KR20050015867A - 파일럿 버너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 축열식 버너시스템에 있어서 파일럿 버너에 관한 것이다.

열처리로에 사용되는 축열식 버너와 같이 버너 타일이 두꺼운 경우에, 종래의 파일럿 버너를 적용하게 되면, 화염길이의 한계로 주버너까지 화염전파가 일어나지 못하고 연소종료 후 그 열풍만이 도달하게 되어 주버너의 착화성이 불안정하게 된다.

본 발명은 점화원으로부터 연료가 착화되는 영역과 그 외 영역의 연료 분사량을 달리하여 분사되는 연료와 공기와의 확산을 조절하여 넓은 가연영역을 형성시켜 점화원에 의한 초기화염의 착화성을 안정화시키고자 하며, 또한 상기 서로 다른 분사량을 갖는 이들 영역을 분리하여 점화원에 의해 발생된 화염과 그 외 영역에서 분사되는 연료와의 혼합을 지연시켜 화염의 길이를 연장시켜 주버너에 파일럿 버너의 화염이 원활하게 도달하여 주버너 화염을 발생시킬 수 있도록 하는 파일럿 버너를 제공하고자 한다.

Description

파일럿 버너{pilot burner}

본 발명은 축열식 버너시스템에 있어서의 파일럿 버너에 관한 것으로, 특히 파일럿 버너의 화염이 충분히 주버너에 도달할 수 있도록 하여 주버너를 착화시킬 수 있도록 하는 장화염 형성을 위한 파일럿 버너에 관한 것이다.

일반적인 종래 파일럿 버너는,

센터에는 공기용 노즐이 구성되고, 그 원주방향으로 연료노즐이 구성되는 확산혼합방식을 취한다.

이와 같은 구조를 갖는 파일럿 버너는 상기 연료노즐의 직경이 모두 동일하게 구성되어 있기 때문에 공기와의 혼합이 조기에 이루어지면서 연소가 종료되어 그 화염의 길이 짧게 형성된다.

따라서 열처리로에 사용되는 축열식 버너와 같이 버너 타일이 두꺼운 경우에, 종래의 파일럿 버너를 적용하게 되면, 화염길이의 한계로 주버너까지 화염전파가 일어나지 못하고 연소종료 후 그 열풍만이 도달하게 되어 주버너의 착화성이 불안정하게 된다.

이와 같이 파일럿 버너의 화염이 짧게 생성될 경우 연소모드시에 상기와 같이 주버너에 잘 도달하지 않아서 주버너의 착화실패 등과 같은 결과가 발생하거나, 배기 모드시 blow-off 등과 같은 현상을 가져와서 화염검지실패를 유발하게 된다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 점화원으로부터 연료가 착화되는 영역과 그 외 영역의 연료 분사량을 달리하여 분사되는 연료와 공기와의 확산을 조절하여 넓은 가연영역을 형성시켜 점화원에 의한 초기화염의 착화성을 안정화시키고자 한 것이다.

또한 상기 서로 다른 분사량을 갖는 이들 영역을 분리하여 점화원에 의해 발생된 화염과 그 외 영역에서 분사되는 연료와의 혼합을 지연시켜 화염의 길이를 연장시켜 주버너에 파일럿 버너의 화염이 원활하게 도달하여 주버너 화염을 발생시킬 수 있도록 한 것이다.

본 발명 파일럿 버너는,

중앙의 공기노즐을 중심으로 원주를 따라 하나이상의 연료노즐이 구성되는 파일럿 버너에 있어서,

점화플러그와 인접한 위치에 있는 착화영역에 설치된 연료노즐과 착화영역외의 영역에 설치된 연료노즐의 분사량을 서로 달리 구성하도록 하여 연료와 공기와의 확산을 조절하여 넓은 가변영역을 형성시켜 초기 착화율을 향상시키도록 한 것을 특징으로 한다.

상기 착화영역외에 설치된 연료노즐을 주연료 노즐로 하여 착화영역에 설치된 연료노즐보다 연료분사량을 상대적으로 많게 구성한 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 착화영역에 설치된 연료노즐과 그 외영역에 설치된 주연료노즐을 분리하는 분리판을 구성하여 주연료 노즐로부터 분사된 다량의 연료가 분리판에 의해 초기 착화된 화염과의 합류시점을 지연시키고 연료를 공기보다 과잉으로 공??브하여 불완전 연소시키므로써, 주버너에 원활하게 도달할 수 있도록 화염의 길이를 연장시키도록 한 것을 특징으로 한다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명을 첨부된 도면 도 1내지 도 3에 도시된 실시예를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

공기주입구(10)를 통해 주입된 공기를 공기챔버(11)로 분사하는 주공기노즐(12) 및 공기노즐(13)과, 연료주입구(20)를 통해 주입된 연료를 연료챔버(21)로부터 분사하는 주연료노즐(22) 및 연료노즐(23)과, 연료노즐(23)의 전방에 설치되어 분사되는 연료를 착화시키는 점화플러그(30)와, 화염감지용 UV(Ultra Violet) 센서(40)와, 연료노즐(23)로 분사된 연료의 착화로 인하여 발생된 화염에 주연료노즐(22)의 연료가 혼합되지 않도록 연료노즐(23)에서 분사되는 연료와 주연료노즐(22)에서 분사되는 연료를 분리하는 분리판(50)과, 분리판(50)이 화염에 의해 열변형되는 것을 방지하기 위하여 분리판 지지대(51)를 포함하여 구성되며,

상기 주공기노즐(12)을 중심으로 공기노즐(13)이 원주를 따라 구성되고, 공기노즐(13)를 둘러싸고 주연료노즐(22)과 연료노즐(23)이 구성되며, 주연료노즐(22)과 연료노즐(23)은 분리판(50)에 의해 연소통(60)의 방향으로 소정의 거리만큼 분리된 구조를 갖고, 서로 다른 연료분사량을 갖도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 구성을 특징으로 하는 본 발명은,

도 2에 도시된 바와 같이, 중앙에는 반경이 23mm인 주공기노즐(12)과 이를 둘러싸는 직경 10.5mm인 공기노즐(13) 12개가 구성되는 바, 중앙에 구성된 주공기노즐(12)은 UV 센서(40)의 화염감지용으로 그 직경이 주위의 공기노즐(13)보다 크게 구성된다.

주연료노즐(22)와 연료노즐(23)은 분리판(50)에 의해 분리되어 상부에는 4개의 연료노즐(23)이 구성되고, 하부에는 연료노즐(23)보다 분사량이 많은 주연료노즐(22)이 구성된다.

즉 연료노즐(23)의 직경보다 큰 직경을 갖도록 주연료노즐(22)을 구성하여 착화영역에서는 착화율을 높이기 위해 그 외의 영역에서보다 상대적으로 적은 연료분사가 이루어질 수 있도록 하는 것이다.

연료노즐(23)들에 의한 연료분사량과 주연료노즐(22)에서의 연료분사량은 대략 30:70의 비를 갖는다.

따라서 연료의 유량이 상부측에는 그 분사량이 하부측보다 상대적으로 적게 되어 공기와 연료간의 상호 확산작용으로 국부적인 연료의 연소범위인 가연 한계 영역(LNG 4.4~14.9, COG:4.8~36.9) 이내의 분포가 넓게 형성된다.

또한 점화플러그(30)로부터 용이하게 착화가 발생하도록 하여 연료의 착화율을 높이게 된다.

상기 분리판(50)은 주연료노즐(12)에서 분사되는 연료가 이후에 연료노즐(13)에 의해 발생된 화염에 합류시점을 지연시키도록 연소통(60) 방향으로 소정의 거리만큼 주연료노즐(12)과 공기노즐(13)를 분리하도록 하는 구조를 갖도록 하여, 하부의 주연료노즐(22)에서 분사되는 연료는 분리판(50)에 의해 상부에서 일어나는 연소에는 관여하지 않고, 분리판(50)이후에서부터 확산작용에 의해 연소에 관여하도록 한다.

분리판(50)은 착화 영역을 1차연소실, 연소통(60)을 2차연소실이라고 볼 때, 1차 연소실 길이에 비례하고 연소통(60)까지의 길이를 갖으며, 본 실시예에서는 50mm의 길이로 구성된다.

이때, 상부는 공기가 농후하고, 하부는 연료가 농후하여 상호확산에 걸리는 시간이 길어지게 된다.

이는 곧 화염의 길이가 증가함을 의미하는 것으로, 혼합기까지 화염을 도달하게 하는 역할을 한다.

화염감지를 위한 UV 센서(40)는 주공기노즐(12)을 통하여 연소통(60) 내부에 형성된 화염의 상태를 감지할 수 있도록 버너본체의 축방향을 바라보도록 설치된다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명 파일럿 버너의 동작을 설명하면 다음과 같다.

공기주입구(10)로 주입된 공기는 공기챔버(11)를 통해 중앙에 구성된 주공기노즐(12) 및 공기노즐(13)을 통해 분사된다.

이때 연료주입구(20)로부터 주입된 연료는 중앙 환형의 공기유로를 둘러싼 환형의 연료챔버(21)의 유로를 따라 흘러 주연료 노즐(22)과 연료노즐(23)을 통해 분사된다.

주연료 노즐(22)과 연료노즐(23)을 통해 분사된 연료는 내부에 공기를 감싸는 형태에서 확산이 일어나게 되는 바,

상부의 연료노즐(23)에서 분사된 연료는 점화플러그(30)에 의해 착화되고, 하부의 주연료 노즐(22)에서 분사된 다량의 연료는 분리판(50)에 의해 확산되는 공기와 분리된 상태로 분리판(50)의 연소통(60) 방향으로 진행하게 된다.

이후, 분리판(50)에 의해 분리된 지점을 지나게 되면, 주연료 노즐(22)에서 분사된 연료가 발생된 화염에 혼합된다.

도 3에서와 같이, 연료노즐(23)에서 분사된 연료는 주공기노즐(12) 및 공기노즐(13)에서 분사된 공기와 혼합되면서 점화플러그(30)에 의해 착화되어 화염이 발생되고, 주연료 노즐(22)에서 분사된 다량의 연료는 분리판(50)에 의해 그 하부로 진행하여 분리판(50)에 의해 분리된 지점을 지나게 되면 연소통(60)의 소정의 지점에서 화염과 혼합된다.

도면에 도시된 바와 같이, 연료노즐(23)에서 분사되는 연료는 주연료 노즐(22)에서 분사되는 연료보다 적은 양으로 설정되어있어, 연소통(60)의 상부지점은 공기과잉지점으로 나타나고, 하부는 연료과잉 지점으로 나타난다.

이와 같이 분리판(50)에 의해 조기에 형성된 다량의 공기를 함유하고 있는 화염과 분리판(50) 아래의 다량의 연료의 혼합지점이 지연되면서 주버너까지 도착할 수 있는 길이가 길어지게 되는 것이다.

또한 점화플러그(30)에 의한 착화지점에 다량의 공기와 함께 소량의 연료가 분사되므로, 점화플러그(30)에 의한 착화성이 향상된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 공기와 연료를 노즐믹싱(nozzle Mixing) 확산 혼합 방식을 채택하여 화염착화와 화염길이 확장의 기능을 수행하는 두 영역으로 분리시켜 연료분사량을 달리하여 충분한 화염길이를 가지며, 안정된 착화성을 갖는 파일럿 버너를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명 파일럿 버너의 구성을 보인 도면.

도 2는 본 발명에 있어서, 노즐부를 평면상태에서 보인 도면.

도 3는 본 발명에 있어서, 파일럿 버너의 동작상태를 보인 도면.

Claims (4)

1. 중앙의 공기노즐을 중심으로 원주를 따라 하나이상의 연료노즐이 구성되는 파일럿 버너에 있어서,

   점화플러그와 인접한 위치에 있는 착화영역에 설치된 연료노즐과 착화영역외의 영역에 설치된 연료노즐의 분사량을 서로 달리 구성한 것을 특징으로 하는 파일럿 버너.
2. 제 1항에 있어서, 상기 착화영역외에 설치된 연료노즐을 주연료 노즐로 하여 착화영역에 설치된 연료노즐보다 연료분사량을 상대적으로 많게 구성한 것을 특징으로 하는 파일럿 버너.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 착화영역에 설치된 연료노즐과 그 외 영역에 설치된 주연료 노즐을 분리하는 분리판을 구성하여 주연료 노즐로부터 분사된 다량의 연료가 분리판에 의해 초기 착화된 화염과의 합류시점을 지연시키도록 한 것을 특징으로 하는 파일럿 버너.
4. 중앙의 공기노즐을 중심으로 원주를 따라 하나이상의 연료노즐이 구성되는 파일럿 버너에 있어서,

   점화플러그와 인접한 위치에 있는 착화영역에 설치된 연료노즐과 착화영역외의 영역에 설치된 연료노즐을 분리하는 분리판을 구성하여 착화영역에서 발생된 화염과 그 외의 영역에 설치된 연료노즐로부터 분사된 연료의 합류시점을 지연시키도록 한 것을 특징으로 하는 파일럿 버너.