KR102482785B1 - 연료 개질기 버너 - Google Patents

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KR102482785B1
KR102482785B1 KR1020220092095A KR20220092095A KR102482785B1 KR 102482785 B1 KR102482785 B1 KR 102482785B1 KR 1020220092095 A KR1020220092095 A KR 1020220092095A KR 20220092095 A KR20220092095 A KR 20220092095A KR 102482785 B1 KR102482785 B1 KR 102482785B1
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burner
fuel reformer
nozzle
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gas
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KR1020220092095A
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정영식
갈한주
이동민
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이노엔 주식회사
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    • F23D2900/14021—Premixing burners with swirling or vortices creating means for fuel or air

Abstract

본 발명은 점화봉을 통한 점화가 용이하게 이루어지도록 하고, 연소 가스의 압력 손실을 최소화시키며, 공기와 연소 가스 간의 혼합을 향상시킬 수 있도록 구현한 연료 개질기 버너에 관한 것으로, 제1, 2 가스와 공기를 각각 공급받아 공급하는 버너바디(100); 상기 버너바디(100)의 상측에 설치되어 상기 버너바디(100)에서 배출되는 제1, 2 가스와 공기로 이루어지는 혼합가스를 상부로 안내하는 내부관체(300); 상기 내부관체(300)를 감싸도록 설치되어, 하단을 통해 전달되는 제1, 2 가스를 상부로 안내하는 외부관체(400); 상기 버너바디(100)에 설치되고, 상기 내부관체(300) 상부로 노출되어 불꽃을 일으키는 점화봉(501)이 상단에 형성되는 스파크플러그(500); 상기 외부관체(400) 내부 상측에 설치되고, 혼합가스를 상측으로 분사하는 노즐(600); 및 혼합가스를 노즐 중앙부로 유도하여 불꽃을 균일하게 하고 일산화탄소와 질소산화물 발생을 감소시켜 줄 수 있도록 상기 내부관체(300)의 상측 출구와 대향하면서 상기 외부관체(400)의 내주면을 따라 설치되된 유동리플렉터(700); 혼합가스를 선회시켜 줄 수 있도록 상기 내부관체(300)의 상측에 설치되는 선회기(900);를 포함한다.

Description

연료 개질기 버너{fuel reforming burner}
본 발명은 연료 개질기 버너에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 화염길이를 단축시면서 화염이 균일하게 형성될 수 있도록 구현하고, 점화봉을 통한 점화 및 화염감지가 용이하게 이루어지도록 하면서 혼합가스의 압력 손실을 최소화시키며, 공기와 연료가스 간의 혼합을 향상시켜 완전연소를 구현한 연료 개질기 버너에 관한 것이다.
기존버너에서 제2가스공급구를 통해 연료가스(예: Anode-Off gas, AOG, 애노드오프가스)가 유입되고, 공기가 공기유입구으로 유입되어 화염이 형성될 경우에는 중앙홀 부근을 통해 유입되는 혼합기의 유량이 상대적으로 줄어들고 혼합상태가 불량하게 되어 불균일하면서도 불안정한 화염을 형성하게 된다. 이로 인해 중앙홀 및 그 부근에서의 점화 및 화염감지가 불량하게 되어 버너의 정상적인 작동이 어렵게 되는 현상이 발생한다. 그리고 그 부분의 혼합기 유속이 낮아져서 노즐이 가열이 되고 역화의 위험성도 증대될 수도 있다.
또한, 화염대의 변동이 증가하여 연소소음이 발생할 수 있다.
또한, 공기유입구로 공급되는 공기와 제2가스공급구로 공급되는 연료가스의 혼합이 충분히 이루어지지 않는 경우가 발생하여 일산화탄소(CO) 또는 질소산화물(NOx)의 배출이 증가하기도 한다. 일산화탄소는 불완전연소에 의해 발생하며, 질소산화물(prompt NO)이 증가도 될 수 있다.
또한, 종래의 버너의 경우, 점화봉이 점화 및 화염감지센서 기능을 동시에 수행하는데 점화봉과 화염 간의 거리가 멀어 화염이 있음에도 불구하고 화염을 감지하지 못해 버너 작동이 정상적으로 수행되지 아니하거나 점화봉 상부 끝단에서 점화가 잘 이루어지지 아니하는 문제점을 가지고 있다.
또한, 혼합가스를 노즐을 통한 분사 시 혼합가스의 압력 손실이 크고, 버너 외부에서 내부 공간에서 발생되는 화염을 육안으로 감시할 수 없으며, 화염생성부와 인접한 외부관체 부위는 매우 뜨거운 고온으로 가열되며, 화염이 중심부로 집중되지 아니하고 분산될 수 있다는 문제점 역시 가지고 있다.
또한, 종래의 버너의 경우, 연료가 공급되고 공기가 유입되는 경우에는 노즐까지 혼합 길이가 충분하지 않기 때문에 강제적인 방법으로 혼합길이를 단축시킬 필요가 있다.
한편, 전술한 배경 기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
한국공개특허 제10-2012-0067814호 (2012.06.26. 공개) 한국등록특허 제10-2273606호 (2021.07.06. 공고)
본 발명의 일측면은 선회기를 구성함으로써, 화염이 균일하게 그리고 완전연소를 이르도록 구현한 연료 개질기 버너를 제공한다.
본 발명의 일측면은 연료가스를 내부관체로 유입되는 공기방향으로 유동리플렉터를 설치하여 1차적으로 연료와 가스의 혼합을 향상시키고 혼합기중의 일부를 분산시키지 않고 중앙홀 및 그 부근으로 집중 유동하도록 유도하여 점화에 용이할 수 있도록 구현한 연료 개질기 버너를 제공한다.
또한, 분사홀 중 점화봉 부근에서 점화가 원만하게 잘 이루어지게 함과 동시에, 점화봉으로 화염을 유무를 감지할 뿐만 아니라 화염이 있을 경우 화염이 없는 것으로 감지되지 않도록 하여 버너 오작동을 방지하는 것을 제공한다.
또한, 노즐을 통과하는 연료가스의 유속의 감소를 최소화시켜 가스의 압력 손실을 방지하는 것을 제공한다.
또한, 유동리플렉터의 설치로 화염생성하는 노즐부근과 인접한 외부관체를 냉각시키는 것을 제공한다.
또한, 버너의 하단에 버너의 내부 공간을 육안으로 들여다 볼 수 있는 투시창을 구비하여 사용자가 화염을 육안으로 관찰할 수 있도록 구현한 연료 개질기 버너를 제공한다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료 개질기 버너는, 제1 가스와 공기를 각각 전달받아 공급하는 버너바디; 상기 버너바디의 상측에 설치되어 상기 버너바디에서 배출되는 제1 가스와 공기로 이루어지는 혼합가스 또는 공기를 상부로 안내하는 내부관체; 상기 내부관체를 감싸도록 설치되어, 하단을 통해 전달되는 제2 가스를 상부로 안내하는 외부관체; 상기 버너바디에 설치되고, 상기 내부관체 상부로 노출되어 불꽃을 일으키는 점화봉이 상단에 형성되는 스파크플러그; 상기 외부관체 내부 상측에 설치되고, 공기, 혼합가스와 제2 가스가 혼합하여 이루어지는 혼합가스를 상측으로 분사하는 노즐; 및 공기, 혼합가스와 제2 가스의 혼합을 유도하여 불꽃을 균일하게 하고 일산화탄소와 질소산화물 발생을 감소시켜 줄 수 있도록 상기 내부관체의 상측 출구와 대향하면서 상기 외부관체의 내주면을 따라 설치되어 공기, 혼합가스와 제2 가스의 선회를 유도하는 유동리플렉터;를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 유동리플렉터는, 공기, 혼합가스와 제2 가스가 관통하고 흐를 수 있도록 다수 개의 유동홀이 타공 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 유동리플렉터는, 외측관체 내면과의 틈새를 유지하여 제2 가스가 관통하여 흐를 수 있도록 설치될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 유동리플렉터는, 바람직하게는 선회기를 포함하게 구성될 수 있고, 폭(L)이 상기 외부관체의 내경(D1)과 상기 내부관체의 외경(D2)의 차의 1/10보다 크거나 같게 형성되며, 각도(θ1)가 10도보다 크거나 같고 60도보다 작거나 같게 형성되며, 상기 내부관체와의 거리(h)는 상기 외부관체의 내경(D1)과 상기 내부관체의 외경(D2)의 차이의 1/2과 같거나 작게 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 유동리플렉터는, 상기 노즐의 상측에 설치될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 노즐은, 상면 중앙에 상기 점화봉이 통과되는 중앙홀이 형성되어 있고, 상기 분사홀 테두리 및 혼합가스가 통과되는 분사홀이 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 노즐의 외경은 상하 수직 방향으로 형성되는 수직홈 또는 경사 방향으로 형성되는 나선형홈로 이루어질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 분사홀은, 통과되는 혼합가스의 압력 손실을 감소시킬 수 있도록 하측 투입구보다 상측 배출구의 직경이 작게 형성되도록 하측으로부터 상측으로 갈수록 점진적으로 직경이 감소되도록 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 분사홀은, 상기 중앙홀이 형성되는 상기 노즐의 내측 분사홀 테두리를 따라 일정한 간격으로 이격되어 다수 개가 관통 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 점화봉은, 있도록 불꽃이 발생되는 상단이 화염과 근접하여 불꽃을 일으킬 수 분사홀 테두리를 따라 일정한 간격으로 돌기가 돌출 형성되는 원형의 평판 형태로 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료 개질기 버너는, 화염을 육안으로 관찰할 수 있도록 상기 버너바디의 하단에 형성되는 투시창;을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료 개질기 버너는, 화염으로부터 조사되는 적외선 또는 자외선을 감지할 수 있도록 IR 감지 센서 또는 UV 감지 센서;를 더 포함할 수 있다.
상술한 본 발명의 일측면에 따르면, 선회기를 구성함으로써, 화염이 균일하게 그리고 완전연소를 이르도록 한다.
점화봉과 노즐에서 생생된 화염 간의 거리를 근접시킴으로써 점화봉 상부 끝단에서의 점화 및 화염감지가 용이하게 이루어지도록 할 수 있다.
또한, 분사홀 중 점화봉 부근에서 점화가 원만하게 잘 이루어지게 함과 동시에, 점화봉으로 화염을 유무를 감지하고 화염이 있을 경우 화염이 없는 것으로 감지되지 않도록 하여 버너 오작동을 방지할 수 있다.
또한, 노즐을 통과하는 연료가스의 유속의 감소를 최소화시켜 가스의 압력 손실을 방지할 수 있다.
또한, 유동리플렉터의 설치로 화염생성부인 노즐부근에 인접한 외부관체를 냉각시켜 뜨겁지 않게 할 수 있다.
또한, 유동리플렉터와 외부관체의 사이에 틈새를 구성하여 외부관체를 냉각시켜 뜨겁지 않게 할 수 있다.
또한, 유동리플렉터와 외부관체의 사이에 틈새를 구성하여 화염을 균일하게 할 수 있다.
또한, 노즐에서 화염의 분산을 방지하고 중심부로 집중되도록 할 수 있다.
또한, 버너의 하단에 버너의 내부 공간을 육안으로 들여다 볼 수 있는 투시창을 구비하여 사용자가 화염을 육안으로 관찰할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 개질기 버너의 개략적인 구성이 도시된 도면이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 개질기 버너의 단면도들이다.
도 4는 도 2의 유동리플렉터의 설치 구조를 보여주는 도면이다.
도 5는 도 1의 노즐의 설치 구조를 보여주는 도면이다.
도 6은 도 1의 노즐을 보여주는 도면이다.
도 7은 도 1의 노즐의 단면도를 보여주는 도면이다.
도 8은 도 1의 점화봉의 실시예를 보여주는 도면이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 개질기 버너의 개략적인 구성이 도시된 도면이다.
도 1, 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 개질기 버너(10)는, 버너바디(100), 내부관체(300), 외부관체(400), 스파크플러그(500), 노즐(600), 유동리플렉터(700) 및 선회기(900)를 포함한다.
버너바디(100)는, 제1 가스와 공기를 각각 공급받아 내부관체(300)를 통해 상측으로 제1 가스와 공기가 혼합된 혼합가스 또는 공기를 공급한다.
일 실시예에서, 버너바디(100)는, 외면에 공기를 공급받기 위한 공기공급구(101) 및 제1 가스를 공급받기 위한 제1가스공급구(102)가 형성될 수 있다.
여기서, 제1 가스는, 초기단계에서 리포머를 가열하기 위해 사용되는 가스로 LNG 혹은 LPG 가스 등으로 할 수 있게 구성될 수 있다.
내부관체(300)는, 상기 버너바디(100)의 상측에 상기 버너바디(100)와 연통되도록 설치되어 상기 버너바디(100)에서 배출되는 혼합가스를 상부로 안내한다.
일 실시예에서, 상기 내부관체(300)는, 외부관체(400)의 내부 공간을 구획한 상태로 혼합가스 또는 공기를 상부로 안내한다.
일 실시예에서, 상기 내부관체(300)는, 외부관체(400)의 길이보다 상대적으로 짧게 형성되어, 외부관체(400)를 통해 상부로 이동된 혼합가스에 점화 시 필요한 정해진 량의 공기를 공급하게 된다.
일 실시예에서, 상기 내부관체(300)는, 버너바디(100)에서 분배된 공기를 공급받고, 그 공기를 상부로 안내하여 혼합가스에 보탬으로써, 혼합가스가 점화점 이상의 농도를 갖는다.
외부관체(400)는, 상기 내부관체(300)를 감싸도록 설치되어, 하단을 통해 공급되는 제2 가스를 상부로 안내한다. 여기서 초기에 제1 가스로 화염을 생성하여 리폼머에 일정온도(예 900도 이상의 온도)에 도달하게 하고, 그 리포머가 일정온도가 도달한후 리턴된 애드오프가스(anode off gas, 예: 수소가스 등)의 제2 가스로 연소시키며, 제2 가스의 연료량이 부족할 경우 제1 가스로 보충되게 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 외부관체(400)는, 제2 가스를 공급받기 위한 제2가스 공급구(401)가 하단 일측에 형성될 수 있다.
여기서, 제2 가스는, 애드오프가스(anode off gas)이고, 이 가스는 화학반응이 끝나고 나오는 가스(예: 연료전지 스택에서 사용하고 남은 수소가스)로, 공기와의 혼합으로 혼합가스로 되며, 이 혼합된 가스는 화염으로 연소된다.
스파크플러그(500)는, 상기 버너바디(100)에 설치되고, 상기 내부관체(300) 상부로 노출되어 불꽃을 일으키는 점화봉(501)이 상단에 형성된다. 여기서 점화봉(501)은 점화뿐만 아니라 동시에 화염감지를 할 수 있게 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 점화봉(501)은, 도 8에 도시된 바와 같이 불꽃이 발생되는 상단이 혼합기와 근접하여 불꽃을 일으킬 수 있도록 그 테두리를 따라 일정한 간격으로 다양한 형태의 돌기가 돌출 형성되는 원형의 평판 형태(501a, 501b)로 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 스파크플러그(500)는, 외부의 고전압을 공급받아 점화봉(501)에 스파크가 일어나도록 함으로써, 노즐(600)에서 분사된 혼합가스가 점화봉(501)에서 일어나는 스파크에 의해 점화되어 화염이 생성된다.
일 실시예에서, 스파크플러그(500)는, 점화봉(501) 상단에 점화봉(501)과 노즐(600)을 절연시키는 절연지지재(502)가 설치된다.
일 실시예에서, 절연지지재(502)는, 스파크를 일으키는 점화봉(501) 말단보다 상대적으로 낮은 위치에 설치되는 것이 바람직하다.
일 실시예에서, 절연지지재(502)는, 노즐(600) 중앙부에 삽입 결합되는 것이 바람직하며, 애자, 고무, 실리콘 등 노즐(600)과의 간섭을 차단할 수 있는 다양한 재질로 형성될 수 있다.
노즐(600)은, 상기 외부관체(400) 내부 상측에 설치되고, 공기와 제1, 2 가스가 혼합하여 이루어지는 혼합가스를 상측으로 분사한다. 또한 노즐(600)의 외경은 나선형홈 또는 수직홈을 형성시켜 혼합기 조성을 촉진시키며, 외부관체(400)를 냉각시키는 기능을 가지게 구성할 수 있다.
일 실시예에서, 노즐(600)은, 외면이 외부관체(400) 내주면에 밀착 지지되고, 그 상태에서 상부로 혼합가스를 분사하는 것이 바람직하다.
일 실시예에서, 노즐(600)은, 스파크를 일으키는 점화봉(501) 말단보다 상대적으로 낮은 위치에 설치된다.
유동리플렉터(700)는, 공기와 제1, 2 가스가 혼합된 혼합가스를 중앙으로 유도하여 불꽃을 균일하게 하여 집중연소시켜서 일산화탄소와 질소산화물(특히 prompt NO) 발생을 감소시켜 줄 수 있도록 상기 내부관체(300)의 상측 출구와 대향하면서 외부관체(400)의 내주면을 따라 설치되어 혼합가스의 선회를 유도한다.
일 실시예에서, 유동리플렉터(700)는, 도 3 또는 도 5에 도시된 바와 같이 혼합가스가 관통하고 흐를 수 있도록 다수 개의 유동홀(701)이 타공 형성될 수 있다. 유동리플렉터(700)의 중앙부에서 주(main,메인) 혼합기가 유동할 수 있게 구성되고, 또한 노즐(600)의 중앙부에 혼합기가 집중 유동하게 하여 점화에 용이하게 할 뿐만 아니라 외부관체(400)를 냉각시키는 기능을 갖는다. 다른 한편, 유동홀(701)에서의 유동량은 유동리플렉터(700)의 중앙부보다 적은 유동량으로 유동할 할 수 있도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 유동리플렉터(700)는, 외측관체(400)의 내측면과 틈새를 유지하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 유동리플렉터(700)는, 도 4에 도시된 바와 같이 1) 선회기를 포함할 수 있게 구성될 수 있고, 2) 폭(L)이 바람직하게는 외부관체(400)의 내경(D1)과 내부관체(300)의 외경(D2)의 차의 1/10(=1/2×1/5)보다 크거나 같게 구성되며, 3) 각도(θ1)가 바람직하게는 10도보다 크거나 같게, 60도보다 작거나 같게 구성을 하며, 4) 내부관체(300)와의 거리(h)는 외부관체(400)의 내경(D1)과 내부관체의 외경(D2)의 차이의 1/2과 같거나 작게 구성을 하는 것이 바람직하다.
일 실시예에서, 유동리플렉터(700)는, 노즐(600)의 상하측에 설치될 수 있고, 그 설치는 노즐(600)의 상측에 설치될 경우 노즐(600)의 하측의 설치와 동일하므로 그 설명은 생략한다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 개질기 버너(10)는, 점화봉(501)과 화염 간의 거리를 근접시킴으로써 점화봉(501) 상부 끝단(501a, 501b)에서의 점화가 용이하게 이루어지도록 할 수 있다.
또한, 노즐(600)을 통과하는 가스의 유속의 감소를 최소화시켜 가스의 압력 손실을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 화염의 분산을 방지하고 외부관체(400)의 중심부로 집중되도록 할 수 있다.
선회기(900)는, 상기 내부관체(300)로부터 배출되는 제1, 2 가스 또는 공기, 또는 혼합가스를 선회시켜 줄 수 있도록 상기 내부관체(300)의 상측에 설치된다.
제2 가스공급구(401)로 연료 가스가 공급되고, 공기유입구(101)로 공기가 유입되는 경우에는 노즐(600)까지 혼합 길이가 충분하지 않기 때문에 강제적인 방법으로 혼합길이를 단축시킬 필요가 있다.
이와 동시에 후술하는 유동리플렉터(700)로 인해 중앙홀쪽으로 유도되는 혼합기체의 일부를 외측 방향으로 유도하는 것으로 화염을 균일하게 형성할 수 있다.
이를 위하여 하류 방향으로 전달되는 운동에너지의 일부를 반경 반향으로 전환하는 선회기(900)를 구성함으로써, 화염이 균일하게 형성되도록 할 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 개질기 버너(10)는, 유동리플렉터(700)로 인해 중앙홀쪽으로 유도되는 혼합기체의 일부를 외측 방향으로 유도할 수 있도록 하류 방향으로 전달되는 운동에너지의 일부를 반경 반향으로 전환하는 선회기(900)를 구성함으로써, 화염이 균일하게 형성되도록 할 수 있다.
도 3 내지 도 5는 도 1의 선회기를 보여주는 도면들이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 선회기(900)는, 외관(910), 내관(920) 및 선회 날개(930)를 포함한다.
외관(910)은, 내관(920)과 대향하면서 내부관체(300)의 형상에 대응하는 원형 배관 형태로 형성되어 내부관체(300)의 상측에 설치된다.
내관(920)은, 외관(910)과 대향하면서 점화봉(501)과 노즐(600)을 절연시키는 절연지지재(502)외 외측을 덮고 설치된다.
선회 날개(930)는, 외관(910)과 내관(920) 사이를 따라 일정한 간격으로 이격되어 경사각을 이루면서 다수 개가 설치되어 내부관체(300)로부터 배출되는 제1 혼합가스 또는 공기를 선회시켜 준다.
일 실시예에서, 선회 날개(930)는, 압력손실이 증가하는 영향을 최소화하며 선회의 효과를 충분히 얻을 수 있도록 선회각도(θ2)가 15도와 같거나 크고 60도보다 같거나 작도록 경사지게 설치될 수 있다.
일 실시예에서, 선회기(900)는, 도 4에 도시된 바와 같이 유동리플렉터(700)의 상단보다 하방으로 이격되어 배치되어 간격이 유지되도록 함이 바람직하다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 개질기 버너(10)는, 투시창(800)를 더 포함할 수 있다.
투시창(800)은, 화염을 육안으로 관찰할 수 있도록 버너바디(100)의 하단에 형성된다.
일 실시예에서, 선회 날개(930)는, 다수 개중 투시창과 직선 방향으로 대향하고 설치되는 것(930-1)에 투시창을 통해 화염을 관찰할 수 있도록 투시홀(931)이 형성될 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 개질기 버너(10)는, IR 감지 센서(설명의 편의상 도면에는 도시하지 않음) 또는 UV 감지 센서(설명의 편의상 도면에는 도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다.
IR 감지 센서 또는 UV 감지 센서는, 화염으로부터 조사되는 적외선 또는 자외선을 감지하여, 화염의 발생 유무 또는 화염의 온도 정보를 사용자에게 제공한다.
이에 따라, 상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 개질기 버너(10)는, 버너의 하단에 버너의 내부 공간을 육안으로 들여다 볼 수 있는 투시창을 구비하여 사용자가 화염을 육안으로 관찰할 수 있다.
버너는 화염이 정상적으로 존재하는지를 상시로 감지하여 화염이 안정적이지 않거나 소염(꺼짐)되는 경우 연료밸브를 차단하는 등의 작동을 하는 것이 일반적이다. 또한 공기-연료 혼합기를 점화하는 부근에 일정한 혼합기가 공급되어야 한다. 이를 위해서는 공기-연료 혼합기를 점화하고 이때 형성된 화염을 검지하는 부근에 상시적으로 화염이 형성되는 것이 필요하며, 이를 위해서 다수의 연료노즐을 구성할 수 있다.
이에 따라, 노즐(600)은 다양한 버너의 운전환경에서 변동이 적도록 설계되어야 하며, 수소 등의 화염전파속도가 빠른 연료를 사용하는 경우에도 역화가 일어나지 않도록 구성되어야 한다.
이를 달성하기 위하여 점화 및 화염감지를 동시에 가능하도록 점화봉(502)을 지지해 주는 절연체(502)를 구성하고 이를 중심으로 하여 다수의 분사홀(602a)을 형성한다. 보다 바람직하게는 절연체(502)를 중심으로 하여 원주방향으로 단면이 원의 일부, 삼각, 또는 사각형상을 갖는 화염공을 구성한다. 이때 분사홀의 반원, 삼각, 사각형 형상의 최장 길이는 0.3mm보다 크거나 같게 구성을 할 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 노즐(600)은, 상면 중앙에 점화봉(501)이 통과되는 중앙홀(601)이 형성되어 있고, 중앙홀(601)의 외경부에 형성된 분사홀 테두리(602c) 및 혼합가스가 통과되는 분사홀(602a)이 형성되어 있고, 노즐(600)의 외경은 나선형홈(602b) 또는 수직홈(602b)이 형성되게 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 분사홀(602a) 또는 분사홀 테두리(602c)는, 상하 수직 방향으로 형성되게 수직으로 이루어지며, 다수 개로 형성되어 혼합가스가 상부로 고르게 분사되도록 함이 바람직하다.
일 실시예에서, 분사홀(602a) 또는 분사홀 테두리(602c)는, 원의 일부, 반원, 삼각, 또는 사각형상 등으로 형성될 수 있다.
일반적으로 노즐(600)의 혼합기 입구부분은 유동단면적이 갑작스럽게 줄어들기 때문에 압력손실로 인한 운동에너지의 손실이 발생한다. 이를 최소화 하기 위하여 노즐(600)의 단면적으로 순차적으로 감소하게 하며 단면이 줄어드는 노즐 내부에는 일정 각도를 구성한다.
이에 따라, 분사홀(602a)은, 도 7에 도시된 바와 같이 통과되는 혼합가스의 압력 손실을 감소시킬 수 있도록 하측 입구보다 상측 출구의 직경이 작게 형성되도록 하측으로부터 상측으로 갈수록 점진적으로 직경이 감소되도록 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 분사홀 테두리(602c)는, 중앙홀(601)이 형성되는 노즐(600)의 내측 분사홀 테두리를 따라 일정한 간격으로 이격되어 다수 개가 관통 형성될 수 있다.
상술된 실시예들은 예시를 위한 것이며, 상술된 실시예들이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 상술된 실시예들이 갖는 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술된 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 명세서를 통해 보호받고자 하는 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
10: 연료 개질기 버너
100: 버너바디
300: 내부관체
400: 외부관체
500: 스파크플러그
600: 노즐
700: 유동리플렉터
800: 투시창

Claims (14)

  1. 제1 가스와 공기를 각각 공급받아 공급하는 버너바디(100);
    상기 버너바디(100)의 상측에 설치되어 상기 버너바디(100)에서 배출되는 제1 가스와 공기로 이루어지는 혼합가스를 상부로 안내하는 내부관체(300);
    상기 내부관체(300)를 감싸도록 설치되어, 하단을 통해 전달되는 제2 가스를 상부로 안내하는 외부관체(400);
    상기 버너바디(100)에 설치되고, 상기 내부관체(300) 상부로 노출되어 불꽃을 일으키는 점화봉(501)이 상단에 형성되는 스파크플러그(500);
    상기 점화봉(501)은 불꽃이 발생되는 상단이 화염과 근접하여 불꽃을 일으킬 수 있도록 분사홀 테두리(602c)를 따라 일정한 간격으로 돌기가 돌출 형성되는 원형의 평판 형태로 형성되고,
    상기 외부관체(400) 내부 상측에 설치되고, 혼합가스를 상측으로 분사하는 노즐(600); 및
    혼합가스를 유도하고, 상기 노즐(600) 중앙으로 집중하여 유동할 수 있도록 상기 내부관체(300)의 상측 출구와 대향하면서 상기 외부관체(400)의 내주면을 따라 설치된 유동리플렉터(700); 및
    상기 내부관체(300)로부터 배출되는 혼합가스를 선회시켜 줄 수 있도록 상기 내부관체(300)의 상측에 설치되는 선회기(900);를 포함하는, 연료 개질기 버너.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 선회기(900)는,
    상기 내부관체(300)의 형상에 대응하는 원형 배관 형태로 형성되어 상기 내부관체(300)의 상측에 설치되는 외관(910);
    상기 외관(910)과 대향하면서 상기 점화봉(501)과 상기 노즐(600)을 절연시키는 절연지지재(502)의 외측을 덮고 설치되는 내관(920); 및
    상기 외관(910)과 상기 내관(920) 사이를 따라 일정한 간격으로 이격되어 다수 개가 설치되어 상기 내부관체(300)로부터 배출되는 혼합가스를 선회시켜 주는 선회 날개(930);를 포함하는, 연료 개질기 버너.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 선회 날개(930)는,
    압력손실이 증가하는 영향을 최소화하며 선회의 효과를 충분히 얻을 수 있도록 선회각도(θ2)가 15도와 같거나 크고 60도보다 같거나 작도록 경사지게 설치되는, 연료 개질기 버너.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 선회기(900)는,
    상기 유동리플렉터(700)의 상단보다 하방으로 이격되어 배치되는, 연료 개질기 버너.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유동리플렉터(700)는,
    혼합가스가 관통하고 흐를 수 있도록 다수 개의 유동홀(701)이 타공 형성되는, 연료 개질기 버너.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유동리플렉터(700)는,
    외부관체(400)와 틈새를 이루는, 연료 개질기 버너.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 유동리플렉터(700)는,
    상기 노즐(600)의 상측에 설치되는, 연료 개질기 버너.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 노즐(600)은,
    상면 중앙에 상기 점화봉(501)이 통과되는 중앙홀(601)이 형성되어 있고, 상기 중앙홀(601)과 접하는 분사홀 테두리(602c) 및 혼합가스가 통과되는 분사홀(602a)이 형성되며,
    상기 노즐(600)의 외경에,
    상하 수직 방향으로 형성되는 수직홈 또는 경사 방향으로 형성되는 나선형홈로 이루어지는, 연료 개질기 버너.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 분사홀(602a)은,
    통과되는 혼합가스의 압력 손실을 감소시킬 수 있도록 하측 투입구보다 상측 배출구의 직경이 작게 형성되도록 하측으로부터 상측으로 갈수록 점진적으로 직경이 감소되도록 형성되는, 연료 개질기 버너.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 분사홀(602a)은,
    중앙홀(601)이 형성되는 상기 노즐(600)의 내측 분사홀 테두리(602c)를 따라 일정한 간격으로 이격되어 다수 개가 관통 형성되는, 연료 개질기 버너.
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    화염을 육안으로 관찰할 수 있도록 상기 버너바디(100)의 하단에 형성되는 투시창(800);을 더 포함하는, 연료 개질기 버너.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 투시창(800)을 통해 화염으로부터 조사되는 적외선 또는 자외선을 감지할 수 있도록 IR 감지 센서 또는 UV 감지 센서;를 더 포함하는, 연료 개질기 버너.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    선회 날개(930)는,
    상기 투시창(800)을 통해 화염을 관찰할 수 있도록 투시홀(931)이 형성되는, 연료 개질기 버너.
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