KR20010035090A - 표면연소버너용 연료혼합장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 표면연소버너에 형성된 혼합유로가 나선형상으로 이루어져 연료-공기를 혼합하는 표면연소버너용 연료혼합장치에 관한 것이다.

본 발명은 통상의 버너몸체와, 그 내측에 설치된 분배판 및 프레임과, 상기 버너몸체에 연장되도록 형성되는 혼합유로와, 상기 혼합유로의 단부에 설치되는 송풍팬으로 이루어지며, 연료와 공기가 혼합유로를 통하여 공급될 때, 연료와 공기가 나선형으로 돌아 나가게 하기 위해서 상기 버너몸체의 상측부에 일측부가 개구된 타원형의 구획판을 설치하여 나선형의 혼합유로가 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 표면연소버너용 연료혼합장치이다.

Description

표면연소버너용 연료혼합장치{FUEL MIXING DEVICE FOR GAS BURNER}

본 발명은 표면연소버너용 연료혼합장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 표면연소버너에 형성된 혼합유로가 나선형상으로 이루어져 전체 체적을 늘이지 않고 혼합길이를 길게하여 연료-공기를 충분히 혼합하게 하는 표면연소버너용 연료혼합장치에 관한 것이다.

표면연소버너에 있어서 다공성 물질(세라믹 타일, 메탈 파이버(metal fiber) 등)을 사용하여 형성시키는 평면화염은 예혼합화염 형태이므로 연료-공기가 다공성물질을 지나기 전에 완전히 혼합되어야 하고 또한 혼합기 유속도 균일해야 한다.

이를 만족시키기 위하여 실시되고 있는 기술은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같다.

도 1은 종래의 일실실예로서 연료혼합장치를 보여주는 개략도이고, 도 2는 종래의 다른 실시예로서 연료혼합장치를 보여주는 개략도이며, 도 3은 종래의 또 다른 실시예로서 연료혼합장치를 보여주는 개략도이다.

우선, 통상의 버너에 적용되는 연료혼합장치의 구조는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 버너 몸체(10)의 일측에 연장되도록 혼합유로(20)가 형성되어 있고, 상기 혼합유로(20)의 단부에는 송풍팬(18)이 설치되어 있다.

그리고, 상기 혼합유로(20)의 초입부에서 가스를 넣어주고, 송풍하게 된다.

상기 버너 몸체(10)의 내측에는 분배판(12)이 설치되어 있으며, 상기 분배판(12)의 하부에는 프레임(14)이 설치되어 있고, 그 하부에는 연소실(16)이 형성되어 있다.

계속해서, 도 1을 참조하여 설명하면, 연료와 공기를 충분히 혼합할 수 있도록 연도(혼합유로)를 길게하여 혼합율을 향상시키거나 도 2에 도시된 바와 같이, 연도(혼합유로)를 짧게하여 공기 공급용 송풍기 전에 연료를 공급하여 송풍기속에서 혼합이 일어나게 하는 방식을 사용하거나 도 3에 개시된 바와 같이, 연료-공기 혼합과정내에 격판(22)을 두어 혼합을 시키는 방법을 주로 사용하고 있었다.

그러나, 도 1에서와 같은 혼합길이가 긴 표면연소버너의 경우에는 연료-공기 혼합이 충분하기 위해서 혼합길이가 길어지게 됨으로써 전체적으로 표면연소버너의 크기가 커지고, 그로 인하여 보일러의 크기가 커지게 되는 경향이 있었다.

이러한 단점은 갈수록 소형, 경량화되고 있는 당업계로서는 바람직하지 못한 실시 구성이므로 점차적으로 사양화되고 있는 것이다.

그리고, 도 2에서 보여주는 혼합길이를 짧게 하고, 송풍기에 의한 표면연소버너인 경우에는 송풍기내의 팬을 이용하여 혼합을 매우 촉진시킬 수 있고 혼합길이를 짧게 할 수 있는 방법이기는 하나 송풍기 내부에서 가연성 연료-공기 혼합기가 만들어지기 때문에 송풍기 모터에서 발생하는 스파크에 의한 폭발 가능성의 문제점 및 가스누출의 위험이 있으므로 안정성면에서 뒤떨어지는 단점이 있었다.

또한, 도 3에서와 같은 혼합과정에 격판을 형성한 표면연소버너인 경우에는 호합기내에 단을 형성하여 연료-공기가 체류할 수 있는 시간을 충분히 갖게 함으로써 혼합을 증진시켜서 혼합길이를 짧게 하려는 구성이나 이러한 구성은 혼합특성이 타 방법에 비하여 가장 낮고, 중간에 형성된 단에 의해서 균일한 혼합기 유속이 형성되지 않아 상기한 바와 같은 단점을 해결하고자 압력강하가 큰 배플판을 부착하거나 하는 부가적인 구성수단이 필요하여 보일러의 크기가 커지고, 비용이 증가하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 표면연소버너의 안정된 예혼합화염을 형성하고, 완전한 혼합과 균일한 유속분포를 얻기 위한 표면연소버너용 연료혼합장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

그리고, 가스 보일러에 적합한 소형, 경량화된 컴팩트(compact)한 형상의 버너를 제공하고자 하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 혼합기 형성장치의 체적을 최소로 하면서 혼합길이를 최대한 확보하고 균일한 유속분포를 얻기 위한 것을 표면연소버너용 연료혼합장치를 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 일실실예로서 연료혼합장치를 보여주는 개략도

도 2는 종래의 다른 실시예로서 연료혼합장치를 보여주는 개략도

도 3은 종래의 또 다른 실시예로서 연료혼합장치를 보여주는 개략도

도 4는 본 발명의 표면연소버너용 연료혼합장치를 보여주는 사시도

도 5는 본 발명의 연료혼합장치의 수치해석결과를 보여주는 도면

도 6은 본 발명의 낙스(NOx) 배출특성을 보여주는 그래프

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 버너몸체 18 : 송풍팬

24 : 구획판 26 : 버너 플레이트

28 : 분출구 30 : 혼합유로

본 발명은 통상의 버너몸체와, 그 내측에 설치된 분배판 및 프레임과, 상기 버너몸체에 연장되도록 형성되는 혼합유로와, 상기 혼합유로의 단부에 설치되는 송풍팬으로 이루어지는 가스보일러용 버너에 있어서,

연료와 공기가 혼합유로를 통하여 공급될 때, 연료와 공기가 나선형으로 돌아 나가게 하기 위해서 상기 버너몸체의 상측부에 일측부가 개구된 타원형의 구획판을 설치하여 나선형의 혼합유로가 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 표면연소버너용 연료혼합장치이다.

그리고, 본 발명은 상기 구획판에 의해 형성된 혼합유로를 따라 배출되는 연료-공기의 유속을 균일하게 하기 위한 배플판을 중앙의 유속이 빠른 분출구의 하부에 위치하도록 설치하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 동작을 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 표면연소버너용 연료혼합장치를 보여주는 사시도이고, 도 5는 본 발명의 연료혼합장치의 수치해석결과를 보여주는 도면이며, 도 6은 본 발명의 낙스(NOx) 배출특성을 보여주는 그래프이다.

먼저, 도 4를 참조하여 본 발명의 연료혼합장치의 구성을 살펴보면 다음과 같다.

기본적인 구조는 통상의 버너구조로서 예시된 상기 도 1 내지 도 3에 개시된 바와 동일하다.

본 발명은 도 4에 도시된 바와 같이, 연료-공기 혼합기 장치가 2층구조로 되어 있고, 상기 2층의 구조는 송풍팬(18)에서 불려 나온 공기와 송풍팬(18) 바로 앞에 위치한 연료구(미도시함)에 공기유동과 수직방향으로 연료를 분출시켜 혼합을 시작한다.

이때, 버너몸체(10)의 내측에는 중앙에 분출구(28)가 형성된 버너 플레이트(26)가 가로방향으로 설치되어 버너몸체(10)를 상하로 구획하고, 상기 버너 플레이트(26)의 상부에는 연료-공기가 통과하도록 일측이 개구된 타원형 또는 장방형의 구획판(24)이 설치되어 있다.

상기 구획판(24)은 버너몸체(10)로 공급되는 연료-공기가 구획판(24)을 따라 나선형으로 돌아서 중앙의 분출구(28)를 통하여 하부로 빠져 나갈 수 있도록 세로방향으로 설치되어 지고, 상기 구획판(24)에 의해 혼합유로(30)가 길게 형성되어 진다.

이는, 연료-공기 혼합기가 상기 혼합유로(30)를 통하여 충분히 혼합되고, 혼합된 연료-공기가 버너몸체(10)에 설치된 버너 플레이트(26)의 중앙에 형성된 분출구(28)를 지나 1층의 연소실 구조로 내려갈 수 있도록 한것이다.

그리고, 상기 1층의 연소실 구조의 공급구(미도시함)를 통해서는 이미 2층에서 혼합된 연료-공기가 공급되어 진다.

상기와 같은 공급에 따른 수치해석결과는 도 5에 도시되어 있다.

도 5에 도시된 바를 참조하여 보면, 혼합기 유속분포 측면에서는 대칭적이며, 중앙이 유속이 빠른 형태가 되므로 공기유속을 균일하게 하기 위해 압력강하가 적은 배플판을 장착하여 최종적으로 완전한 혼합상태의 균일한 유속분포가 이루어지도록 분출구 하부에 설치하도록 구성한다.

이와 같은 본 발명의 연료혼합장치는 세라믹 타일을 기본 구조로한 표면연소버너에 의한 하향식 메탄-공기의 안정된 평면화염을 발생시킨다.

상기 안정된 평면화염이 발생하고 있다는 것은 저낙스(NOx)의 배출특성으로서 알 수 있으며, 본 발명의 도 6에 도시되어 있다.

도 6은 본 발명의 저낙스(NOx) 배출특성을 보여주는 그래프로서, 당량비 0.65의 메탄-공기 평면화염으로 10-12ppm의 저낙스(NOx) 배출특성을 보여주고 있다.

또한, 이러한 특성 그래프에 의하면, 턴 다운 비율(turn down ratio)이 4:1 이라는 넓은 부하 영역에서 아주 안정된 화염을 나타내는 것을 알 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 연료혼합장치는 충분한 혼합성능을 가진 길이가 긴 혼합기 형성 유로를 형성할 수 있어 유속이 균일한 평면 예혼합화염을 위한 혼합기를 구성할 수 있다.

또한, 이러한 구조의 연료혼합장치는 가스 보일러에서 화염이 밑으로 향하는 하향식 응축 가스 보일러에 직접 적용할 수 있다.

이상에서와 같이 기술된 본 발명은 상기에 기술된 바와 같은 바람직한 일실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 다양하게 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경실시는 본 발명의 핵심요소로 기재된 청구범위 내에 존재한다고 할 것이다.

이와 같은, 본 발명의 표면연소버너용 연료혼합장치는 혼합기 형성 유로가 길게 이루어져 유속을 균일하게 할 수 있는 장점이 있고, 연료혼합장치가 컴팩트하게 이루어지므로 가스 보일러의 소형, 경량화를 시킬 수 있는 효과가 있으며, 하향식 응축 가스 보일러에 직접 적용이 가능하고, 종래의 보일러에 비해 15%이상의 열효율 개선효과를 얻을 수 있다.

그리고, 당량비 0.65 근방의 초 저낙스(NOx) 화염을 구현할 수 있으므로 저공해, 고효율을 개발할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 버너몸체와, 그 내측에 설치된 분배판 및 프레임과, 상기 버너몸체에 연장되도록 형성되는 혼합유로와, 상기 혼합유로의 단부에 설치되는 송풍팬으로 이루어지는 가스보일러용 버너에 있어서,

   연료와 공기가 혼합유로를 통하여 공급될 때, 연료와 공기가 나선형으로 돌아 나가게 하기 위해서 상기 버너몸체의 상측부에 일측부가 개구된 타원형의 구획판을 설치하여 나선형의 혼합유로가 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 표면연소버너용 연료혼합장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 구획판에 의해 형성된 혼합유로를 따라 배출되는 연료-공기의 유속을 균일하게 하기 위한 배플판을 중앙의 유속이 빠른 분출구의 하부에 위치하도록 설치하는 것을 특징으로 하는 표면연소버너용 연료혼합장치.