KR200489685Y1 - 저녹스 버너 - Google Patents

Abstract

본 고안은 저녹스 버너에 관한 것으로, 특히 연소실로 공급되는 연소공기가 편중되지 않고 균일한 분포를 가지고 공급되어 효율적인 연소가 가능하도록 한 저녹스 버너에 관한 것이다.
이를 위해 본 고안은 공기를 연소실내로 공급하는 공기공급관; 상기 공기공급관의 내측 중앙부위에서 전후방향으로 길게 설치되고, 연료를 공급하는 연료공급관; 상기 공기공급관의 선단부에 위치하는 공기공급노즐; 상기 공기공급노즐의 외주면에 설치되고, 상기 연료공급관으로부터 연료를 공급받아 연소실내로 분사하는 복수의 연료공급노즐; 상기 공기공급관의 후방에서 전후방향으로 이동하여 공기공급관의 후방을 개폐시킴으로써 공기공급관의 내부로 외부 공기를 공급하며, 상기 연료공급관이 관통하여 설치되는 후방커버; 상기 후방커버의 내측에서 상기 연료공급관의 외주면을 따라 복수의 분배판이 등간격으로 구비된 공기분배부;로 구성되고, 상기 복수의 분배판은 상기 연료공급관을 중심으로 방사형태로 구비되면서 그 각 분배판의 외측부위가 상기 공기공급관의 내측면에 근접하거나 맞닿도록 형성되고, 후단부위는 상기 후방커버의 내측면에 각각 고정됨과 아울러 상기 연료공급관과 맞닿는 길이 부위와 후방커버에 맞닿는 폭 부위가 일정부분 제거됨으로써 분배공이 형성되고, 상기 분배공은 각 분배판의 동일한 위치에 형성된다.

Description

저녹스 버너{Low NOx burner}

본 고안은 저녹스 버너에 관한 것으로, 특히 연소실로 공급되는 연소공기가 편중되지 않고 균일한 분포를 가지고 공급되어 효율적인 연소가 가능하도록 한 저녹스 버너에 관한 것이다.

일반적으로 질소산화물은 NO와 MO₂를 뜻하며 통상 NOx(녹스)라고 표기하는데, 화석 연료를 연소시킬 때 다량 발생된다.

녹스의 생성은 화염온도, 산소농도 및 연료중의 질소성분 등에 의해 영향을 받지만 이들은 운전조건과 연소방법의 변경 등에 의하여 변화시켜 녹스를 저감시킬 수 있다.

녹스는 연료에 화학적으로 결합되어 존재하는 성분이 연소과정에서 산화되어 생성되는 Fuel 녹스(연료중의 NOx)와, 연소용 공기 중의 질소가 고온에서 산화하여 연소용 공기 중의 질소 분자를 산화 생성하는 Thermal 녹스(온도의 NOx), 및 탄화수소계열의 화석연료가 고농도상태로 고온에서 산화되어 연소용 공기 중의 질소 분자를 생성하거나 탄화수소계열의 화석연료가 고농도상태로 고온 영역에 노출되었을 때 급속히 생성되는 Prompt 녹스로 구분된다.

상기 녹스 중 연료중의 녹스인 Fuel 녹스는 연소기술로는 제어할 수 없으므로 업계에서는 Thermal 녹스와 Prompt 녹스를 제어할 수 있는 버너의 개발에 주력하고 있다.

녹스는 공기 중의 산소와 질소가 반응하여 생성되는데, 산소와 질소는 상온에서는 상호 반응성이 매우 낮으나 고온(1500℃ 이상)에서는 상호 반응을 하여 NO를 발생시킨다.

따라서 대부분의 버너 연소실의 최고 온도지역인 화염 표면지역은 통상 1200 ~ 1750℃의 온도에 도달하므로, 이 반응은 NO 생성의 중요한 생성원이 되고 있는 바, 그 반응식은 다음과 같다.

이와 같이 NO가 생성되면 분해반응속도가 느려 N₂와 O₂로 다시 분해되지 않고, 산소와 다시 반응하여 NO₂를 생성 즉, 2NO + O₂ = 2NO₂가 된다.

이 반응은 온도가 상승함에 따라 반응속도가 느려지는 반응이다.

따라서 고온에서는 NO생성이 활발하며, 기체의 온도가 서서히 내려가면, 고온의 NO는 N₂와 O₂로 분해된다.

그러므로, 녹스 생성을 줄이기 위해서는 연소실 전역에 걸쳐 연소공기를 보다 균일하게 공급함과 동시에 버너의 화염온도를 최대한 낮추는 것이 바람직하다.

이를 위하여 대한민국 특허등록 제10-0784880호(저녹스형 버너)는 고속화염의 생성, 연료 및 공기의 급속한 혼합작용, 연소가스의 자기재순환 등을 구현함으로써 Thermal NOx와 Prompt NOx의 생성을 동시에 저감할 수 있도록 하고 있고, 대한민국 특허등록 제0855719호는 연료공급관의 선단에 탈착 가능하며 연료공급관의 직경보다 큰 직경을 갖는 연료확산부를 설치하여 연료확산부의 직경을 조절함으로써 녹스의 발생을 저감시킬 수 있도록 하였다.

그러나 상기 기술들은 장치가 복잡하고 번잡므로 출원인은 공기조절과 화염분할 및 배기가스자기재순환연소기술을 통해 녹스를 저감하는 저녹스 버너를 개발하여 대한민국 특허등록 제10-1022722호(저녹스 버너)로 등록을 받은 바 있다.

상기 특허는 공기를 연소실내로 공급하며 그 선단부에 경사단면이 형성되어 있는 공기공급관과 상기 공기공급관 내부에 설치되고 연료를 공급하는 연료공급관, 상기 연료공급관의 선단부 외주면에 위치한 헤드, 상기 헤드의 외주면에 설치된 복수개의 연료 노즐 및 상기 공기공급관의 경사단면과 헤드 사이에 연소실 내로 공기를 공급하는 급기통로가 형성되어 있는 통상의 저녹스 버너에 있어서,

상기 급기통로의 폭을 조정함으로써 공기공급량을 조절할 수 있도록 상기 공기공급관과 상기 연료공급관 사이에는 공기조절관이 설치되도록 구성되어 있다.

즉 이러한 특허는 급기통로의 폭을 조절함으로써 연소실내로 공급되는 연소공기의 양을 조절할 수 있지만, 공기공급관내에서 공기가 고르게 분포하지 못하여 각 헤드의 위치로 연소공기를 고르게 공급하지 못하는 문제점이 있다.

<선행기술문헌>

1. 특허등록 제10-0784880호

(저녹스형 버너)

2. 특허등록 제10-1022722호

(저녹스 버너)

본 고안은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위한 것으로, 외부로부터 공급되는 연소공기를 공기공급관내에서 고르게 분포하여 연소효율을 높일 수 있도록 한 저녹스 버너를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 고안에 의한 저녹스 버너는,

공기를 연소실내로 공급하는 공기공급관;

상기 공기공급관의 내측 중앙부위에서 전후방향으로 길게 설치되고, 연료를 공급하는 연료공급관;

상기 공기공급관의 선단부에 위치하는 공기공급노즐;

상기 공기공급노즐의 외주면에 설치되고, 상기 연료공급관으로부터 연료를 공급받아 연소실내로 분사하는 복수의 연료공급노즐;

상기 공기공급관의 후방에서 전후방향으로 이동하여 공기공급관의 후방을 개폐시킴으로써 공기공급관의 내부로 외부 공기를 공급하며, 상기 연료공급관이 관통하여 설치되는 후방커버;

상기 후방커버의 내측에서 상기 연료공급관의 외주면을 따라 복수의 분배판이 등간격으로 구비된 공기분배부;로 구성되고,

상기 복수의 분배판은 상기 연료공급관을 중심으로 방사형태로 구비되면서 그 각 분배판의 외측부위가 상기 공기공급관의 내측면에 근접하거나 맞닿도록 형성되고, 후단부위는 상기 후방커버의 내측면에 각각 고정됨과 아울러 상기 연료공급관과 맞닿는 길이 부위와 후방커버에 맞닿는 폭 부위가 일정부분 제거됨으로써 분배공이 형성되고, 상기 분배공은 각 분배판의 동일한 위치에 형성되어,

상기 분배공을 통해 상기 공기공급관과 후방커버 사이로 유입되는 공기가 상기 공기공급관내에서 고르게 분배되어 상기 공기공급노즐로 공급되도록 구성된 것을 특징으로 한다.

이러한 본 고안에 의하면, 분배판에 의해 공기공급관내에서 공기가 고르게 분포하게 되고, 이렇게 고르게 분포된 공기가 공기공급노즐로 공급됨으로써 연소실 전역에 걸쳐 연소공기를 보다 균일하게 공급할 수 있어 녹스 생성을 더욱 줄일 수 있는 효과가 있다.

도1은 본 고안에 의한 저녹스 버너의 구조를 보인 도.
도2는 공기분배부의 구조를 보인 도.
도3은 본 고안의 동작을 설명하기 위한 도.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 고안의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.

본 고안을 설명함에 있어서 본 고안과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 고안의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 고안을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 고안의 실시 예를 상세하게 설명한다.

그러나, 다음에 예시하는 본 고안의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 고안의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다.

본 고안의 실시 예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 고안을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.

도1은 본 고안에 의한 저녹스 버너의 구조를 보인 도이고, 도2는 공기분배부의 구조를 보인 도이며, 도3은 본 고안의 동작을 설명하기 위한 도이다.

본 고안의 저녹스 버너는, 공기를 연소실내로 공급하는 공기공급관(100); 상기 공기공급관(100)의 내측 중앙부위에서 전후방향으로 길게 설치되고, 연료를 공급하는 연료공급관(170); 상기 공기공급관(100)의 선단부에 위치하는 공기공급노즐(110); 상기 공기공급노즐(110)의 외주면에 설치되고, 상기 연료공급관(170)으로부터 연료를 공급받아 연소실내로 분사하는 복수의 연료공급노즐(120); 상기 공기공급관(170)의 후방에서 전후방향으로 이동하여 공기공급관(170)의 후방을 개폐시킴으로써 공기공급관(170)의 내부로 외부 공기를 공급하며, 상기 연료공급관(170)이 관통하여 설치되는 후방커버(160); 상기 후방커버(160)의 내측에서 상기 연료공급관(170)의 외주면을 따라 복수의 분배판(210)이 등간격으로 구비된 공기분배부(200);로 구성되고,

상기 복수의 분배판(210)은 상기 연료공급관(170)을 중심으로 방사형태로 구비되면서 그 각 분배판(210)의 외측부위가 상기 공기공급관(170)의 내측면에 근접하거나 맞닿도록 형성되고, 후단부위는 상기 후방커버(160)의 내측면에 각각 고정됨과 아울러 후측부위는 상기 연료공급관(170)과 후방커버(160)에 맞닿는 부위에서 각각 동일한 위치에 분배공(211)이 형성되어,

상기 분배공(211)을 통해 상기 공기공급관(100)과 후방커버(160) 사이로 유입되는 공기가 상기 공기공급관(100)내에서 고르게 분배되어 상기 공기공급노즐(110)로 공급되도록 구성된다.

상기 공기공급관(100)은 원통의 형상을 가지게 되고, 그 선단부위로는 공기공급노즐(110)이 돌출되어 장착되며, 상기 공기공급관(100)의 선단부위와 공기공급노즐(110) 사이 즉, 공기공급노즐(110)의 외주면에는 등간격으로 복수의 연료공급노즐(120)이 위치하게 된다.

상기 공기공급노즐(110)은 도3에서와 같이 그 선단이 원판형태로 되어 구멍형태의 다수의 공기분사공(111)이 형성된 것으로서, 그 공기분사공(111)을 통해 연소실에 연소공기를 공급하게 된다.

상기 공기공급관(100)의 후방부위는 개방되어 있고, 이 개방된 부위에는 후방커버(160)가 설치되어 가이드바(150,151)에 의해 전후방으로 슬라이딩 이동하면서 후방부위를 개폐하게 되며, 상기 후방커버(160)가 후방으로 이동하여 공기공급관(100)의 후방부위가 개방될 때 후방커버(160)와 공기공급관(100) 사이에는 간격(130)이 발생함으로써 이 간격(130)을 통해 외부의 공기가 공기공급관(100)의 내부로 유입되는 것이다.

상기 후방커버(160)의 중심부에는 복수의 연료공급노즐(120)에 연료를 공급하기 위한 연료공급관(170)이 관통되어 고정되며, 이러한 연료공급관(170)의 선단부위와 복수의 연료공급노즐(120)이 서로 연결되어 있게 된다.

한편, 상기 공기공급관(100)과 후방커버(160) 사이로 공기가 유입될 때 유입되는 방향에 따라서 공기공급관(100) 내부에서 공기의 흐름이 편중될 수 있으며, 이로 인해 공기공급노즐(110)에서도 공기의 분사가 고르지 못하게 된다.

이로 인하여 연소실 내에서도 연소공기가 고르게 확산되지 못하므로 연소효율이 저하되는 것이다.

이러한 편중된 공기의 유입을 고르게 하기 위하여 후방커버(160)의 내측부위에는 공기분배부(200)가 구비되는데, 이러한 공기분배부(200)는 도2에서와 같이 후방커버(160)의 중심부위를 관통하여 고정된 연료공급관(170)의 외주면으로는 방사형태로 등간격을 가지고 복수의 분배판(210)이 설치되며, 그 분배판(210)의 후단부위는 후방커버(160)의 내측면과 맞닿아 고정된다.

또한, 분배판(210)은 그 바깥쪽 면이 공기공급관(100)의 내측면과 근접하거나 또는 맞닿도록 하는 폭(W)을 가지게 되며, 그 길이(D) 즉 후방커버(160)가 슬라이딩되는 방향으로의 길이는 후방커버(160)가 후방으로 이동하여 공기공급관(100)의 후방부위가 최대로 개방되었을 때 공기공급관(100)과 후방커버(160)의 간격(130)과 같거나 또는 더 길게 형성된다.

아울러 분배판(210)에는 외부에서 유입되는 공기를 각각의 분배판(210) 사이로 공유하기 위하여, 상기 연료공급관(100)과 맞닿는 길이(D) 부위와 후방커버(160)에 맞닿는 폭(W) 부위가 일정부분 제거됨으로써 분배공(211)이 형성되고, 이러한 분배공(211)은 각 분배판(210)의 동일한 위치에 형성되어 있다.

즉, 후방커버(160), 연료공급관(170), 그리고 분배판(210)이 함께 맞닿은 위치에서 호 형태, 또는 삼각형, 또는 사각형의 분배공(211)이 형성되는 것이다.

따라서, 도3에서와 같이, 후방커버(160)가 후방으로 슬라이딩하여 공기공급관(100)의 후방부위가 개방되면, 각 분배판(210) 사이로 외부의 공기가 유입되고, 그 유입된 공기는 분배공(211)을 통해 서로 연통됨으로써 각 분배판(210) 사이에는 균일한 공기가 유입되며, 이러한 분배판(210)에 가이드되어 공기공급관(100)의 내부로 균일하게 유입된다.

그러므로, 공기공급노즐(110)을 통해서도 연소공기가 균일하게 연소실의 내부로 투입될 수 있게 된다.

결국, 외부로부터 공기가 각 방향에서 불균일하게 분배판(210)으로 유입되더라도 분배공(211)을 통해 분배판(210) 사이의 각 공간에서 고르게 공기가 분배되어 공기공급관(100)의 내측으로 유입되도록 하는 것이다.

아울러, 상기 복수의 분배판(210)은 공기공급관(100)의 내측면에 맞닿게 되어 연료공급관(170)이 공기공급관(100)의 중심부위에 위치하도록 지지하게 된다.

즉, 연료공급관(170)의 후방부위를 지지함으로써 연료공급관(170)의 자중에 의해 휘어지거나 손상되는 것을 방지하는 것이다.

전술한 본 고안의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 고안은 이에 한정되는 것이 아니고 청구범위와 고안의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 고안에 속한다.

100 : 공기공급관 110 : 공기공급노즐
111 : 공기분사공 120 : 연료공급노즐
130 : 간격 150,151 : 가이드바
160 : 후방커버 170 : 연료공급관
200 : 공기분배부 210 : 분배판
211 : 분배공

Claims (1)

1. 공기를 연소실내로 공급하는 공기공급관;
   상기 공기공급관의 내측 중앙부위에서 전후방향으로 길게 설치되고, 연료를 공급하는 연료공급관;
   상기 공기공급관의 선단부에 위치하는 공기공급노즐;
   상기 공기공급노즐의 외주면에 설치되고, 상기 연료공급관으로부터 연료를 공급받아 연소실내로 분사하는 복수의 연료공급노즐;
   상기 공기공급관의 후방에서 전후방향으로 이동하여 공기공급관의 후방을 개폐시킴으로써 공기공급관의 내부로 외부 공기를 공급하며, 상기 연료공급관이 관통하여 설치되는 후방커버;
   상기 후방커버의 내측에서 상기 연료공급관의 외주면을 따라 복수의 분배판이 등간격으로 구비된 공기분배부;로 구성되고,
   상기 복수의 분배판은 상기 연료공급관을 중심으로 방사형태로 구비되면서 그 각 분배판의 외측부위가 상기 공기공급관의 내측면에 근접하거나 맞닿도록 형성되고, 후단부위는 상기 후방커버의 내측면에 각각 고정됨과 아울러 상기 연료공급관과 맞닿는 길이 부위와 후방커버에 맞닿는 폭 부위가 일정부분 제거됨으로써 분배공이 형성되고, 상기 분배공은 각 분배판의 동일한 위치에 형성되어,
   상기 분배공을 통해 상기 공기공급관과 후방커버 사이로 유입되는 공기가 상기 공기공급관내에서 고르게 분배되어 상기 공기공급노즐로 공급되도록 구성된 것을 특징으로 하는 저녹스 버너.

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