KR20030047146A - Nozzle array for high combustion load - Google Patents

Nozzle array for high combustion load Download PDF

Info

Publication number
KR20030047146A
KR20030047146A KR1020010077553A KR20010077553A KR20030047146A KR 20030047146 A KR20030047146 A KR 20030047146A KR 1020010077553 A KR1020010077553 A KR 1020010077553A KR 20010077553 A KR20010077553 A KR 20010077553A KR 20030047146 A KR20030047146 A KR 20030047146A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
nozzle
flame
nozzles
arrangement
center
Prior art date
Application number
KR1020010077553A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR100581710B1 (en
Inventor
이병준
김진선
Original Assignee
이병준
김진선
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 이병준, 김진선 filed Critical 이병준
Priority to KR1020010077553A priority Critical patent/KR100581710B1/en
Publication of KR20030047146A publication Critical patent/KR20030047146A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100581710B1 publication Critical patent/KR100581710B1/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D14/00Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/48Nozzles
    • F23D14/58Nozzles characterised by the shape or arrangement of the outlet or outlets from the nozzle, e.g. of annular configuration
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D14/00Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/72Safety devices, e.g. operative in case of failure of gas supply
    • F23D14/74Preventing flame lift-off
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D2209/00Safety arrangements
    • F23D2209/20Flame lift-off / stability

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Gas Burners (AREA)

Abstract

PURPOSE: A method for optimizing the nozzle arrangement of a fuel injection device with many nozzles is provided to gain optimal flame, and to reduce the consumption of energy. CONSTITUTION: A fuel injection device with many nozzles has a nozzle array(N) uniting a plurality of heating nozzles(n1,n2,n3,n4). In the nozzle arrangement of the fuel injection device, because a center nozzle prevents flame from being stabilized and reduce the flow of blowout in nozzle separation distance(S) where maximum blowout is generated, the nozzles are arranged without the center nozzle to stabilize the flame.

Description

고부하 연소용 다수노즐 연료분출장치의 노즐배열 최적방법{Nozzle array for high combustion load}Optimal nozzle arrangement of multi-nozzle fuel ejector for high load combustion {Nozzle array for high combustion load}

본 발명은 다수노즐 연료분출장치의 노즐배열 최적방법에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 다수 개의 노즐을 가지는 다양한 종류의 화염분출장치에서의 화염의 안정성과 에너지효율의 극대화를 가능하게 하는 노즐배열 방법의 제공에 관한 것이다.The present invention relates to a nozzle array optimization method of a multi-nozzle fuel injection device, and more particularly, to provide a nozzle arrangement method for maximizing flame stability and energy efficiency in various types of flame ejection devices having a plurality of nozzles. It is about.

가정용, 산업용의 다양한 용도의 버너, 히터용 버너, 산업기계용 가열버너 등에서 다수개의 연료 분출구를 사용한 다수노즐 연료분출장치가 산업계에서 널리사용되고 있다.BACKGROUND ART Many nozzle fuel ejectors using a plurality of fuel ejection outlets are widely used in the industry in burners for various uses in homes and industries, burners for heaters, and burners for industrial machines.

이러한 다수 개의 연료분출구에 의한 연소는 단일노즐에 비해 화염의 길이를 작게 하여 연소실의 크기를 줄일 수 있어서 산업전반에 걸쳐 연소실 및 버너제작에 널리 응용되고 있는 것이다.Combustion by such a plurality of fuel outlets can reduce the size of the combustion chamber by reducing the length of the flame compared to a single nozzle is widely used in the production of combustion chambers and burners throughout the industry.

그러나 이러한 밀집된 다수개의 연료 분출구에 의한 화염의 경우, 화염의 안정화 측면의 문제로 연소부하를 올리는데 제약이 있다. 이에 비하여 화염이 서로 영향을 미치는 다수 노즐이 사용된 화염은 단일 노즐의 특성보다 화염의 안정성과 오염물질 저감에 더욱 효과적이라는 것은 선행연구에 의해 알려져 있다.However, in the case of flames by such a plurality of dense fuel outlets, there is a limitation in raising the combustion load due to the problem of stabilization of the flame. On the other hand, it is known from previous studies that flames with multiple nozzles influencing each other are more effective in flame stability and pollutant reduction than the characteristics of a single nozzle.

종래의 연구실적에 따르면 다수 노즐을 사용함으로 단일노즐에 비하여 화염이 더욱 안정화됨을 보였는데, 5 개의 노즐을 사용한 경우, 노즐직경의 28~32 배로 노즐간격을 유지했을 때, 화염날림의 유량이 동일면적의 단일 노즐보다 3.3배 증가함을 보였다.Previous research has shown that flames are more stable than single nozzles by using multiple nozzles. When five nozzles are used, the flow rate of the flames is the same when the nozzle spacing is maintained at 28 to 32 times the nozzle diameter. 3.3 times more than a single nozzle in area.

본 발명인 다수노즐 연료분출장치 노즐배열의 최적방법에서는 고부하에서도 화염을 안정화시키는 노즐의 효과적인 배치와 노즐간격(S/D)의 변화에 따른 화염특성에 대한 연구를 기반으로 가장 이상적인 다수노즐의 배열방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In the optimum method of the nozzle arrangement of the multi-nozzle fuel ejector of the present invention, the most ideal method of arranging the multi-nozzle based on the effective arrangement of the nozzle which stabilizes the flame even at high load and the study of the flame characteristics according to the change of the nozzle interval (S / D) The purpose is to provide.

도 1 (a) 내지 (g) 는 본 발명의 버너 등의 다수노즐화염분출장치의 노즐배열의 최적방법의 실험을 위하여 구성된 노즐배열의 모식도.Figure 1 (a) to (g) is a schematic diagram of a nozzle arrangement configured for the experiment of the optimal method of the nozzle arrangement of the multiple nozzle flame ejection apparatus, such as the burner of the present invention.

도 2 는 본 발명의 버너 등의 다수노즐화염분출장치의 노즐배열의 최적방법의 실험을 위하여 구성된 실험장치의 모식도.Figure 2 is a schematic diagram of an experimental apparatus configured for the experiment of the optimal method of the nozzle arrangement of the multiple nozzle flame ejection apparatus, such as the burner of the present invention.

도 3 (a), (b) 는 도 1 의 (a), (b), (c), (d) 노즐배열에 대한 화염날림유량을 도시하는 그래프도.3 (a) and 3 (b) are graphs showing the flame blowing flow rate with respect to the nozzle arrangement of (a), (b), (c) and (d) of FIG.

도 4 (a),(b),(c),(d),(e) 는 도 1 의 센터배열이 없는 (g) 노즐배열에 대한 난류화염의 형상을 S/D=15.31 (a) Q=300[ml/min], (b) 400, (c) 500, (d) 600, (e) 700 인 상태에서 취한 사진.4 (a), (b), (c), (d), and (e) show the shape of the turbulent flame for the nozzle arrangement (g) without the center arrangement of FIG. 1 S / D = 15.31 (a) Q = 300 [ml / min], (b) 400, (c) 500, (d) 600, (e) 700.

도 5 는 노즐배열이 원형인 경우, 노즐 당 연료유량을 700ml/min으로 고정시키고 노즐간격의 변화에 따른 화염형상의 모습으로 각각 (a) S/D=15.31, (b)18.37, (c) 21.43, (d) 24.49, (e) 27.55 상태의 사진.FIG. 5 shows the shape of the flame according to the change of the nozzle spacing and fixing the fuel flow rate per nozzle at 700 ml / min when the nozzle arrangement is circular, respectively (a) S / D = 15.31, (b) 18.37, (c) Photos in the state of 21.43, (d) 24.49, (e) 27.55.

도 6 (a) 는 다수 노즐에서 분사되는 연료와 화염의 형상을 쉴리렌기법으로 촬영한 사진, (b)는 실제 화염의 모습의 사진.Figure 6 (a) is a picture of the fuel and the flame injected from a plurality of nozzles taken by the Shylene method, (b) is a picture of the appearance of the actual flame.

도 7 은 매트릭스형태와 매트릭스형태에서 센터노즐을 제거시킨 사각형의 노즐배열에 대한 화염날림유량을 비교, 도시하는 그래프도.Fig. 7 is a graph showing the flow rate of the flame blowing against the nozzle arrangement of the rectangle in which the center nozzle is removed in the matrix form and the matrix form.

도 8 은 노즐배열이 원형인 경우에 대하여 (a) LPG, (b) 메탄(CH4) 의 경우의 각각의 노즐거리에서의 화염날림유량을 나타내는 그래프도이다.Fig. 8 is a graph showing the flame flow rate at each nozzle distance in the case of (a) LPG and (b) methane (CH4) in the case where the nozzle arrangement is circular.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

B; LPG봄베B; LPG Bombe

C; 유량제어기C; Flow controller

CB; 챔버CB; chamber

N; 노즐어레이N; Nozzle Array

R; 레귤레이터R; regulator

V; 제어밸브V; Control valve

상기하는 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명의 버너 등의 다수노즐 연료분출장치의 노즐배열 최적방법은;In order to achieve the above object, the nozzle array optimization method of a multi-nozzle fuel ejecting apparatus such as a burner of the present invention;

버너 등의 다수 개의 분리된 가열용 노즐(n1,n2,n3,n4,n5,. ,)을 집합하여노즐어레이(N)로 가지는 버너 등의 다수노즐 연료분출장치에 있어서,In a multiple nozzle fuel ejection apparatus such as a burner in which a plurality of separate heating nozzles n 1, n 2, n 3, n 4, n 5,.

상기 다수노즐화염분출장치의 노즐(n1,n2,n3,n4,n5,. ,)의 배열은 최대화염날림이 일어나는 노즐거리의 영역에서는 센터노즐은 화염안정화를 방해하여 화염날림유량을 감소시킴에 기인하여,The arrangement of the nozzles (n1, n2, n3, n4, n5,...) Of the multiple nozzle flame ejection apparatus reduces the flow rate of the flame by preventing the center nozzle from stabilizing the flame in the region of the nozzle distance where the maximum flame occurs. Due to

다수노즐에 의한 연소에서 화염의 안정화를 위해서 노즐배열은 센터영역의 노즐을 배제하여 배열구성하는 것이다.In order to stabilize the flame in combustion by the multiple nozzles, the nozzle arrangement is arranged without the nozzle in the center area.

또 따른 특징은;Another feature is that;

버너 등의 다수 개의 분리된 가열용 노즐(n1,n2,n3,n4,n5,. ,)을 집합시켜 노즐어레이(N)로 가지는 버너 등의 다수노즐화염분출장치에 있어서,In a multiple nozzle flame ejection apparatus such as a burner in which a plurality of separate heating nozzles n1, n2, n3, n4, n5,.

다수 노즐(n1,n2,n3,n4,n5,. ,)의 배열에 있어서 중앙이 빈 배열형태인 사각형 내지 원형 등의 다각형상으로 배열하여 넓은 유량범위에서 안정된 화염을 얻을 수 있게 하는 것이다.In the arrangement of the plurality of nozzles n1, n2, n3, n4, n5,.

더욱 부가적인 본 발명의 버너 등의 다수노즐화염분출장치의 노즐배열의 최적방법의 특징은;Further additional features of the optimal method of nozzle arrangement of a multiple nozzle flame ejection apparatus such as a burner of the present invention are;

버너 등의 다수 개의 분리된 가열용 노즐(n1,n2,n3,n4,n5,. ,)을 집합하여 노즐어레이(N)로 가지는 버너 등의 다수노즐 화염분출장치에 있어서,In a multiple nozzle flame ejection apparatus such as a burner in which a plurality of separate heating nozzles n 1, n 2, n 3, n 4, n 5,.

원형 8 개의 비율로서 다수노즐화염분출장치를 구성할 경우, 노즐(n1,n2,n3,n4,n5,. ,)의 중심과 가장 인접한 노즐(n1,n2,n3,n4,n5,. ,)의 중심까지 거리(이하 S로 표시)가 노즐직경(D)의 15∼28배 사이에서 노즐 출구의 연료유속이 204[m/s]까지도 화염이 안정화되도록 하는 것이다.When constituting the multiple nozzle flame ejection device in the ratio of eight circular shapes, the nozzles (n1, n2, n3, n4, n5,.,) Closest to the center of the nozzles (n1, n2, n3, n4, n5,...) The flame is stabilized even when the fuel flow rate at the nozzle exit is 204 [m / s] between a distance to the center of the nozzle (hereinafter referred to as S) is 15 to 28 times the nozzle diameter D.

이하의 부수된 도면과 함께 본 발명의 버너 등의 다수노즐화염분출장치의 노즐배열의 최적방법의 구성 및 작동을 더욱 상세하게 설명한다.With reference to the accompanying drawings, the configuration and operation of the optimum method of the nozzle arrangement of the multiple nozzle flame ejection apparatus such as the burner of the present invention will be described in more detail.

도 1 (a) 내지 (g) 는 본 발명의 버너 등의 다수노즐 연료분출장치의 노즐배열의 최적방법의 실험을 위하여 구성된 노즐배열의 모식도, 도 2 는 본 발명을 위하여 구성된 실험장치의 모식도, 도 3 (a), (b) 는 도 1 의 (a), (b), (c), (d)의 노즐배열에 대한 화염날림유량을 도시하는 그래프도, 도 4 (a), (b), (c), (d), (e) 는 도 1 의 센터배열이 없는 (g) 노즐배열에 대한 난류화염의 형상을 S/D=15.31으로 고정시키고 노즐 당 연료유량을 (a) Q=300[ml/min], (b) 400, (c) 500, (d) 600, (e) 700 인 상태에서 취한 사진, 도 5 는 노즐배열이 원형인 경우, 노즐 당 연료유량을 700ml/min으로 고정시키고 노즐간격의 변화에 따른 화염형상의 모습으로 각각 (a) S/D=15.31, (b)18.37, (c) 21.43, (d) 24.49, (e) 27.55 상태의 사진, 도 6 (a) 는 다수 노즐에서 분사되는 연료와 화염을 쉴리렌기법으로 촬영한 사진, (b)는 실제 화염의 모습의 사진, 도 7 은 센터노즐이 있는 매트릭스와 센터노즐이 없는 사각형의 노즐배열에서 화염날림유량을 나타내는 그래프도, 도 8 은 노즐배열이 원형인 경우에 대하여 (a) LPG, (b) methane(CH4) 의 경우의 각각의 노즐거리(S/D)에서의 화염날림유량을 나타내는 그래프도이다.1 (a) to (g) is a schematic diagram of a nozzle arrangement configured for the experiment of the optimal method of nozzle arrangement of a multi-nozzle fuel injection device, such as a burner of the present invention, Figure 2 is a schematic diagram of an experimental apparatus configured for the present invention, 3 (a) and 3 (b) are graphs showing the flame blowing flow rate with respect to the nozzle arrangement of FIGS. 1 (a), (b), (c) and (d), and FIGS. 4 (a) and (b). ), (c), (d), and (e) fix the shape of the turbulent flame to (g) the nozzle arrangement without the center arrangement of FIG. 1 as S / D = 15.31 and the fuel flow rate per nozzle (a) Q = 300 [ml / min], (b) 400, (c) 500, (d) 600, (e) 700, taken from the state, FIG. 5 shows a fuel flow rate per nozzle of 700 ml / fixed to min and the shape of the flame according to the change of nozzle interval is shown in (a) S / D = 15.31, (b) 18.37, (c) 21.43, (d) 24.49, and (e) 27.55. (a) is a picture of the fuel and flames injected from the multiple nozzles by the Shylene method, (b) is a real A photo of the flame image, FIG. 7 is a graph showing the flame flow rate in a matrix nozzle array with a center nozzle and a rectangle nozzle without a center nozzle, and FIG. 8 shows a case where the nozzle array is circular (a) LPG, ( b) A graph showing the flame flow rate at each nozzle distance (S / D) in the case of methane (CH4).

본 발명의 버너 등의 다수노즐화염분출장치의 노즐배열의 최적방법의 결론을 도출하기 위하여 구성된 실험장치를 도 1 내지 2 를 통하여 설명한다.An experimental apparatus configured to draw conclusions of an optimal method of nozzle arrangement of a multiple nozzle flame ejection apparatus such as a burner of the present invention will be described with reference to FIGS.

도 1 에 도시되는 바와 같이,As shown in FIG. 1,

노즐(n1,n2,n3,n4,n5,. ,)의 배열에 따른 난류부상화염(turbulent liftedflame)의 특성을 파악하기 위해 십자형태의 5, 9개 노즐, 매트릭스형태의 9개 노즐과이를 비교하기 위해서 센터노즐(nc)이 없는 4, 8 개의 십자형태의 노즐배열과 중앙을 중심으로 노즐이 둘러싼 형태인 사각형과 원형의 배열형태에 대하여 실험을 수행하기 위한 장치를 구성한다.To characterize the turbulent liftedflame according to the arrangement of the nozzles (n1, n2, n3, n4, n5,.,), We compare them with 5 or 9 nozzles in the cross shape and 9 nozzles in the matrix form. In order to do this, an apparatus for conducting experiments on a quadrangular nozzle arrangement without a center nozzle (nc) and a quadrangular and circular arrangement in which nozzles are surrounded by a center is constructed.

도1 의 (a) 는 센터노즐(nc)을 가지는 십자형태의 5 개의 노즐(n1,n2,n3,n4,n5,. ,)을 가지는 구성이,Figure 1 (a) is a configuration having five nozzles (n1, n2, n3, n4, n5, ...) of the cross shape having a center nozzle (nc),

(b)는 센터노즐이 없는 4 개의 노즐배열,(b) shows four nozzle arrays without a center nozzle;

(c)는 센터노즐(nc)을 가지는 9 개의 노즐(n1,n2,n3,n4,n5,. ,)을 가지는 노즐배열,(c) is a nozzle arrangement having nine nozzles (n1, n2, n3, n4, n5, ...) having a center nozzle (nc),

(d)는 센터노즐이 없는 8 개의 노즐(n1,n2,n3,n4,n5,. ,)을 가지는 노즐배열,(d) is a nozzle array having eight nozzles (n1, n2, n3, n4, n5,.

(e)는 센터노즐을 가지는 9개 노즐(n1,n2,n3,n4,n5,. ,)의 매트릭스형태 노즐배열,(e) is a matrix nozzle arrangement of nine nozzles (n1, n2, n3, n4, n5, ...) having a center nozzle,

(f)는 정방형상의 8 개의 노즐(n1,n2,n3,n4,n5,. ,)을 가지는 노즐배열,(f) is a nozzle arrangement having eight nozzles (n1, n2, n3, n4, n5,.

(g) 는 원형상으로 배열된 8 개의 노즐(n1,n2,n3,n4,n5,. ,)을 가지는 배열구성으로서 각각 노즐어레이(N)를 구성한다.(g) is an arrangement configuration having eight nozzles n1, n2, n3, n4, n5, ..., arranged in a circular shape, and constitutes the nozzle array N, respectively.

이러한 노즐어레이(N)는 도 2 에 도시되는 바와 같이,Such a nozzle array (N) is shown in Figure 2,

LPG봄베(B)로부터 급송되는 LPG 를 연료로 하여 실험하고 연료는 레귤레이터(R), 제어밸브(V), 및 유량제어기(C)와 연결되어 임의의 값으로 급송할 수 있게 구성되고,Experiment with LPG fed from LPG cylinder (B) as fuel and the fuel is connected to the regulator (R), the control valve (V), and the flow controller (C) is configured to be fed at any value,

챔버(CB)의 역할을 하도록 외경 25.4mm, 길이 50cm의 스테인레스관을 지나면서 연료의 유동은 균일화되며 챔버(CB)의 표면을 따라 등 원주각으로 붙어 있는 내경 0.31mm 노즐(nc,n1,n2,n3,n4,n5,. ,)을 통하여 연료는 상술하는 각각의 노즐어레이(N) 형태에 따라 분사된다.The fuel flow is equalized through a stainless tube of 25.4 mm in diameter and 50 cm in length to act as the chamber CB, and the internal diameter 0.31 mm nozzles (nc, n1, n2, Through n3, n4, n5, ..., fuel is injected according to the shape of each nozzle array N described above.

노즐어레이(N)가 기계적으로 고정되는 버너플레이트(P)에서 노즐팁(T)까지 길이는 6.4mm 로 설정하였다.The length from the burner plate P to which the nozzle array N is mechanically fixed to the nozzle tip T was set to 6.4 mm.

모든 경우에 대하여 노즐(n1,n2,n3,n4,n5,. ,)의 직경(D)은 0.31mm 이고, 노즐(n1,n2,n3,n4,n5,. ,)의 중심과 가장 인접한 노즐(n1,n2,n3,n4,n5,. ,)의 중심까지 거리를 노즐거리(nozzle separation distance)라 하여 'S' 로 정의한다.In all cases, the diameter D of the nozzles n1, n2, n3, n4, n5,... Is 0.31 mm, and the nozzle closest to the center of the nozzle (n1, n 2, n 3, n 4, n 5,...) The distance to the center of (n1, n2, n3, n4, n5,.,) is defined as 'S' as the nozzle separation distance.

실험변수로써 노즐간 거리를 노즐직경으로 무차원화시킨 S/D와 노즐 당 급송되는 연료의 유량(Q)를 각각의 노즐배열형태에 대하여 변화시키면서 실험을 수행하고 유량(Q)의 정의는 챔버(CB)로 공급되는 전체 유량을 다수 노즐(n1,n2,n3,n4,n5,. ,)의 수로 나눈 직경이 0.31mm인 단일 노즐로 유입되는 유량으로 나타난다.As the experimental variable, the experiment was performed while varying the flow rate Q of the fuel supplied per nozzle and the S / D which dimensioned the nozzle-to-nozzle distance by the nozzle diameter for each nozzle arrangement type. The total flow rate supplied to CB) is divided by the number of multiple nozzles (n 1, n 2, n 3, n 4, n 5,...) As the flow rate flowing into a single nozzle having a diameter of 0.31 mm.

상기하는 구성의 노즐어레이(N)와 장치로서 실험한 결과와 그에 따라 얻어진 본 발명의 버너 등의 다수노즐화염분출장치의 노즐배열의 최적방법을 도 3 이하와 함께 더욱 상세하게 설명한다.The results of experiments with the nozzle array N and the apparatus of the above-described configuration, and the optimum method of the nozzle arrangement of the multiple nozzle flame ejection apparatus such as the burner of the present invention thus obtained will be described in more detail with reference to FIG.

우선 각각의 형태에 따른 실험결과를 본다.First of all, look at the results of each type of experiment.

(1) 센터노즐의 유무에 따른 십자형 배열노즐의 화염날림 특성 비교:(1) Comparison of flame blowing characteristics of cross-shaped array nozzles with or without center nozzles:

십자형태의 노즐어레이(N)에 있어서 센터노즐이 있는 경우와 없는 경우의 난류 화염날림 특성을 비교하였다.In the cross-shaped nozzle array (N), turbulent flame blowing characteristics with and without a center nozzle were compared.

먼저 9개의 노즐(n1,n2,n3,n4,n5,. ,)들의 면적을 합한 면적과 유사한 직경이 0.97mm인 단일노즐의 경우에 대하여 화염날림 유량을 조사하였는데, 전체유량이 1575[ml/min]으로 단일노즐로 환산한 화염날림유량은 160[ml/min]이었다.First, the flame flow rate was investigated for a single nozzle having a diameter of 0.97 mm, which is similar to the sum of the areas of nine nozzles (n1, n2, n3, n4, n5, ...), and the total flow rate was 1575 [ml / min] flow rate in terms of single nozzle was 160 [ml / min].

도 3의 그래프도에서 십자형태의 4개의 노즐(n1,n2,n3,n4)을 사용하는 경우 센터노즐(nc)이 있는 5 개의 노즐(n1,n2,n3,n4,n5,. ,) 배열형태보다 전반적으로 화염날림유량이 증가함을 볼 수 있다.When four nozzles (n1, n2, n3, n4) of cross shape are used in the graph of FIG. 3, the arrangement of five nozzles (n1, n2, n3, n4, n5,.,) With a center nozzle (nc) It can be seen that the flame flow rate increased in general rather than the form.

센터노즐(nc)이 없는 십자형으로 8 개의 노즐(n1,n2,n3,n4,n5,. ,)을 배열한 경우가 동일한 배열형태로 센터노즐(nc)이 있는 십자형태로 9 개의 노즐(n1,n2,n3,n4,n5,. ,)을 배열한 형태보다 최대 화염날림유량(blowout)이 S/D=13∼27의 영역에서 보다 높게 나타나고, 그 외의 영역에서는 센터노즐이 있는 경우가 높게 나타난다.When eight nozzles (n1, n2, n3, n4, n5,.,) Are arranged in a cross shape without a center nozzle (nc), nine nozzles (n1) in a cross shape with a center nozzle (nc) in the same arrangement. The maximum blowout flow rate is higher in the range of S / D = 13 to 27 than in the arrangement of, n2, n3, n4, n5,.,), and the center nozzle is higher in other areas. appear.

최대화염날림유량을 보면, 센터노즐(nc)이 있는 십자형태의 9 개 노즐(n1,n2,n3,n4,n5,. ,) 배열은 S/D=22.6에서 노즐 당, 유량이 430[ml/min]으로 단일노즐의 경우보다 2.7배로 화염날림유량이 증가하고, 센터노즐(nc)이 없는 8 개의 십자형태는 S/D=20에서 노즐 당 유량이 567[ml/min]으로 단일노즐의 경우보다 3.5배의 화염날림유량이 증가한다.In terms of maximizing flame flow, the array of nine nozzles (n1, n2, n3, n4, n5,.,) With a center nozzle (nc) has a flow rate of 430 [ml per nozzle at S / D = 22.6. / min], which increases the flow rate of the flame by 2.7 times than that of the single nozzle, and the eight crosses without the center nozzle (nc) have a flow rate of 567 [ml / min] per nozzle at S / D = 20. The rate of flame jump is 3.5 times higher than that of the case.

즉, 최대 화염날림유량 근처에서는 센터노즐이 있는 경우보다 없는 경우의 다수노즐의 화염이 보다 안정적이라고 볼 수 있다.That is, near the maximum flame flow rate, the flame of the multiple nozzles in the absence of the center nozzle is more stable.

(2) 원형 혹은 사각형 노즐배열 화염의 안정성:(2) Stability of round or square nozzle array flames:

8개의 노즐들을 사각형과 원형으로 배열하여 실험을 수행하고,Experiment with eight nozzles arranged in a square and a circle.

각각 S/D=15.31 (a) Q=300[ml/min], (b) 400, (c) 500, (d) 600, (e) 700 인 상태가 도 4 에 사진으로 도시되어 있다.The state where S / D = 15.31 (a) Q = 300 [ml / min], (b) 400, (c) 500, (d) 600 and (e) 700, respectively, is shown in the photograph in FIG.

사각형과 원형의 경우는 유사한 노즐배열 형태로 그 화염의 특성이 또한 유사하게 나타난다.In the case of squares and circles, the flame characteristics are also similar in the form of similar nozzle arrangements.

도 4 는 노즐배열이 원형인 경우로 노즐간격(S/D)을 15.31로 고정시키고 노즐 당 유량을 300ml/min에서 700ml/min까지 증가시켰을 때에 화염형상의 변화를 보여주는 사진이다.4 is a photograph showing a change in flame shape when the nozzle arrangement is circular and the nozzle interval S / D is fixed at 15.31 and the flow rate per nozzle is increased from 300 ml / min to 700 ml / min.

도면의 사진에서 화염은 크게 화염본체와 화염꼬리의 2부분으로 나눌 수 있다. 유량이 증가할수록 화염꼬리(tag flame)의 길이가 길어지는 것을 볼 수 있다.In the picture of the figure, the flame can be divided into two parts, the flame body and the flame tail. It can be seen that as the flow rate increases, the length of the tag flame becomes longer.

일반적인 확산화염에서는 연료와 공기의 혼합이 화염면 내부에는 농후하고, 외부로 갈수록 희박해지는 경향이 있으나, 이 화염꼬리 부근에서는 화염면 안쪽으로는 공기가 많아 희박한 상태이고 그 화염면 외부로는 연료가 많은 농후한 상태로 된다.In general diffusion flame, the mixture of fuel and air is thick inside the flame surface and tends to be thinner toward the outside, but near this flame tail, there is a lot of air inside the flame surface, and the fuel is outside the flame surface. Much rich.

이는 노즐배열의 영향으로 주위의 공기가 고속으로 분사되는 연료와 함께 유입될 때, 노즐배열에서 센터영역으로도 공기가 유입되기 때문이다.This is because when the surrounding air is introduced with the fuel injected at high speed under the influence of the nozzle arrangement, air also flows into the center region from the nozzle arrangement.

이러한 현상으로 인해 화염꼬리가 형성되고, 그 형성된 꼬리화염은 고유량까지 화염날림이 일어나지 않도록 하는 효과(anchoring)를 가지는 것으로 사료된다.Due to this phenomenon, the tail of the flame is formed, and the formed tail flame is thought to have an effect of preventing the flame from flying up to a high flow rate.

도 5 는 노즐배열이 원형인 경우, 노즐 당 연료유량을 700ml/min으로 고정시키고 노즐간격의 변화에 따른 화염형상의 모습을 보여주고 있으며,FIG. 5 shows the shape of the flame according to the change of the nozzle spacing and fixing the fuel flow rate per nozzle to 700 ml / min when the nozzle arrangement is circular.

Q=700[ml/min] (a) S/D=15.31, (b)18.37, (c) 21.43, (d) 24.49, (e) 27.55 상태의 각각의 사진이다.Q = 700 [ml / min] (a) S / D = 15.31, (b) 18.37, (c) 21.43, (d) 24.49 and (e) 27.55.

(a)에서부터 (e)까지 무차원화된 노즐간격이 점점 증가하면서 화염꼬리부분이 점점 짧아져서 노즐거리가 어느 정도 이상 (원형배열 경우, S/D=27.55)이 되면 화염꼬리와 화염본체의 구분이 모호해진다.When the nozzle dimension is gradually shortened by increasing the dimensionless nozzle spacing from (a) to (e), and the nozzle distance becomes more than a certain distance (S / D = 27.55 in the case of circular arrangement), the flame tail and flame body are distinguished. This becomes obscure.

반면에 무차원 노즐간격이 15.31보다 작게 되면 공기가 센터로 유입될 수 있는 공간이 형성되지 않아 이 꼬리화염은 나타나지 않고, 저유량에서 화염날림이 일어나게 된다.On the other hand, if the dimensionless nozzle spacing is less than 15.31, there is no space for air to enter the center, so this tail flame does not appear, and the flame is blown at low flow rate.

도 6 에서는 (a)는 다수 노즐에서 분사되는 연료와 화염을 쉴리렌기법으로 촬영하였고, (b)는 실제 화염의 모습을 보여주고 있으며, 8 개의 정방형 노즐어레이(N)를 사용하고 Q=500 ml/min, s/d=16 으로 하였다.In FIG. 6, (a) shows the fuel and flames injected from the multiple nozzles using the Shuleyn technique, and (b) shows the actual flame shape, using 8 square nozzle arrays (N) and Q = 500. ml / min and s / d = 16.

도 7 은 노즐배열이 매트릭스인 경우와 사각형인 경우에 대하여 각각의 노즐거리에서의 화염날림유량을 나타낸다. S/D=20∼28 구간에서 센터노즐이 없는 사각형 노즐배열은 매트릭스형태보다 아주 안정적이며 화염날림현상이 일어나지 않는다.Fig. 7 shows the flame flow rate at each nozzle distance for the case where the nozzle arrangement is the matrix and the case where the rectangle is rectangular. The rectangular nozzle arrangement without center nozzle in S / D = 20 ~ 28 is more stable than the matrix type and there is no flame blowing.

도 8 은 노즐배열이 원형인 경우에 대하여 각각의 노즐거리에서의 화염날림유량을 나타낸다. (a) LPG, (b)메탄(methane)(CH4) 의 경우를 각각 도시한다.Fig. 8 shows the flame flow rate at each nozzle distance in the case where the nozzle arrangement is circular. The case of (a) LPG and (b) methane (CH4) is shown, respectively.

(a)는 연료가 LPG인 경우로써, S/D=15∼28 구간에서는 연료공급관 내부의 상대압력(gage pressure)을 상온에서 LPG의 최대압력인 3.5atm까지 올려도 화염날림도 일어나지 않았다. 이 경우 노즐에서 초킹현상(choking)이 일어나고 노즐출구의연료유속은 204[m/s]이다. 즉, 이 영역에서 화염은 아주 안정적이다.(a) is a case where the fuel is LPG. In S / D = 15 to 28, no flame was blown even when the gage pressure inside the fuel supply pipe was raised to 3.5 atm, the maximum pressure of LPG at room temperature. In this case, choking occurs in the nozzle and the fuel flow rate at the nozzle outlet is 204 [m / s]. That is, the flame is very stable in this area.

부하변동에 따라 연료 봄베의 리저버의 압력을 상승시켜 연료의 유량을 증가시키더라도 화염날림이 일어나지 않고, 그 이상의 고유량까지 연소시킬 수 있다.Even if the fuel flow rate is increased by increasing the pressure of the reservoir of the fuel cylinder according to the load fluctuation, no flame is blown and combustion can be carried out even higher flow rate.

(b)에서는 메탄의 경우에 노즐간거리(S/D)에 따라 화염날림유량을 측정한 값이다. LPG나 프로판의 경우와 거의 유사한 화염날림특성을 나타내고 있다. 메탄의 경우는 연료를 완전 연소시키는데 LPG나 프로판의 경우보다 적은 양의 공기를 요구하기 때문에 전반적으로 노즐간거리(S/D)가 작은 영역에서 최대 화염날림유량이 나타난다.In (b), in the case of methane, the flow rate of the flame was measured according to the distance between nozzles (S / D). The flame blowing characteristics are similar to those of LPG and propane. Since methane requires less air to burn fuel completely than LPG or propane, the maximum flame flow rate is shown in the area where the nozzle distance (S / D) is small.

상기하는 각각의 실험 결과, 본 발명의 버너 등의 다수노즐화염분출장치의 노즐배열의 최적방법은 하기와 같이 결론지어 진다.As a result of each of the experiments described above, the optimum method of the nozzle arrangement of the multiple nozzle flame ejection apparatus such as the burner of the present invention is concluded as follows.

(1) 다수노즐에 있어서 최대화염날림이 일어나는 노즐거리의 영역에서는 센터노즐은 주위 공기의 유입을 방해하여 화염날림유량을 감소시키는 역할을 하였다. 즉, 다수노즐에 의한 연소에서 화염의 안정화를 위해서 노즐배열은 센터영역의 노즐을 배제시켜야 된다.(1) In the area of nozzle distance where maximal flame blowing occurs in many nozzles, the center nozzle plays a role to reduce the flow of flame by preventing the inflow of ambient air. That is, in order to stabilize the flame in the combustion by the multiple nozzles, the nozzle arrangement should exclude the nozzle in the center region.

(2) 원형으로 8개의 노즐을 배열한 경우, 노즐거리가 15∼28사이에서 노즐 출구의 연료유속이 204[m/s]에서도 화염날림이 일어나지 않고, 화염이 안정된 상태로 유지된다.(2) In the case where eight nozzles are arranged in a circle, flame blowing does not occur even when the fuel flow rate at the nozzle outlet is 204 [m / s] between the nozzle distances of 15 to 28, and the flame is maintained in a stable state.

이상과 같은 본 발명의 다수노즐 연료분출장치의 노즐배열 최적방법은 산업용 버너, 가정용 버너, 가스렌지, 스팀용보일러, 선박용 보일러 등의 다양한 버너나 액상, 기상 연료를 주로 하는 가열수단에서 다수개의 노즐을 가지는 연료분출장치에 적용함으로서 고부하에서도 별도의 부가장치 없이도 안정화된 화염상태를 얻을 수 있고 그로 인하여 에너지의 절감 및 가열양태의 개선을 가져오는 등 다양하고 폭넓은 응용 분야에 적용될 수 있다.The optimal nozzle arrangement of the multiple nozzle fuel ejection apparatus of the present invention as described above includes a plurality of nozzles in various burners such as industrial burners, domestic burners, gas stoves, steam boilers, marine boilers, and heating means mainly for liquid and gaseous fuels. By applying to a fuel injection device having a stable flame state can be obtained even without a separate additional device at high loads, it can be applied to a wide variety of applications such as energy saving and improved heating mode.

Claims (3)

버너 등의 다수 개의 분리된 가열용 노즐(n1,n2,n3,n4,n5,. ,)을 집합하여 노즐어레이(N)로 가지는 버너 등의 다수노즐 연료분출장치에 있어서,In a multiple nozzle fuel ejection apparatus such as a burner in which a plurality of separate heating nozzles n 1, n 2, n 3, n 4, n 5,. 상기 다수노즐화염분출장치의 노즐(n1,n2,n3,n4,n5,. ,)의 배열은 최대화염날림이 일어나는 노즐거리의 영역에서는 센터노즐은 주위 공기의 유입을 방해하여 화염날림유량을 감소시킴에 기인하여,The arrangement of the nozzles (n1, n2, n3, n4, n5,...) Of the multiple nozzle flame ejection device reduces the flow rate of the flame by preventing the inflow of ambient air in the region of the nozzle distance where the maximum flame occurs. Due to 다수노즐에 의한 연소에서 화염의 안정화를 위해서 노즐배열은 센터영역의 노즐을 배제하여 배열구성하는 것을 특징으로 하는 버너 등의 다수노즐 연료분출장치의 노즐배열의 최적방법.Optimal nozzle arrangement of a multiple nozzle fuel ejection device such as a burner, characterized in that the nozzle arrangement is configured to exclude the nozzle in the center area for stabilizing the flame in combustion by the multiple nozzles. 버너 등의 다수 개의 분리된 가열용 노즐(n1,n2,n3,n4,n5,. ,)을 집합하여 노즐어레이(N)로 가지는 버너 등의 다수노즐 연료분출장치에 있어서,In a multiple nozzle fuel ejection apparatus such as a burner in which a plurality of separate heating nozzles n 1, n 2, n 3, n 4, n 5,. 노즐(n1,n2,n3,n4,n5,. ,)의 중심과 가장 인접한 노즐(n1,n2,n3,n4,n5,. ,)의 중심까지 거리가 노즐직경의 15~28배인 원형 혹은 20~28배인 사각형으로 배열한 경우, 노즐에서 초킹되는 고부하에서도 화염날림이 발생하지 않게 구성되는 것을 특징으로 하는 버너 등의 다수노즐화염분출장치의 노즐배열의 최적방법.Circular or 20 with a distance from the center of the nozzle (n1, n2, n3, n4, n5 ,.) to the center of the nozzle (n1, n2, n3, n4, n5 ,.) closest to the nozzle diameter Optimal method of nozzle arrangement in a multi-nozzle flame ejector such as a burner, characterized in that the flame is not generated even at a high load choked by the nozzle when arranged in a quadrangle of ˜28 times. 메탄의 경우, 상기 노즐간격이 노즐직경의 12~16 배인 원형배열로서 최적화한 것을 특징으로 하는 버너 등의 다수노즐화염분출장치의 노즐배열의 최적방법.In the case of methane, the nozzle array is optimized for a nozzle arrangement of multiple nozzle flame ejectors such as burners, characterized in that the nozzle spacing is optimized as a circular array having 12 to 16 times the nozzle diameter.
KR1020010077553A 2001-12-08 2001-12-08 Nozzle array for high combustion load KR100581710B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020010077553A KR100581710B1 (en) 2001-12-08 2001-12-08 Nozzle array for high combustion load

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020010077553A KR100581710B1 (en) 2001-12-08 2001-12-08 Nozzle array for high combustion load

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20030047146A true KR20030047146A (en) 2003-06-18
KR100581710B1 KR100581710B1 (en) 2006-05-23

Family

ID=29573788

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020010077553A KR100581710B1 (en) 2001-12-08 2001-12-08 Nozzle array for high combustion load

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100581710B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7093444B2 (en) 2003-12-20 2006-08-22 Yeungnam Educational Foundation Simultaneous combustion with premixed and non-premixed fuels and fuel injector for such combustion

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7093444B2 (en) 2003-12-20 2006-08-22 Yeungnam Educational Foundation Simultaneous combustion with premixed and non-premixed fuels and fuel injector for such combustion

Also Published As

Publication number Publication date
KR100581710B1 (en) 2006-05-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5165606A (en) Method for operating a pressure atomization nozzle
US6062848A (en) Vibration-resistant low NOx burner
GB2449267A (en) Cool diffusion flame combustion
JP2005326143A (en) Fuel injection device and designing method of fuel injection device
US5624252A (en) Low no burner
EP0537244A1 (en) Methods and apparatus for gas combustion
US4744748A (en) Multiple burner torch tip
JP6207740B2 (en) Rich lean combustion system
KR100581710B1 (en) Nozzle array for high combustion load
KR101971588B1 (en) A heating medium boiler having reburning combustor reducing nitrogen oxide
KR100495505B1 (en) Multi-Control Possible The Gas Burner
NO121352B (en)
US6908298B1 (en) Air-fuel injection system for stable combustion
KR101413476B1 (en) Air-heater
US5762490A (en) Premixed gas burner orifice
JP3702460B2 (en) Multistage combustion equipment
JP2006038418A (en) Combustion device
JP2002286207A (en) Burner apparatus and fluid heating apparatus equipped therewith
JP2001074214A (en) Low environmental pollution and high efficiency rich/ lean combustion burner for home utilizing porous plate consisting of porous metal fiber texture
KR101971596B1 (en) A combustor reducing nitrogen oxide improving main nozzle
KR101971606B1 (en) A combustor reducing nitrogen oxide recirculating exhaust gas
US4934923A (en) Pulse combustion apparatus
JPH0278813A (en) Combustion device
JPH0861609A (en) Marine liquid fuel burner
WO2019093382A1 (en) Burner device

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
N231 Notification of change of applicant
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120504

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130327

Year of fee payment: 8

LAPS Lapse due to unpaid annual fee