KR200491190Y1

KR200491190Y1 - 저녹스 버너

Info

Publication number: KR200491190Y1
Application number: KR2020180003921U
Authority: KR
Inventors: 하용구
Original assignee: 하용구
Priority date: 2018-08-23
Filing date: 2018-08-23
Publication date: 2020-05-15

Abstract

본 고안은 저녹스 버너에 관한 것으로, 특히 연소실로 공급되는 연료를 막 형태로 분사함으로써 지연연소에 의해 버너의 화염온도를 낮춰 질소산화물(NOx)의 발생을 최소화 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 길이방향으로 설치되고, 상기 연료공급관으로부터 연료를 공급받아 연소실내로 분사하는 복수의 연료공급노즐;로 구성되고, 상기 연료공급노즐은 그 선단부가 막히고, 그 측면에는 둘레방향으로 소정의 길이를 갖는 연료분사구가 형성되며, 상기 연료분사구는 서로 간격을 두고 나란히 복수개가 형성된다.

Description

저녹스 버너{Low NOx burner}

본 고안은 저녹스 버너에 관한 것으로, 특히 연소실로 공급되는 연료를 막 형태로 분사함으로써 지연연소에 의해 버너의 화염온도를 낮춰 질소산화물(NOx)의 발생을 최소화 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 조절하여 화염의 온도를 낮출 수 있지만, 공기의 양만을 조절하여 화염의 온도를 낮추는 것에는 한계가 있다.

따라서, 분사되는 연료를 지연연소시킴으로써 화염의 온도를 낮춤과 아울러 연소실내의 온도 분포를 고르게 할 수 있는 저녹스 버너가 요구된다.

<선행기술문헌>

1. 특허등록 제10-0784880호

(저녹스형 버너)

2. 특허등록 제10-1022722호

(저녹스 버너)

따라서, 본 고안은 연소실내부로 분사되는 연료를 헤드의 주변 둘레를 따라 막이 형성되도록 하여 지연연소에 의한 화염온도의 상승을 억제하도록 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 길이방향으로 설치되고, 상기 연료공급관으로부터 연료를 공급받아 연소실내로 분사하는 복수의 연료공급노즐;로 구성되고,

상기 연료공급노즐은 그 선단부가 막히고, 그 측면에는 둘레방향으로 소정의 길이를 갖는 연료분사구가 형성되며, 상기 연료분사구는 서로 간격을 두고 나란히 복수개가 형성된 것을 특징으로 한다.

이러한 본 고안에 의하면, 연료공급노즐로부터 분사되는 연료가 버너의 선단 외측 둘레를 따라서 막 형태를 형성하여 지연연소가 발생하게 됨으로써 화염온도의 상승 억제에 따른 녹스발생이 최소화되는 장점이 있다.

또한, 연소실내에 고른 온도분포를 가지게 하여 연소효율을 높이는 장점이 있다.

도1은 본 고안에 의한 저녹스 버너의 분해 구조를 보인 도.
도2는 본 고안의 단면 구조도.
도3은 본 고안에 의해 연소실내에서 연료가 분사되어 막을 형성하는 상태를 보인 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 분해 구조를 보인 도이고, 도2는 본 고안의 단면 구조도이며, 도3은 본 고안에 의해 연소실내에서 연료가 분사되어 막을 형성하는 상태를 보인 도이다.

본 고안의 저녹스 버너는, 공기를 연소실내로 공급하는 공기공급관(210); 상기 공기공급관(210)의 내측 중앙부위에서 전후방향으로 길게 설치되고, 연료를 공급하는 연료공급관(250); 상기 공기공급관(210)의 선단부에 위치하는 공기공급노즐(230); 상기 공기공급노즐(230)의 외주면에 길이방향으로 설치되고, 상기 연료공급관(250)으로부터 연료를 공급받아 연소실내로 분사하는 복수의 연료공급노즐(243);로 구성되고,

상기 연료공급노즐(243)은 그 선단부가 막히고, 그 측면에는 둘레방향으로 소정의 길이를 갖는 연료분사구(244)가 형성되며, 상기 연료분사구(244)는 서로 간격을 두고 나란히 복수개가 형성된다.

상기 공기공급관(210)은 원통의 형상을 가지게 되고, 그 선단부위로는 공기공급노즐(230)이 돌출되어 장착되며, 상기 공기공급관(210)의 선단부위와 공기공급노즐(230) 사이 즉, 공기공급노즐(230)의 외주면에는 등간격으로 복수의 연료공급노즐(243)이 위치하게 된다.

상기 공기공급노즐(230)은 도2에서와 같이 그 선단이 원판형태로 되어 구멍형태의 다수의 공기분사공(231)이 형성된 것으로서, 그 공기분사공(231)을 통해 연소실(FR)에 연소공기를 공급하게 된다.

상기 공기공급관(210)의 후방부위는 개방되어 있고, 이 개방된 부위에는 후방커버(251)가 설치되어 후방부위를 폐쇄하게 되며, 그 중심부에는 복수의 연료공급노즐(243)에 연료를 공급하기 위한 연료공급관(250)이 관통되어 고정되며, 이러한 연료공급관(250)의 선단부위와 연료노즐체(240)가 서로 연결되어 있게 된다.

상기 연료노즐체(240)는 몸체(241)의 후방이 상기 연료공급관(250)과 연결되고, 그 선단에는 화염을 수렴하는 보염부(245)를 형성하는 한편, 상기 보염부(245)의 둘레를 따라서는 복수개의 연료분출공(246)이 형성되어 있다.

이러한 연료분출공(246)은 공기공급노즐(230)에 형성된 공기분출공(231) 수의 10~20% 정도이다.

또한 상기 몸체(241)로부터 측방향으로 복수개의 분배관(242)이 분기되고, 그 분배관(242)은 버너의 전방부위쪽으로 연장되면서 공기공급노즐(230)의 외측 둘레를 따라서 등간격으로 배치되며, 그 분배관(242)의 선단부위에는 연료공급노즐(243)이 회전이 가능하도록 장착된다.

상기 연료공급노즐(243)은 선단부가 막힌 관 형태로서, 그 전방부위 측면부위에는 둘레방향으로 소정의 길이를 갖는 연료분사구(244)가 형성되어 있다.

즉, 연료분사구(244)는 연료공급노즐(243)의 둘레를 따라서 절개된 형태를 가지며, 연료공급노즐(243)의 길이방향을 따라서 서로 간격을 두고 복수개가 나란히 형성되어 있게 된다.

이러한 연료분사구(244)의 길이는 연료공급노즐(243)의 둘레 길이의 1/4 정도로 형성되고, 그 폭은 1mm 정도이다.

또한 연료분사구(244)의 간격은 5~6mm 정도의 간격을 가진다.

이하, 본 고안의 동작을 설명한다.

공기공급노즐(230)과 보염부(245)에 의한 화염 발생은 종래기술과 동일하므로 구체적이 설명은 하지 않는다.

공기공급노즐(230)의 외측 둘레를 따라서 설치된 복수의 연료공급노즐(243)의 각 연료분사구(244)는 도2 및 도3에서와 같이 외측방향을 향하여 연료를 분사하게 되므로 공기공급노즐(230)의 외측 둘레를 따라서는 공기공급노즐(230)의 중심부위와 수직하는 방향에서 부채꼴 형태의 연료막(FC)이 형성된다.

이러한 연료막은 복수개로 형성된 연료분사구(244)에 의해 다중(도면에서는 3중으로 도시)의 연료막(FC)을 형성하게 되며, 연료막(FC)은 외곽부위로 갈수록 공기공급노즐(230)의 둘레에서 측방부위로 확산됨으로써 이웃하는 연료공급노즐의 연료분사구로부터 분사되어진 연료막(FC)과 겹쳐지게 된다.

그러므로, 이웃하는 연료분사구들이 겹쳐진 연료막에 의해 그 겹쳐진 부위에서 분할화염이 형성된다.

연료분출공(246)을 통해 버너의 전방부위에서 발생하는 화염(F)과는 별도로 버너의 선단 외측 둘레를 따라서 연료막(FC)에 의한 분할화염이 형성되고, 연소실(FR)내를 재순환하는 화염에 의해 연료막(FC)이 연소됨으로써 지연연소가 이루어지는 것이다.

즉, 분할화염에 의해 복사열 전달이 촉진되어 화염의 온도가 낮아지면서 녹스의 발생이 억제되고, 지연연소에 의해서도 연소실내의 화염온도가 증가되는 것이 방지되므로 이 또한 녹스의 발생이 억제될 수 있는 것이다.

결국, 버너의 선단에서 그 외측 둘레를 따라서 각 연료공급노즐(243)에 의해 부채꼴의 막 형태로 연료를 분사함으로써 연소실(FR) 내부에서 서서히 지연된 연소가 이루어지도록 하고, 아울러 부채꼴 형태로 분사되는 각 연료막(FC)의 외측부위가 서로 겹쳐져서 연소가 되도록 하여 분할화염을 형성하는 것이다.

이로써, 지연연소와 분할화염에 의해 녹스의 발생을 억제시킬 수 잇는 것이다.

아울러, 연료막(FC)이 다중으로 형성될 수 있도록 하여 지연연소가 더욱 가중될 수 있도록 한다.

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.

210 : 공기공급관 230 : 공기공급노즐
231 : 공기분출공 240 : 연료노즐체
241 : 몸체 242 : 분배관
243 : 연료공급노즐 244 : 연료분사구
245 : 보염부 246 : 연료분출공
250 : 연료공급관 251 : 후면커버
F : 화염 FC : 연료막
FR : 연소실

Claims

공기를 연소실내로 공급하는 공기공급관; 상기 공기공급관의 내측 중앙부위에서 전후방향으로 길게 설치되고, 연료를 공급하는 연료공급관; 상기 공기공급관의 선단부에 위치하는 공기공급노즐; 상기 공기공급노즐의 외주면에 길이방향으로 설치되고, 상기 연료공급관으로부터 연료를 공급받아 연소실내로 분사하는 복수의 연료공급노즐;로 구성된 저녹스 버너에 있어서,
상기 연료공급노즐은 그 선단부가 막힌 관 형태로서, 그 측면에는 둘레방향으로 절개되면서 연료공급노즐의 길이방향을 따라서 서로 간격을 두고 복수개가 나란히 형성된 복수의 연료분사구가 외측방향을 향하여 연료를 분사하도록 설치되며,
상기 연료분사구의 길이는 연료공급노즐의 둘레 길이의 1/4 길이를 갖도록 형성되고, 그 폭은 1mm이며, 상기 연료분사구들간의 간격은 5~6mm로 형성됨과 아울러,
상기 연료분사구는 상기 공기공급노즐의 외측방향으로 향하여 연료를 분사하여 공기공급노즐의 중심부위와 수직하는 방향에서 부채꼴 형태의 연료막을 형성하면서 이웃하는 연료공급노즐의 연료분사구로부터 분사되어진 연료막의 외곽부위와 겹쳐지도록 하여 그 겹쳐진 부위에서 분할화염이 형성되도록 하며, 연소실내를 재순환하는 화염에 의해 연료막이 서서히 연소되어 지연연소가 발생하고, 상기 연료공급노즐의 길이방향으로 형성된 복수의 연료분사구에 의해 다중의 연료막을 형성하여 지연연소가 가중되도록 구성된 것을 특징으로 하는 저녹스 버너.
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