KR102509564B1 - 알루미늄 균질로용 고효율 저녹스 자기열교환형 버너 - Google Patents

알루미늄 균질로용 고효율 저녹스 자기열교환형 버너 Download PDF

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Abstract

본 발명은 알루미늄과 같은 금속재의 균질화 처리를 위해 연소로 내부를 고온으로 가열하며, 배기가스를 흡입하여 연소용 공기와 열교환함으로써 효율을 향상시키고, 녹스(NOx)의 발생량을 줄일 수 있는 균질로용 고효율 저녹스 자기열교환형 버너에 관한 것으로, 본 발명에 따른 균질로용 고효율 저녹스 자기열교환형 버너는, 균질로의 일면을 관통하여 균질로 내측으로 연장되게 설치되는 통 형태의 버너하우징; 상기 버너하우징의 내측에 동축상으로 설치되어 전단부를 통해 균질로 내측 공간으로 연료가스를 분사하는 연료노즐; 상기 버너하우징의 외경보다 큰 내경을 갖는 튜브 형태로 되어 상기 버너하우징의 외측에 설치되며, 상기 버너하우징의 외면과 연소용 공기가 흐르는 통로를 형성하는 열전도성 재질의 열교환튜브; 상기 열교환튜브의 외측에 간격을 두고 설치되며, 균질로 내부를 유동하는 고온의 분위기가스가 유입되어 이동하는 통로를 형성하는 열전도성 재질의 아웃터튜브; 상기 버너하우징의 후방에 상기 버너하우징과 열교환튜브 사이의 통로의 후단부와 연통되게 설치되어 연소용 공기를 공급하는 흡기포트; 및, 상기 흡기포트를 관통하여 상기 열교환튜브와 아웃터튜브 사이의 통로의 후단부와 연통되게 설치되어 상기 열교환튜브와 아웃터튜브 사이의 통로를 통해 분위기가스를 흡입하여 배출하는 가스배출관;을 포함할 수 있다.

Description

알루미늄 균질로용 고효율 저녹스 자기열교환형 버너{Self-heat-exchanging Burner for Homogenization Combustor}
본 발명은 버너에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 알루미늄과 같은 금속재의 균질화 처리를 위해 연소로 내부를 고온으로 가열하며, 배기가스를 흡입하여 연소용 공기와 열교환함으로써 효율을 향상시키고, 녹스(NOx)의 발생량을 줄일 수 있는 균질로용 고효율 저녹스 자기열교환형 버너에 관한 것이다.
최근에 차량 엔진의 고압주조 실린더 블럭, 디젤 엔진 헤드, 피스톤 등 여러가지 부품 제조에 알루미늄 합금이 적용되고 있으며, 물성 균질화를 위하여 알루미늄 합금 부품에 대한 고온 열처리 공정이 필수적으로 진행된다.
알루미늄 합금 부품에 대한 고온 열처리 공정을 수행하는 알루미늄 균질로는 도 1에 도시한 것과 같이, 균질로 본체(10) 내에서 알루미늄 합금 부품 등의 열처리 대상물(A)을 수용하는 내부챔버(30)와, 균질로 본체(10)의 상부에 설치되어 균질로 본체(10) 및 내부챔버(30)를 통해 공기를 순환시키는 임펠러(20)와, 균질로 본체(10)의 상부 양측에 설치되어 임펠러(20)에 의해 순환되는 공기를 간접적으로 가열하여 열풍을 생성하는 복수의 간접 열교환식 버너(50)를 포함한다.
균질로에 설치되는 종래의 간접 열교환식 버너(50)는 균질로의 내부로 인입되게 설치되는 U자형의 열교환튜브(52)를 구비하며, 열교환튜브(52)의 일단부 내측으로 연료가스와 연소용 공기를 공급하여 화염을 생성한 후 배기가스를 열교환튜브(52)의 다른 일단부를 통해서 외부로 배출하여 순환시키거나 외부의 열교환기(미도시)로 보내어 연소용 공기와 열교환시킨다.
그러나, 상기한 것과 같은 구성으로 이루어진 종래의 균질로용 버너(50)는 U자형의 열교환튜브(52)의 표면이 균질로 내를 순환하는 열풍과 접촉하여 가열되는 간접 가열 방식으로서 열효율이 낮고, 열교환튜브(52) 내의 온도를 균질로 내의 목표 온도보다 훨씬 높게 승온해야 하므로 버너 최고대 온도가 상승하여 녹스 발생량이 증가하는 문제가 있다.
대한민국 등록특허 제10-0500193호 대한민국 등록특허 제10-1278280호
본 발명은 상기한 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 배기가스를 흡입하여 연소용 공기와 열교환함으로써 효율을 향상시키고, 임펠러에 의해 균일로 내에서 순환하는 공기를 직접 가열하여 열처리 대상물로 공급함으로써 열처리 성능을 향상시키고, 녹스를 저감할 수 있는 균질로용 고효율 저녹스 자기열교환형 버너를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 연소용 공기를 공급하는 구성부와 가스를 흡입하여 배출하는 구성부를 통합하여 구성함으로써 구성을 단순화할 수 있으며, 열교환 성능을 향상시킬 수 있는 균질로용 고효율 저녹스 자기열교환형 버너를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 균질로용 고효율 저녹스 자기열교환형 버너는, 균질로의 일면을 관통하여 균질로 내측으로 연장되게 설치되는 통 형태의 버너하우징; 상기 버너하우징의 내측에 동축상으로 설치되어 전단부를 통해 균질로 내측 공간으로 연료가스를 분사하는 연료노즐; 상기 버너하우징의 외경보다 큰 내경을 갖는 튜브 형태로 되어 상기 버너하우징의 외측에 설치되며, 상기 버너하우징의 외면과 연소용 공기가 흐르는 통로를 형성하는 열전도성 재질의 열교환튜브; 상기 열교환튜브의 외측에 간격을 두고 설치되며, 균질로 내부를 유동하는 고온의 분위기가스가 유입되어 이동하는 통로를 형성하는 열전도성 재질의 아웃터튜브; 상기 버너하우징의 후방에 상기 버너하우징과 열교환튜브 사이의 통로의 후단부와 연통되게 설치되어 연소용 공기를 공급하는 흡기포트; 및, 상기 흡기포트를 관통하여 상기 열교환튜브와 아웃터튜브 사이의 통로의 후단부와 연통되게 설치되어 상기 열교환튜브와 아웃터튜브 사이의 통로를 통해 분위기가스를 흡입하여 배출하는 가스배출관;을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 자기열교환형 버너는, 상기 흡기포트에 상기 가스배출관 내측으로 인입된 후 선단부가 가스배출관의 출구부를 향해 연장되게 설치되어, 흡기포트로 유입되는 연소용 공기의 일부를 가스배출관의 축방향으로 고속으로 분사하여 가스배출관 내부의 압력을 저감하는 흡입력발생노즐을 더 포함할 수 있다.
상기 흡입력발생노즐은 선단부로 갈수록 직경이 작아지는 콘(cone) 형태로 된 것이 바람직하다.
상기 아웃터튜브는 열교환튜브보다 긴 길이를 가지며, 아웃터튜브의 측면에 상기 열교환튜브의 전단부와 대응하는 위치에 균질로 내를 순환하는 고온의 분위기가스가 유입되는 복수의 가스흡입공이 원주방향을 따라 배열될 수 있다.
상기 가스흡입공의 내주연부는 열교환튜브 쪽으로 경사지게 형성될 수 있다.
상기 열교환튜브는 반경방향으로 올록볼록한 복수의 엠보싱이 격자 형태로 배열된 튜브로 이루어질 수 있다.
상기 열교환튜브와 아웃터튜브 사이에 분위기가스의 흐름에 코안다 효과를 발생시키기 위한 마름모 형태로 된 복수의 코안다돌기가 소정의 간격을 두고 배열될 수 있다.
본 발명에 따른 자기열교환형 버너는 배기가스 및 균질로 내의 순환 공기를 아웃터튜브 내로 흡입하여 후방으로 이동시키면서 연소용 공기와 열교환시킬 수 있으므로 연소용 공기의 가열에 의해 열효율을 향상시킬 수 있고, 연료가스 소비를 줄일 수 있으며, 녹스 발생량도 줄일 수 있는 이점을 제공한다.
또한 균질로 내부를 순환하는 공기를 직접 가열함으로써 버너 최고대 화염 온도를 낮추면서도 균질로 내부 온도를 신속하게 목표 온도 범위로 승온할 수 있으므로 열효율 향상과, 연료 저감 및 녹스 발생량 저감 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 아웃터튜브가 열교환튜브 및 버너하우징의 전단부에서 발생하는 화염을 은폐시킴으로써 화염이 균질로 내를 순환하는 공기에 의해 흔들려서 균질로 본체 내벽과 내부챔버의 측벽을 손상시키는 것도 방지할 수 있다.
도 1은 종래의 알루미늄 균질로의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 2는 종래의 알루미늄 균질로에 설치되는 간접 열교환식 버너를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 균질로의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기열교환형 버너를 나타낸 정면도이다.
도 5는 도 4에 도시한 자기열교환형 버너의 작용을 설명하기 위하여 일부 구성을 절단하여 나타낸 정면도이다.
도 6은 도 4에 도시한 자기열교환형 버너의 일부 구성을 제거하여 나타낸 단면도이다.
도 7은 도 4에 도시한 자기열교환형 버너의 일부 구성에 대한 사시도이다.
도 8은 도 4에 도시한 자기열교환형 버너의 요부 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 자기열교환형 버너를 구성하는 열교환튜브의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 균질로용 고효율 저녹스 자기열교환형 버너에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
또한 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 균질로(1)는 균질로 본체(10)와, 균질로 본체(10) 내에서 알루미늄 합금 부품 등의 열처리 대상물(A)을 수용하는 내부챔버(30)와, 균질로 본체(10)의 상부에 설치되어 균질로 본체(10) 및 내부챔버(30)를 통해 공기를 순환시키는 임펠러(20)와, 균질로 본체(10)의 상부 양측에 설치되어 임펠러(20)에 의해 순환되는 공기를 가열하여 열풍을 생성하는 복수의 자기열교환형 버너(100)를 포함한다.
내부챔버(30)는 임펠러(20)와 대응하는 상단부 중앙이 개방되고, 하부면에 다수의 열풍유입공(31)이 형성되어 있는 함체 형태를 가질 수 있다.
따라서 열처리 대상물(A)이 내부챔버(30) 내측에 수용된 상태에서 임펠러(20)에 의해 공기가 양측 방향으로 송풍되면, 공기가 자기열교환형 버너(100)를 통과하면서 고온으로 가열된 후 내부챔버(30) 하부의 열풍유입공(31)을 통해 내부챔버(30) 내측으로 공급되어 열처리 대상물(A)을 고온으로 가열한 후, 내부챔버(30) 상부의 배출구를 통해서 배출되면서 순환하여 열처리 대상물(A)을 열처리하게 된다.
자기열교환형 버너(100)는 균질로 본체(10)의 상부면에 대략 연직하게 설치될 수 있지만, 이와 다르게 균질로 본체(10)의 측면에 대략 수평하게 설치될 수도 있다. 자기열교환형 버너(100)는 임펠러(20)에 의해 송풍되는 공기를 직접 가열하여 열풍을 생성함과 동시에 가스를 흡입하여 연소용 공기를 가열하여 효율을 향상시킬 수 있도록 구성된다.
구체적으로, 자기열교환형 버너(100)는 도 4 내지 도 8에 도시한 것과 같이 버너하우징(110), 연료노즐(160), 공기확산부재(170), 열교환튜브(120), 아웃터튜브(130), 흡기포트(140), 및 가스배출관(150)을 포함할 수 있다.
도 6에 도시한 것과 같이, 버너하우징(110)은 전단부가 개방된 원통형으로 이루어져, 균질로 본체(10)의 일면(이 실시예에서 상부면) 관통하여 균질로 본체(10)의 내측으로 연장되게 설치된다. 버너하우징(110)의 후방부는 균질로 본체(10)의 외부로 노출되게 설치되며, 연료노즐(160)로 연료가스를 공급하기 위한 연료가스공급원(미도시)과 연결된다.
그리고 버너하우징(110)의 후방부에는 흡기포트(140) 및 가스배출관(150)이 설치되며, 흡기포트(140)는 연료가스와 혼합되어 화염을 생성하는 연소용 공기를 공급하는 공기공급원(미도시)과 연결된다.
버너하우징(110)의 전방부에는 버너하우징(110)과 열교환튜브(120) 사이의 통로와 연통되어 연소용 공기가 버너하우징(110)의 전방부 내측으로 유입될 수 있도록 하는 복수의 통기공(111)이 원주방향을 따라 배열될 수 있다. 또한 버너하우징(110)의 전단부에는 버너하우징(110)과 열교환튜브(120) 사이의 통로를 통해 전방으로 유동하는 연소용 공기가 확산되면서 토출될 수 있도록 하기 위하여 전방으로 개방된 복수의 토출가이드홈(116)이 원주방향을 따라 일정 간격으로 배열된 2차확산튜브(115)가 설치될 수 있다.
도 6 및 도 7에 도시한 것과 같이, 버너하우징(110)의 내측 공간 전방부에는 연료노즐(160)의 전단부를 지지함과 동시에 버너하우징(110) 내부로 유입된 연소용 공기를 확산시키면서 전방으로 분사하는 공기확산부재(170)가 설치된다. 공기확산부재(170)는 버너하우징(110)의 전단부 내경과 대체로 일치하는 직경을 갖는 원반 형태를 가지며, 중앙부에는 연료노즐(160)이 삽입되는 노즐삽입공(171)이 전후로 관통되게 형성되어 있다. 그리고 공기확산부재(170)의 중심에서 일정 거리 이격된 위치에 연소용 공기를 토출하는 복수의 제1공기분사구(172)가 원주방향을 따라 일정 간격으로 배열되고, 공기확산부재(170)의 테두리 부분에는 연소용 공기를 선회시키면서 토출하도록 나선형으로 비틀어지게 형성된 복수의 스월블레이드(173)가 원주방향을 따라 일정 간격으로 배열되어 있다.
이러한 공기확산부재(170)의 제1공기분사구(172)와 스월블레이드(173)에 의해 연소용 공기가 연료노즐(160)의 전방으로 균일하게 확산되면서 분사되어 화염이 넓게 퍼지게 되므로 녹스 발생량을 저감할 수 있다.
연료노즐(160)은 소정의 직경을 갖는 기다란 관 형태로 되어, 후단부가 버너하우징(110)의 후단부에 형성된 연료주입구(162)와 연통되고 전단부가 버너하우징(110)의 전단부와 대체로 일치하도록 위치되어 전단부를 통해 연료가스를 분사한다. 연료노즐(160)은 버너하우징(110)의 중심에 동축상으로 배치될 수 있다.
상기 연료노즐(160)의 양측에는 파일럿과 같은 점화전극(181) 및, 자외선 감지기와 같은 화염검출기(182)가 나란하게 설치될 수 있다.
도 4 내지 도 6에 도시한 것과 같이, 열교환튜브(120)는 버너하우징(110)의 외경보다 큰 내경을 갖는 열전도성 재질의 원형 튜브로 되어 버너하우징(110)의 외측에 설치된다. 열교환튜브(120)의 내면과 버너하우징(110)의 외면 사이의 공간은 흡기포트(140)를 통해 유입된 연소용 공기가 흐르는 통로를 이루게 된다. 열교환튜브(120)의 전단부는 버너하우징(110)의 전단부보다 전방으로 일정 거리만큼 더 연장되게 형성되어 버너하우징(110)의 전단부에서 생성되는 화염으로 가열된 연소용 공기를 공급한다. 열교환튜브(120)의 전단부는 버너하우징(110)의 전단부 형태와 대응하여 전방으로 갈수록 직경이 줄어드는 콘(cone) 형태를 가질 수 있다.
아웃터튜브(130)는 열교환튜브(120)보다 큰 직경을 갖는 열전도성 재질의 원형 튜브로 되어 열교환튜브(120)의 외측에 간격을 두고 설치된다. 아웃터튜브(130)의 전단부를 통해서 균질로 내의 가스가 유입될 수 있으며, 유입된 가스는 아웃터튜브(130)와 열교환튜브(120) 사이의 공간을 통해 후방으로 유동한 후 가스배출관(150)을 통해 배출된다.
아웃터튜브(130)와 열교환튜브(120) 사이의 공간을 통해 후방으로 유동하는 고온의 가스는 버너하우징(110)과 열교환튜브(120) 사이의 공간을 통해 전방으로 유동하는 연소용 공기와 열교환하여 연소용 공기를 가열한다.
이와 같이 열교환튜브(120)는 가스와 연소용 공기 간의 열교환이 이루어지게 하는 매개체의 기능을 한다. 따라서 열교환튜브(120)에 의한 열교환 성능을 향상시키기 위하여 열교환튜브(120)는 반경방향으로 올록볼록한 복수의 엠보싱(121)이 격자 형태로 배열된 튜브로 이루어질 수 있다. 열교환튜브(120)에 복수의 엠보싱(121)이 형성되면 열교환 면적이 증가하게 되어 열교환 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
아웃터튜브(130)는 열교환튜브(120)의 길이보다 대략 1.5배 ~ 2.5배 정도 긴 길이를 가질 수 있으며, 아웃터튜브(130)의 측면에는 상기 열교환튜브(120)의 전단부와 대응하는 위치에 버너의 연소에 의해 발생하는 배기가스 및 균질로 내를 순환하는 순환 공기(열풍)이 유입되는 복수의 가스흡입공(131)이 원주방향을 따라 배열된다. 상기 가스흡입공(131)을 통해 배기가스 및 순환 공기가 원활하게 유입될 수 있도록 가스흡입공(131)의 내주연부는 열교환튜브(120) 쪽으로 경사지게 형성될 수 있다.
이와 같이 아웃터튜브(130)의 가스흡입공(131)을 통해 배기가스 및 순환 공기를 흡입하여 일부는 후방으로 이동시켜 연소용 공기와 열교환시킨 후 배출하고, 나머지 일부는 연료노즐(160)에서 분사되는 연료가스와 혼합하여 연소시켜 아웃터튜브(130) 전단부를 통해 배출할 수 있다.
아웃터튜브(130)의 가스흡입공(131)을 기준으로 가스흡입공(131)의 후방부는 균질로 본체(10) 외부에 배치되고, 가스흡입공(131) 및 그 전방부는 균질로 본체(10)의 내부에 배치될 수 있다.
흡기포트(140)는 버너하우징(110)의 후방에 설치되며, 상기 버너하우징(110)과 열교환튜브(120) 사이의 통로의 후단부와 연통된다. 흡기포트(140)의 일측면에는 연소용 공기를 공급하는 공기공급원(미도시)과 연결되는 입구부(141)가 구비될 수 있다. 따라서 입구부(141)를 통해 연소용 공기가 흡기포트(140) 내의 공간으로 유입되면, 연소용 공기는 버너하우징(110)과 열교환튜브(120) 사이의 통로의 후단부를 통해 유입된 후 전방으로 유동하게 된다.
가스배출관(150)은 상기 흡기포트(140) 내부를 관통하여 상기 열교환튜브(120)와 아웃터튜브(130) 사이의 통로의 후단부와 연통되게 설치된다. 따라서 가스배출관(150)을 통해 흡입력이 발생하면, 아웃터튜브(130)의 가스흡입공(131)을 통해 배기가스 및 순환 공기가 흡입된 후 열교환튜브(120)와 아웃터튜브(130) 사이의 통로를 통해 후방으로 유동한 후 가스배출관(150)을 통해 외부로 배출된다. 가스배출관(150)의 출구부는 배기가스를 처리하는 처리장치 또는 열교환장치 등과 연결되어 배기가스를 배출한다.
상기 가스배출관(150)은 공기 흡입력을 발생시키는 별도의 흡입펌프와 연결될 수 있지만, 흡기포트(140) 내로 연소용 공기를 주입할 때 일부 연소용 공기를 가스배출관(150)의 출구부 쪽으로 분사함으로써 가스배출관(150) 내의 압력을 급격히 저하시켜 열교환튜브(120)와 아웃터튜브(130) 사이의 통로를 통해 흡입력이 전달되게 할 수 있다.
이를 위해 도 8에 나타낸 것과 같이 흡기포트(140)에 가스배출관(150) 내측으로 인입된 후 선단부가 가스배출관(150)의 출구부를 향해 연장되게 설치되는 흡입력발생노즐(145)을 추가로 설치할 수 있다. 흡입력발생노즐(145)은 대략 'L'형의 배관으로 이루어져, 일단부가 흡기포트(140)의 입구부(141)와 마주보게 배치되고 다른 일단부가 가스배출관(150)의 측면을 관통하여 가스배출관(150) 내에서 출구부를 향하도록 배치된다. 즉, 흡입력발생노즐(145)은 가스배출관(150) 내에서 가스배출관(150)과 동축상으로 배치된다. 따라서 흡기포트(140)를 통해 연소용 공기가 소정의 압력으로 유입되면, 일부의 연소용 공기는 버너하우징(110)과 열교환튜브(120) 사이의 통로로 공급되어 전방으로 유동하고, 다른 일부의 연소용 공기는 흡입력발생노즐(145)을 통해서 가스배출관(150)의 출구 쪽으로 고속으로 분사되어 가스배출관(150) 내의 압력을 급격히 저감시켜 흡입력을 증가시킴으로써 열교환튜브(120)와 아웃터튜브(130) 사이의 통로를 통해 외부의 배기가스가 원활하게 흡입될 수 있다.
상기 흡입력발생노즐(145)을 통해 가스배출관(150) 내로 연소용 공기가 분사될 때 유속을 증가시켜 압력을 급격히 저감할 수 있도록 하기 위하여, 흡입력발생노즐(145)은 선단부로 갈수록 직경이 작아지는 콘(cone) 형태로 된 것이 바람직하다.
이와 같이 가스배출관(150) 내측으로 흡입력발생노즐(145)을 삽입하여 설치하면, 가스배출관(150) 내로 흡입력 발생을 위한 공기를 주입하기 위한 별도의 이젝팅 배관을 구성하지 않아도 되므로 전체 구성을 단순화시킬 수 있는 효과가 있다.
이러한 구성으로 이루어진 자기열교환형 버너(100)는 다음과 같이 작동한다.
버너하우징(110)의 후단부에 형성된 연료주입구(162)를 통해 연료가스가 유입된 후 연료노즐(160)의 전단부를 통해 연료가스가 분사된다. 이와 동시에 흡기포트(140)의 입구부(141)를 통해 연소용 공기가 유입되고, 흡기포트(140) 내로 유입된 연소용 공기는 버너하우징(110)과 열교환튜브(120)의 후단부 사이의 공간을 통해서 전방으로 이동한 후 버너하우징(110)의 통기공(111)을 통해서 전방부 내측으로 유입되어 공기확산부재(170)를 통해서 연료노즐(160)의 전단부로 분사된다. 이 때 점화전극(181)에 의해 점화가 이루어져 화염이 발생하게 되며, 버너하우징(110)과 열교환튜브(120) 사이의 통로의 전단부를 통해서 2차적으로 가열된 연소용 공기가 공급되어 화염이 발생하며, 이에 의해 녹스가 더욱 저감될 수 있다.
이와 같이 버너하우징(110)과 열교환튜브(120)의 전단부에서 화염이 발생함에 따라 아웃터튜브(130)의 가스흡입공(131) 부근에서 부압(負壓)이 발생하게 되고, 배기가스는 아웃터튜브(130)의 가스흡입공(131)을 통해 유입된 후 아웃터튜브(130)와 열교환튜브(120) 사이의 통로를 통해서 후방으로 유동하게 된다.
이 때 균질로 본체(10)의 내부에서는 임펠러(20)의 작동에 의해 자기열교환형 버너(100) 쪽으로 공기가 송풍된다. 임펠러(20)에 의해 균질로 본체(10) 내부로 순환하는 공기는 자기열교환형 버너(100)의 아웃터튜브(130)의 외면과 접촉하면서 가열되거나 아웃터튜브(130)의 가스흡입공(131)을 통해서 아웃터튜브(130) 내부로 유입된 후 고온으로 가열되어 아웃터튜브(130) 전단부를 통해 배출된다.
아웃터튜브(130)에 의해 가열된 순환 공기는 균질로 본체(10) 내의 내부챔버(30) 하부를 통해서 열처리 대상물(A)을 가열한 후 내부챔버(30) 상부의 개구부를 통해 배출된 후 순환하게 된다.
상기 자기열교환형 버너(100)에서 화염이 발생하여 임펠러(20)에 의해 순환되는 공기를 재가열할 때, 순환 공기의 일부는 배기가스와 함께 아웃터튜브(130)의 가스흡입공(131)을 통해 유입된 후 가스배출관(150)에서 발생하는 흡입력에 의해 아웃터튜브(130)와 열교환튜브(120) 사이의 통로를 통해서 후방으로 유동하게 된다.
아웃터튜브(130)와 열교환튜브(120) 사이의 통로를 통해서 후방으로 유동하는 고온의 가스는 버너하우징(110)과 열교환튜브(120) 사이의 통로를 통해서 전방으로 유동하는 연소용 공기와 열교환하여 연소용 공기를 고온으로 가열하여 분사하게 된다.
이와 같이 본 발명의 자기열교환형 버너(100)는 배기가스 및 균질로 내의 순환 공기를 아웃터튜브(130)의 가스흡입공(131)을 통해 흡입하여 후방으로 이동시키면서 연소용 공기와 열교환시킬 수 있다. 따라서 연소용 공기의 가열에 의해 열효율을 향상시키고, 연료가스 소비를 줄일 수 있으며, 녹스 발생량도 줄일 수 있다.
또한 아웃터튜브(130)가 버너하우징(110)의 전단부에서 발생하는 화염을 은폐시킴으로써 화염이 균질로 내를 순환하는 공기에 의해 흔들려서 균질로 본체(10) 내벽과 내부챔버(30)의 측벽을 손상시키는 것을 방지할 수 있다.
열교환튜브(120)와 아웃터튜브(130) 사이를 통해 후방으로 유동하는 고온의 가스와 버너하우징(110)과 열교환튜브(120) 사이를 통해 전방으로 유동하는 연소용 공기의 열교환 성능을 향상시키기 위하여, 도 9에 도시한 것과 같이 열교환튜브(120)와 아웃터튜브(130) 사이에 가스 흐름에 코안다 효과를 발생시키기 위한 마름모 형태로 된 복수의 코안다돌기(123)가 소정의 간격을 두고 배열될 수 있다.
코안다 효과는 곡면에 접선방향으로 분사된 제트 유동이 물체의 곡면을 따라 표면에 밀착되어 흐르는 현상으로서, 열교환튜브(120)와 아웃터튜브(130) 사이를 따라 유동하는 고온의 가스가 열교환튜브(120)의 표면에 밀착되어 유동함으로써 열교환 효율을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
A : 열처리 대상물 1 : 균질로
10 : 균질로 본체 20 : 임펠러
30 : 내부챔버 100 : 자기열교환형 버너
110 : 버너하우징 115 : 2차확산튜브
120 : 열교환튜브 121 : 엠보싱
130 : 아웃터튜브 131 : 가스흡입공
140 : 흡기포트 145 : 흡입력발생노즐
150 : 가스배출관 160 : 연료노즐
170 : 공기확산부재

Claims (7)

  1. 균질로 본체와, 상기 균질로 본체 내에서 열처리 대상물을 수용하는 내부챔버와, 균질로 본체 및 내부챔버를 통해 공기를 순환시키는 임펠러를 포함하는 균질로의 균질로 본체에 설치되어 상기 임펠러에 의해 순환되는 공기를 가열하여 열풍을 생성하는 복수의 자기열교환형 버너에 있어서,
    상기 균질로 본체의 일면을 관통하여 균질로 본체 내측으로 연장되게 설치되는 통 형태의 버너하우징;
    상기 버너하우징의 내측에 동축상으로 설치되어 전단부를 통해 균질로 본체 내측 공간으로 연료가스를 분사하는 연료노즐;
    상기 버너하우징의 외경보다 큰 내경을 갖는 튜브 형태로 되어 상기 버너하우징의 외측에 설치되며, 상기 버너하우징의 외면과 연소용 공기가 흐르는 통로를 형성하는 열전도성 재질의 열교환튜브;
    상기 열교환튜브의 외측에 간격을 두고 설치되어, 상기 임펠러에 의해 균질로 본체 내부를 순환하는 공기의 일부가 유입되어 이동하는 통로를 형성하며, 상기 균질로 본체 내부를 순환하는 공기를 가열하는 열전도성 재질의 아웃터튜브;
    상기 버너하우징의 후방에 상기 버너하우징과 열교환튜브 사이의 통로의 후단부와 연통되게 설치되어 연소용 공기를 공급하는 흡기포트; 및,
    상기 흡기포트를 관통하여 상기 열교환튜브와 아웃터튜브 사이의 통로의 후단부와 연통되게 설치되어 상기 열교환튜브와 아웃터튜브 사이의 통로를 통해 가스를 흡입하여 배출하는 가스배출관;
    을 포함하고,
    상기 아웃터튜브는 열교환튜브보다 1.5배 ~ 2.5배 긴 길이를 가지며, 아웃터튜브의 측면에 상기 열교환튜브의 전단부와 대응하는 위치에 균질로 본체 내를 순환하는 가스가 유입되는 복수의 가스흡입공이 원주방향을 따라 배열되고,
    상기 가스흡입공의 내주연부는 열교환튜브 쪽으로 경사지게 형성된 균질로용 고효율 저녹스 자기열교환형 버너.
  2. 제1항에 있어서, 상기 흡기포트에 상기 가스배출관 내측으로 인입된 후 선단부가 가스배출관의 출구부를 향해 연장되게 설치되어, 흡기포트로 유입되는 연소용 공기의 일부를 가스배출관의 축방향으로 고속으로 분사하여 가스배출관 내부의 압력을 저감하는 흡입력발생노즐을 더 포함하는 균질로용 고효율 저녹스 자기열교환형 버너.
  3. 제2항에 있어서, 상기 흡입력발생노즐은 선단부로 갈수록 직경이 작아지는 콘(cone) 형태로 된 균질로용 고효율 저녹스 자기열교환형 버너.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 열교환튜브는 반경방향으로 올록볼록한 복수의 엠보싱이 격자 형태로 배열된 튜브로 이루어진 균질로용 고효율 저녹스 자기열교환형 버너.
  7. 제1항에 있어서, 상기 열교환튜브와 아웃터튜브 사이에 분위기가스의 흐름에 코안다 효과를 발생시키기 위한 마름모 형태로 된 복수의 코안다돌기가 소정의 간격을 두고 배열된 균질로용 고효율 저녹스 자기열교환형 버너.
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