 연료 전지 시스템은 자연적으로 냉각된다.
도 8a 내지 도 10c를 참조하면, 경험적인 결과들을 나타내는 추세가 도시된다. 추세들의 레이블들은 나열된 대로 요약된다.
NOx Air Free -버너로부터 공기가 없는 NOx 배기가스들, 상방 삼각형으로 도시된 데이터 포인트들;
CO Air Free -버너로부터 공기가 없는 CO 배기가스들, 하방 삼각형으로 도시된 데이터 포인트들;
tAirTgbOut -버너에서 나오는 공기의 온도, 사각형으로 도시된 데이터 포인트들;
tAirTgbIn -버너로 들어가는 공기의 온도, 원으로 도시된 데이터 포인트들;
dmolFuelRef -버너로 들어가는 LCV 연료 유동, 수직 막대로 도시된 데이터 포인트들;
dmolFuelTgb -버너로 들어가는 HCV 연료 유동, 별표로 도시된 데이터 포인트들;
lambda -버너 입구들에서의 버너의 공연비, 솔리드 다이아몬드로 도시된 데이터 포인트들;
도 8a 내지도 10c는 다양한 이벤트들에 대한 선회 버너 어셈블리 반응과 함께 다수의 작동 모드들에서의 선회 버너 어셈블리의 실제 작동 결과의 그래픽 플롯들을 나타낸다. 작동당 3개의 도면들(즉, a, b 및 c)은 모두 본 발명에 따른 선회 버너 어셈블리에 대해 동일한 작동 기간을 나타낸다. 이 데이터 획득을 위한 시간 주기(x 축은 시간 0단위로 측정됨)는 0부터 시작하는 것으로 도시되어 있지 않으며 연속적인 시험 동안 본 발명의 버너의 상이한 작동 상들을 나타낸다.
도 8a, 도 9a 및 도 10a의 추세들은 선회 버너 어셈블리 안팎으로의 공기 온도를 도시하고, 선회 버너 어셈블리가 tAirTgbOut에 의해 지시된 바와 같이 열 자체를 생성하는 것을 도시하고, tAirTgbln, 즉 선회 버너 어셈블리로의 온도에 의해 지시된 바와 같이 연료 전지 스택이 버너 작동 및 고온 오프 가스들에 의해 가열되고, 선회 버너 어셈블리로 다시 공급되는 것을 도시한다. 최상위 추세는 또한 연소된 가스들, 즉 선회 버너 어셈블리를 떠나는 가스들 내의 일산화탄소(CO) 및 아산화질소(NOx)를 나타낸다. 이는 백만 분의 일량(ppmv)으로 측정되는데, 이는 상기 가스에 대한 당 업계의 통상적인 측정 단위이며 공기가 없는 측정, 즉 연소 가스의 무산소 조건을 시뮬레이션하기 위해 조정된 값이다. CO, NOx 및 기타 연소 생성물은 환경적 관점에서 바람직하지 않은 것으로 알려진 가스의 연소로 생성되는 주요 생성물이기 때문에 집합적으로 배기가스들로 알려져 있다. 이와 같이, 배기가스들의 감소는 가스들의 연소에 관한 많은 법률의 대상이다. 본 발명의 목적상, 본 발명이 감소시키려는 주요한 생성물들은 CO 및 NOx이기 때문에, 배기가스들은 주로 CO 및 NOx로 언급될 것이다.
그림 8b, 9b 및 10b의 추세는 HCV 연료 및 LCV 연료의 연료 유동을 도시한다. 이것은 선회 버너 어셈블리로의 연료 유동이며 선회 버너 어셈블리가 어떤 모드에서 작동하는지 나타낸다. 예를 들어, LCV 유동이 있을 때, 이제 연소될 수 있는 양극 오프 가스들을 생성하기에 충분한 온도에 도달한 연료 전지 스택으로부터 가능성이 있다. 추세에 표시된 HCV 연료 유동은 소용돌이 버너 어셈블리에 HCV 연료 유동이 있음을 나타낸다. HCV 연료 유동은 연료 전지 작동과 무관하므로 모든 작동 모드에서 가능하다.
도 8c, 도 9c 및 도 10c에서의 추세들은 공연비의 비율을 나타내며, 공연비의 동일한 비율은 1의 람다를 가지며, 공기의 비율이 증가함에 따라 공기와 연료의 혼합물 희박(lean)해지면 람다가 증가한다. 람다 추세는 선회 버너 어셈블리 입구들에서의 연료 및 산화제 유동의 총 람다, 즉, 공기 입구(70), LCV 입구(135) 및 HCV 입구(125)에서의 유동을 나타낸다. 도시된 람다는 연료 전지가 작동할 때 공기 흐름에서 산소의 고갈 계산을 포함한다. 연소 반응물들의 람다는 산화제 유동이 연료 전지 스택에 의해 제어되기 때문에 중요하다. 따라서, 산화제 유동이 버너가 안정된 연소를 생성하기 위한 추가 연료 유동에 의해 보상될 필요가 없도록 큰 람다 범위에 걸쳐 작동할 수 있는 소용돌이 버너 어셈블리를 갖는 것이 바람직하다. 연료 유동이 멈춘 곳에서 추세에 대한 람다는 규모에서 증가할 것이고, 이는 연료 유동이 없으면 공연비가 무한대이기 때문이다. 이것은 전형적으로 람다가 20이상으로 증가하는 추세들에서 나타난다.
도 8a, 도 8b 및 도 8c를 참조하면, 처음에 도 8b에서 8SLM에서 시작하는 연료 유동이 HCV 연료임을 알 수 있다. 도 8a에 도시된 선회 버너 어셈블리 내로의 온도는 초기에는 상당히 낮고, 확실하게 연료 스택의 개질 작동에 필요한 275℃보다 낮다. 그러므로 모드 1이다: 웜-업, 비-개질. 선회 버너 어셈블리는 순전히 HCV 모드에 있고, 람다는 도 8C에서 볼 수 있는 것처럼 약 3 내지 4 람다 정도로 상당히 낮고, 즉, 연료 혼합물은 연료 전지 스택을 가열하기 위해 필요한 열을 생성하기에 상당히 풍부하다. 특히 웜-업 단계에서 이것은 순전히 HCV 연료 모드이지만, 배기가스들은 여전히 매우 낮고 요구되는 한계치들보다 낮다. 배기가스 한계치들에 대해, 배기가스들이 일정 기간 동안 평균되는 것이 일반적이며, 스타트-업은 배기가스들이 더 많은 것으로 알려진 시기이다.
연료 전지 스택 온도가 증가함에 따라 시스템은 개질을 시작할 수 있고 LCV 연료는 선회 버너 어셈블리에 사용될 수 있다. 이것은 선회 버너 어셈블리로 들어가는 온도 상승과 LCV 연료 유동의 시작에 의해 알 수 있다. 이 단계에서는 배기가스들이 잠시 증가하지만 람다가 떨어지고 온도가 상승함에 따라 배기가스들이 목표치보다 훨씬 떨어진다. 버너는 모드 2에 있다: 웜-업 개질. 이것은 이중 연료 작동이며, 두 개의 유동들이 동일한 화염 튜브(즉, 제 2 볼륨(62))에서 동일한 버너에 의해 연소되고 결과적인 배기가스들은 낮다.
그런 다음 연료 스택의 온도가 선회 버너 어셈블리로 온도가 평준화되어 보이는 공칭 레벨(nominal level)에 도달합니다. 이제 모드 3: 정상 상태이다. 이 모드에서 선회 버너 어셈블리는 연료 전지에서 공급되는 LCV 연료에 의해 주로 연료가 공급된다. 버너의 설계는 매우 낮은 배기가스들을 초래하고, NOx 배기가스들은 한계치의 1/10이며 CO는 훨씬 낮아진다.
도 8a 내지 도 8c는 연료의 입구들의 기하학적 구조 및 배치가 매우 다른 연소 조건들을 갖는 다양한 연료들에 대처할 수 있지만, 여전히 낮은 배기가스들을 갖는 선회 버너 어셈블리를 초래한다는 것을 명백히 보여준다.
추세 키(trend key)가 도 8a 및 도 8c의 우측 상부 구석들에 도시되어 있는 경우, 데이터 포인트들은 대부분 키 이전에 행한 방식으로 계속되고, 불명료한 데이터 포인트들이 존재하지 않는다는 것에 주목한다.
도 9a 내지 도 9c는 계단 변화가 있는 정상 상태 작동을 나타내지만, 이러한 단계 변화(step change)는 연료 전지 스택과 다른 전류 드로우(draw)로 인해 발생할 수 있다. 이것은 선회 버너 어셈블리와 다른 연료 유동과 HCV 및 LCV 연료의 다른 혼합을 초래한다. 단계 변화들로 인해 연소 특성들 및 화염 전환과 같은 발생으로 인해 배기가스들이 급증할 수 있다는 것은 알려진 문제이다. 이 경우, 선회 버너 어셈블리는 매우 낮은 배기가스들로 작동하고 있었다. 단계 변화들이 발생할 때, 즉, 연료 유동이 변화할 때, 배기가스들은 약간 증가하지만 여전히 한계를 훨씬 밑돌고 있다. 이것은 정상 상태에 있을 때 선회 버너 어셈블리가 다양한 연료 유동들에 대해 가지는 복원력을 보여준다.
도 10a의 우측 코너들에 추세 키가 도시되어 있는 경우, 데이터 포인트들은 키 이전에 행해진 방식으로 계속되고, 불명료한 데이터 포인트들이 존재하지 않는다는 것에 유의해야 한다.
고온 시작으로 인해 버너 및 연료 전지 시스템에 문제가 발생할 수 있다는 것은 알려진 문제이다. 공기 입구 온도가 높기 때문에 연소 특성이 매우 달라서 화염이 불안정해지며 결과적으로 배기가스들이 매우 높다. 연료 전지 스택은 냉간 시동 조건으로 냉각하기 위해 12시간 내지 16시간이 걸리는 반면, 연료 전지는 종종 더 자주 요구된다. 따라서, 선회 버너 어셈블리가 뜨거운 시동을 수행하면서도 낮은 배기가스들을 유지할 수 있는 것이 바람직하다. 도 10a 내지 도 10c에서 그러한 상황이 도시되어 있고, 선회 버너 어셈블리로의 온도가 여전히 높을 때 시스템이 재시작된다. 그러나 각각의 경우에 있어서, 배기가스들은 한도를 크게 초과하지 않으며, CO는 매우 낮다.
도 10a의 우측 코너들에 추세 키가 도시되어 있는 경우, 데이터 포인트들은 키 이전에 행해진 방식으로 계속되고, 불명료한 데이터 포인트들이 존재하지 않는다는 것에 유의해야 한다.
전체적으로 선회 버너 어셈블리의 설계는 단일 모드 및 혼합 모드에서 다양한 연료들로 연료를 공급할 때 방출량을 줄이고 큰 람다 범위에서 작동하며 소형 화염 길이로 컴팩트한 디자인을 가능하게 한다.
본 발명은 상기 실시 예들에만 한정되는 것은 아니며, 첨부된 청구항들의 범위를 벗어나지 않는 다른 실시 예들은 통상의 기술자에게 명백할 것이다.
10 선회 버너 어셈블리(Swirl burner assembly)
12 선회 버너 바디(Swirl burner body)
12' 중심 축(Central axis)
14 선회 버너 바디 하부(또는 제 2) 단부 벽(Swirl burner body bottom (or second) end wall)
15 선회 버너 바디 배기(Swirl burner body exhaust)
16 선회 버너 바디 상부(또는 제 1) 단부 벽(Swirl burner body top (or first) end wall)
16' 선회 버너 바디 상부(또는 제 1) 상부 벽의 개구(Opening in swirl burner body top (or first) end wall)
20 버너 유닛 제 1 단부(Burner unit first end)
30 선회 버너 바디 다운스트림 엔드(Swirl burner body downstream end)
40 버너 벽(Burner wall)
40' 버너 벽의 개구(Opening in burner wall)
42 버너 벽 다운스트림 면(Burner wall downstream face)
44 버너 벽 업스트림 면(Burner wall upstream face)
50 버너 튜브(Burner tube)
52 제 1 볼륨(First volume)
54 선회 버너 바디 상부(또는 제 1) 단부 벽의 내부 면(Inner face of swirl burner body top (or first) end wall)
56 버너 튜브 내부 표면(Burner tube inner surface)
62 제 2 볼륨(Second volume)
64 바디 내부 표면(Body inner surface)
66 바디 외부 표면(Body outer surface)
70 공기 입구(Air inlet)
80 점화기(Igniter)
82 점화기 개구(Igniter opening)
100 버너 유닛(Burner unit)
110 버너 유닛 외부 바디(Burner unit outer body)
111 버너 유닛 상부 내부 표면(Burner unit top inner surface)
112 숄더(Shoulder)
114 버너 유닛 외부 바디의 내부 면(Inner face of burner unit outer body)
115 공기 입구 홀들(Air inlet holes)
116 버너 유닛 내부 볼륨(Burner unit inner volume)
120 HCV 연료 튜브(HCV fuel tube)
121 HCV 연료 튜브 내부 표면(HCV fuel tube inner surface)
122 HCV 연료 튜브 외부 표면(HCV fuel tube outer surface)
123 HCV 튜브 내부 볼륨(HCV tube internal volume)
124 버너 유닛 제 2 단부(Burner unit second end)
125 HCV 입구(HCV inlet)
130 LCV 연료 튜브(LCV fuel tube)
130' 핑거(Finger)
131 LCV 연료 튜브 내부 표면(LCV fuel tube inner surface)
132 LCV 연료 튜브 외부 표면(LCV fuel tube outer surface)
133 LCV 튜브 내부 볼륨(LCV tube internal volume)
135 LCV 입구(LCV inlet)
140 외부 칼라(Outer collar)
144 외부 칼라 외부 표면(Outer collar outer surface)
150 선회 혼합기(Swirl mixer)
155 베인들(Vanes)
160 내부 칼라(Inner collar)
162 내부 칼라 외부 표면(Inner collar outer surface)
163 내부 칼라 내부 표면(Inner collar inner surface)
200 산화기 커튼을 갖는 선회 버너 어셈블리(Swirl burner assembly with oxidant curtain)
210 공기 분할 개구(Air split opening)
300 선회 버너 어셈블리(Swirl burner assembly)
310 외부 벽(Outer wall)
320 바이패스 개구(Bypass opening)
360 내부 벽(Inner wall)
361 외부 벽 내부 표면(Outer wall inner surface)
362 제 2 볼륨(공기 바이패스)(Second volume (air bypass))
363 제 3 볼륨(Third volume)
364 내부 벽 내부 표면(Inner wall inner surface)
366 내부 벽 외부 표면(Inner wall outer surface)
400 선회 버너 어셈블리(Swirl burner assembly)

Claims (15)

  1. 선회 버너 어셈블리에 있어서,
    (i) 중심 축을 따라 연장하고, 제 1 단부 및 제 2 단부를 구비하는 중공의 길이 방향으로 길쭉한 바디,
    (ii) 상기 제 1 단부에서의 단부 벽,
    (iii) 상기 제 1 단부 및 상기 제 2 단부 사이에 위치되는 버너 벽, - 상기 버너 벽은 상기 제 1 단부로부터 상기 버너 벽까지의 제 1 볼륨과, 상기 버너 벽으로부터 상기 제 2 단부까지의 제 2 볼륨을 정의함 -,
    (iv) 상기 제 1 볼륨 내로의 산화제 입구,
    (v) 상기 제 1 볼륨으로부터 상기 단부 벽의 개구의 바깥쪽으로 연장하는 버너 유닛 제 1 단부를 구비하는 적어도 하나의 중공의 길이 방향으로 길쭉한 버너 유닛 - 상기 버너 유닛은 상기 버너 벽 내 개구를 통해 상기 제 1 볼륨으로부터 상기 제 2 볼륨까지 버너 유닛 제 2 단부 쪽으로 연장하고, 버너 유닛 내부 볼륨을 정의함 -을 포함하고,
    상기 버너 유닛은,
    (a) 상기 버너 유닛의 안쪽에 배치되고, 상기 버너 유닛 제 1 단부 및 상기 버너 유닛 제 2 단부 사이에 위치되는 축-선회(axial-swirl) 선회 혼합기, - 상기 선회 혼합기는 내부 직경 및 외부 직경을 구비하는 복수 개의 베인들과, 상기 제 1 볼륨을 향해 배치되고 상기 제 1 볼륨 내로 개구되는 제 1 사이드와, 상기 제 2 볼륨을 향해 배치되고 상기 제 2 볼륨 내로 개구되는 제 2 사이드를 포함함 -,
    (b) 상기 제 1 볼륨 내로의 제 1 연료 입구, - 상기 연료 입구는, 상기 복수 개의 베인들의 상기 외부 직경의 방사상으로 안쪽에 배치됨 -,
    (c) 상기 버너 유닛 제 2 단부에 인접하고, 상기 복수 개의 베인들의 상기 외부 직경의 방사상으로 안쪽에 있는 상기 제 2 볼륨 내로의 제 2 연료 입구를 포함하고,
    적어도 하나의 버너 유닛 각각은,
    (A) 상기 제 1 단부에 가장 가까운 상기 중심 축을 따르는 포인트인 제 1 포인트를 정의하고, 상기 제 1 포인트에서 상기 중심 축에 수직인 평면은 상기 버너 유닛 선회 혼합기의 상기 복수 개의 베인들과 교차하고,
    (B) 상기 제 1 단부로부터 가장 멀리 떨어진 상기 중심 축을 따르는 포인트인 제 2 포인트를 정의하고, 상기 제 2 포인트에서 상기 중심 축에 수직인 평면은 상기 버너 유닛 선회 혼합기의 상기 복수 개의 베인들과 교차하고,
    (C) 상기 제 1 포인트 및 상기 제 2 포인트로부터 등거리인 상기 중심 축을 따르는 기하학적 중심-포인트를 정의하고,
    각각의 제 1 연료 입구는 상기 중심 축에 수직인 평면과 교차하는 상기 선회 혼합기 및 상기 산화제 입구 사이의 포인트에 상기 중심 축에 대해 축 방향으로 위치되고, 상기 평면은 상기 제 1 포인트로부터 상기 제 1 연료 입구 유동 영역의 1 및 2 등가 원형 직경들 사이의 상기 중심 축을 따르는 포인트와 교차하고,
    각각의 제 2 연료 입구는 상기 중심 축에 수직인 평면과 교차하는 상기 제 2 단부와 상기 제 1 연료 입구 사이의 포인트에 위치되고, 상기 평면은 상기 기하학적 중심-포인트로부터 상기 복수 개의 베인들의 상기 내부 직경과 동일하거나 작은 상기 중심 축을 따르는 포인트와 교차하는 선회 버너 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 버너 유닛은,
    i) 상기 제 1 볼륨으로부터 상기 제 2 볼륨을 향하여 상기 버너 벽의 상기 개구를 통해 연장하는 외부 칼라, - 상기 외부 칼라는 외부 직경, 내부 직경, 제 1 단부 및 제 2 단부를 구비함 -; 및
    ii) 상기 제 1 볼륨으로부터 상기 제 2 볼륨을 향하여 상기 버너 벽의 상기 개구를 통해 연장하는 내부 칼라, - 상기 내부 칼라는 외부 직경, 내부 직경, 제 1 단부 및 제 2 단부를 구비함 -;
    를 더 포함하는 선회 버너 어셈블리.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 내부 칼라는 상기 외부 칼라에 대해 방사상으로 내부에 위치되는 선회 버너 어셈블리.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 복수 개의 베인들은 상기 외부 칼라 및 상기 내부 칼라 사이에서 방사상으로 연장하고,
    상기 외부 칼라의 내부 직경은 상기 복수 개의 베인들의 상기 외부 직경과 동일하고, 상기 내부 칼라의 외부 직경은 상기 복수 개의 베인들의 상기 내부 직경과 동일한 선회 버너 어셈블리.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 연료 입구 및 제 2 연료 입구는 각각 상기 복수 개의 베인들의 내부 직경의 방사상으로 내부 포인트들에 위치되는 선회 버너 어셈블리.
  6. 제 1 항에 있어서,
    점화기를 더 포함하는 선회 버너 어셈블리.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 점화기는 상기 제 2 볼륨에 위치되고, 상기 점화기는 상기 제 2 볼륨으로부터 상기 바디로부터 바깥쪽으로 연장하는 선회 버너 어셈블리.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 버너 벽은 적어도 하나의 공기 분할 개구를 구비하고,
    상기 적어도 하나의 공기 분할 개구는 상기 버너 벽의 상기 제 1 볼륨 사이드로부터 상기 버너 벽의 상기 제 2 볼륨 사이드까지 연장하는 적어도 하나의 홀을 포함하는 선회 버너 어셈블리.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 공기 분할 개구는 상기 복수 개의 베인들의 외부 직경에 대해 방사상으로 동심인 선회 버너 어셈블리.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 바디는 다중 벽이고, 상기 다중 벽은 상기 버너 벽으로부터 상기 제 2 단부로 연장하고, 상기 다중 벽은,
    (i) 내부 표면을 구비하는 내부 벽, - 상기 제 2 볼륨은 상기 버너 벽, 상기 제 2 단부 및 상기 내부 벽 사이에서 정의됨 -; 및
    (ii) 상기 내부 벽의 바깥쪽에 위치되는 외부 벽, - 제 3 볼륨은 상기 버너 벽, 상기 내부 벽, 상기 외부 벽 및 상기 제 2 단부 사이에서 정의됨 -;
    을 포함하고,
    상기 버너 벽은 상기 제 1 볼륨 및 상기 제 3 볼륨 사이에 적어도 하나의 바이패스 개구를 더 포함하고, 유체 유동 경로를 정의하고, 상기 바이패스 개구는 상기 제 1 볼륨으로부터 상기 제 3 볼륨까지 유체 유동 소통의 채널인 선회 버너 어셈블리.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 바이패스 개구는 상기 복수 개의 베인들의 상기 외부 직경에 대해 방사상으로 동심인 복수 개의 바이패스 개구들을 포함하는 선회 버너 어셈블리.
  12. 제 1 항에 따른 선회 버너 어셈블리를 작동하는 방법에 있어서,
    상기 방법은,
    (i) 상기 산화제 입구로 산화제를 공급하는 단계;
    (ii) 상기 제 1 연료 입구에 HCV 연료 및 상기 제 2 연료 입구에 LCV 연료 중 적어도 하나를 포함하는 연료를 공급하는 단계; 및
    (iii) 상기 제 2 볼륨 내에서 상기 연료를 연소시키는 단계;
    를 포함하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 HCV 연료는 상기 제 1 연료 입구에 공급될 때, 상기 산화제 및 상기 HCV 연료 유동은 상기 제 1 연료 입구 및 상기 선회 혼합기 사이에서 상기 제 1 볼륨 내에 수렴하고,
    상기 LCV 연료가 상기 제 2 연료 입구에 공급될 때, 상기 산화제 및 상기 LCV 연료 유동은 상기 선회 혼합기 및 상기 제 2 단부 사이에서 상기 제 2 볼륨 내에 수렴하는 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 HCV 연료 및/또는 상기 LCV 연료는 점화기에 의해 상기 제 2 볼륨 내에서 점화되거나 연소되는 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 버너 유닛의 상기 제 1 연료 입구를 통한 상기 HCV 연료의 속도는 3m/s 내지 6m/s이고, 및/또는
    상기 적어도 하나의 버너 유닛의 상기 제 2 연료 입구를 통한 상기 LCV 연료의 속도는 10m/s 내지 35m/s인 방법.

KR1020177019098A 2014-12-19 2015-12-02 선회기의 연료 주입 업스트림 및 다운스트림을 갖는 개선된 선회 버너 KR102465002B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1422845.6 2014-12-19
GB1422845.6A GB2534124B (en) 2014-12-19 2014-12-19 A swirl burner assembly and method
PCT/GB2015/053683 WO2016097687A1 (en) 2014-12-19 2015-12-02 Improved swirl burner with fuel injection upstream and downstream of the swirler

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170097096A KR20170097096A (ko) 2017-08-25
KR102465002B1 true KR102465002B1 (ko) 2022-11-09

Family

ID=54848853

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020177019098A KR102465002B1 (ko) 2014-12-19 2015-12-02 선회기의 연료 주입 업스트림 및 다운스트림을 갖는 개선된 선회 버너

Country Status (10)

Country Link
US (1) US10741855B2 (ko)
EP (1) EP3235031B1 (ko)
JP (1) JP6641374B2 (ko)
KR (1) KR102465002B1 (ko)
CN (1) CN107208883B (ko)
CA (1) CA2971292C (ko)
GB (1) GB2534124B (ko)
RU (1) RU2693534C2 (ko)
TR (1) TR201900503T4 (ko)
WO (1) WO2016097687A1 (ko)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11527766B2 (en) * 2014-12-19 2022-12-13 Ceres Intellectual Property Company Limited Fuel cell system and tail gas burner assembly and method
JP6090419B1 (ja) 2015-12-22 2017-03-08 富士電機株式会社 燃料電池装置
JP6706780B2 (ja) * 2016-07-15 2020-06-10 ダイニチ工業株式会社 小型渦流燃焼器
GB2560916B (en) * 2017-03-27 2020-01-01 Edwards Ltd Nozzle for an abatement device
US11073114B2 (en) 2018-12-12 2021-07-27 General Electric Company Fuel injector assembly for a heat engine
KR102117255B1 (ko) * 2019-05-16 2020-06-02 주식회사 글로벌스탠다드테크놀로지 폐가스 소각용 버너
KR20220090541A (ko) * 2019-10-22 2022-06-29 케레스 인텔렉츄얼 프로퍼티 컴퍼니 리미티드 연료 전지 시스템 및 테일 가스 버너 어셈블리 및 방법
CN114151804B (zh) * 2020-09-08 2023-12-01 国家能源投资集团有限责任公司 发电系统的尾气处理燃烧器
CN114151791B (zh) * 2020-09-08 2023-11-03 国家能源投资集团有限责任公司 发电系统及其启停燃烧装置
CN114188578B (zh) * 2021-12-14 2023-10-03 北京有恒能动科技有限公司 固体氧化物燃料电池系统的火焰筒进气方法及其燃烧室
KR102482785B1 (ko) * 2022-07-25 2022-12-30 이노엔 주식회사 연료 개질기 버너
GB2621338A (en) 2022-08-08 2024-02-14 Ceres Ip Co Ltd Fuel cell system and method of operating the same

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070028617A1 (en) 2005-07-25 2007-02-08 General Electric Company Air-assisted fuel injector for mixer assembly of a gas turbine engine combustor
US20130344409A1 (en) 2012-06-20 2013-12-26 Delphi Technologies, Inc. Multi-fuel combustor with swirl flame stabilization

Family Cites Families (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5036301B1 (ko) * 1970-08-18 1975-11-22
US4431403A (en) * 1981-04-23 1984-02-14 Hauck Manufacturing Company Burner and method
US4595355A (en) * 1985-01-29 1986-06-17 Pendell Boiler Limited Forced draft burner
SU1333963A1 (ru) * 1986-04-24 1987-08-30 Среднеазиатский Филиал Всесоюзного Научно-Исследовательского Института Использования Газа В Народном Хозяйстве И Подземного Хранения Нефти, Нефтепродуктов И Сжиженных Газов Газова горелка
KR100234569B1 (ko) * 1991-04-25 1999-12-15 피터 토마스 석탄가스 및 다른연료의 저공해 연소를 위한 버너장치
RU9934U1 (ru) * 1998-10-01 1999-05-16 Максимов Дмитрий Александрович Горелочное устройство
GB2368450B (en) 2000-10-25 2004-05-19 Imperial College Fuel cells
JP2002162007A (ja) * 2000-11-20 2002-06-07 Tokyo Gas Co Ltd バーナ
US6931125B2 (en) 2001-07-10 2005-08-16 Gregory N. Smallwood Telephone equipment compatible, twelve button alphanumeric keypad
GB2400486B (en) 2003-04-09 2006-05-10 Ceres Power Ltd Densification of ceria based electrolytes
US6951454B2 (en) * 2003-05-21 2005-10-04 The Babcock & Wilcox Company Dual fuel burner for a shortened flame and reduced pollutant emissions
GB2411043B (en) 2004-02-10 2007-09-19 Ceres Power Ltd A method and apparatus for operating an intermediate-temperature solid-oxide fuel cell stack
GB0501590D0 (en) 2005-01-25 2005-03-02 Ceres Power Ltd Processing of enhanced performance LSCF fuel cell cathode microstructure and a fuel cell cathode
GB2424878B (en) 2005-04-08 2010-09-15 Ceres Power Ltd High performance SOFC Cathode material in the 450 C 650 C range
US7402038B2 (en) * 2005-04-22 2008-07-22 The North American Manufacturing Company, Ltd. Combustion method and apparatus
GB0601813D0 (en) 2006-01-30 2006-03-08 Ceres Power Ltd Fuel cell
WO2007110587A2 (en) 2006-03-24 2007-10-04 Ceres Intellectual Property Company Limited Sofc stack system assembly with thermal enclosure
GB2439653B (en) 2006-06-29 2008-08-27 Ceres Ip Co Ltd Steam reforming method for fuel cells
EP2038950B1 (en) 2006-07-07 2015-03-18 Ceres Intellectual Property Company Limited Fuel cell with metal substrate
GB0615562D0 (en) 2006-08-04 2006-09-13 Ceres Power Ltd Power supply control for power
GB0621784D0 (en) 2006-11-01 2006-12-13 Ceres Power Ltd Fuel cell heat exchange systems and methods
MX2009008979A (es) 2007-02-27 2009-11-11 Ceres Ip Co Ltd Cubierta de flujo de pilas de celdas de combustible.
GB2448890B (en) 2007-05-01 2013-03-13 Ceres Ip Co Ltd A method of disposing a water gas shift catalyst on a metal substrate
WO2009090419A2 (en) 2008-06-13 2009-07-23 Ceres Intellectual Property Company Limited Method for deposition of ceramic films
US9093674B2 (en) 2008-08-21 2015-07-28 Ceres Intellectual Property Company Limited Fuel cell stack flow hood air flow using an air distribution device
GB2465767B (en) 2008-11-27 2011-01-05 Ceres Ip Co Ltd A boiler unit
JP5525855B2 (ja) 2010-02-19 2014-06-18 ダイニチ工業株式会社 燃焼装置
EP2500645B1 (en) * 2011-03-16 2015-01-28 L'AIR LIQUIDE, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Oxygen-fired low-NOx gas burner and combustion method
EP2629008A1 (en) * 2012-02-15 2013-08-21 Siemens Aktiengesellschaft Inclined fuel injection of fuel into a swirler slot
CN202947133U (zh) * 2012-11-07 2013-05-22 衡阳华菱钢管有限公司 交替使用不同气体燃料的燃烧装置
RU2015139522A (ru) * 2013-04-19 2017-05-24 Лёше Гмбх Центральная горелка системы многотрубчатой горелки для разных типов топлива
CN103277795B (zh) * 2013-05-27 2015-05-20 中国科学院广州能源研究所 可调节烟气自身再循环燃气燃烧器
JP6551375B2 (ja) * 2016-12-07 2019-07-31 トヨタ自動車株式会社 水素ガスバーナ構造およびこれを備えた水素ガスバーナ装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070028617A1 (en) 2005-07-25 2007-02-08 General Electric Company Air-assisted fuel injector for mixer assembly of a gas turbine engine combustor
US20130344409A1 (en) 2012-06-20 2013-12-26 Delphi Technologies, Inc. Multi-fuel combustor with swirl flame stabilization

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016097687A1 (en) 2016-06-23
RU2693534C2 (ru) 2019-07-03
RU2017125550A3 (ko) 2019-05-08
EP3235031B1 (en) 2018-10-31
CN107208883A (zh) 2017-09-26
JP6641374B2 (ja) 2020-02-05
CA2971292A1 (en) 2016-06-23
US20170346107A1 (en) 2017-11-30
RU2017125550A (ru) 2019-01-22
GB2534124A (en) 2016-07-20
GB2534124B (en) 2017-04-19
JP2017538912A (ja) 2017-12-28
KR20170097096A (ko) 2017-08-25
US10741855B2 (en) 2020-08-11
CN107208883B (zh) 2019-04-26
TR201900503T4 (tr) 2019-02-21
EP3235031A1 (en) 2017-10-25
CA2971292C (en) 2022-10-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102465002B1 (ko) 선회기의 연료 주입 업스트림 및 다운스트림을 갖는 개선된 선회 버너
EP2171356B1 (en) Cool flame combustion
CN114811581B (zh) 空气燃料双分级高比例掺氢超低氮燃烧器、方法、锅炉
WO2008047825A1 (fr) Chambre de combustion de turbine à gaz
JP2016130619A (ja) 低燃焼性燃料燃焼装置
JP2015513060A (ja) 燃焼器ノズルおよび燃焼器に燃料を供給する方法
CN115451432B (zh) 一种燃气轮机燃烧室燃料的微混喷嘴组件及系统
KR101530920B1 (ko) 연료개질기 버너
JP3873119B2 (ja) 円筒内旋回燃焼器
US11527766B2 (en) Fuel cell system and tail gas burner assembly and method
JP2004134253A (ja) 燃料電池システムの水素製造装置用加熱器
EP4049329B1 (en) A fuel cell system and tail gas burner assembly and method
JP7167772B2 (ja) 燃焼器
GB2588412A (en) A fuel cell system and tail gas burner assembly and method
JP7183868B2 (ja) 燃焼器バーナ及び燃焼器
KR102382600B1 (ko) 복합 선회 연소기
JP5686646B2 (ja) バーナ
JP3642037B2 (ja) 旋回燃焼器
EP4253838A1 (en) Gas burner with low nox emission
TWI662184B (zh) 微渦輪多種燃氣使用之高效預混燃氣噴嘴
JP2022154831A (ja) バーナ
JP2015096780A (ja) ガス焚きバーナ
JP2019105382A (ja) 燃料燃焼装置及び燃焼方法

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)