KR20110014383A

KR20110014383A - 가스히터의 연소장치

Info

Publication number: KR20110014383A
Application number: KR1020090072023A
Authority: KR
Inventors: 박종익; 곽태진
Original assignee: 한국가스공사
Priority date: 2009-08-05
Filing date: 2009-08-05
Publication date: 2011-02-11
Also published as: KR101085858B1

Abstract

본 발명은 가스히터의 연소장치에 관한 것으로, 연소실(20)의 반경방향 중앙에 설치된 보염판지지로드(60)와; 상기 보염판지지로드(60)의 단부에 설치된 보염판(50)과; 상기 보염판(50)을 관통하여 연소실(20)의 내주면에 인접하여 설치되는 다수의 연료공급관(40)과; 상기 연료공급관(40)의 단부에 설치된 분사노즐(45);을 포함한다.

상기 구성에 의해 화염(F)이 연소실의 전영역에 걸쳐 형성됨으로써 불완전 연소율이 감소하여 연소효율이 향상되고 미연소 연료량이 감소되어 연료 사용량이 감소되며, 발열량이 증가하여 엘엔지 예열성능이 향상될 수 있다.

가스히터 연소장치, 가스히터 버너, 보염판

Description

가스히터의 연소장치{combustion device of gas heater}

본 발명은 가스히터의 연소장치에 관한 것으로, 특히 보다 안정적인 화염을 형성하고 연소효율을 향상시킴으로써 가열성능이 향상되고 연료 사용량을 절감할 수 있도록 된 가스히터의 연소장치에 관한 것이다.

생산기지에서 공급관리소로 공급된 천연가스는 고압이므로 이를 수요처로 그대로 공급할 수는 없다. 따라서 압력조절밸브(PCV)를 통해 적절한 압력으로 감압하여 공급하는데, 감압과정에서는 1kg/cm² 감압시마다 0.56℃의 온도강하가 발생한다. 따라서, 매설배관, 정압기 및 하류측 계기류에 결빙 현상이 발생하여 가스공급라인의 가스공급 안정성 및 안전성이 저하되는 문제가 발생한다.

따라서 상기 감압과정에서 온도강하로 인한 결빙이 발생하지 않도록 가스히터를 이용하여 미리 예열을 실시한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 가스히터는 상부의 열교환부(10)와, 하부의 연소실(20)을 포함한다.

상기 열교환부(10)에는 엘엔지(LNG)가 경유하는 튜브번들(11)이 설치되고, 나머지 빈 공간에는 물이 충진된다.

상기 연소실(20)은 원통관 형상으로 이루어지고, 일측에 연소장치(buner)가 설치되는데, 연소실(20)의 반경방향 중심으로 유입된 연료공급관(40)의 단부에 분사노즐(45)이 설치되고, 상기 연료공급관(40)에서 상기 분사노즐(45)의 후방에 원추형 보염판(50)이 설치된 구성이다.

따라서, 상기 연료공급관(40)을 통해 연료(감압된 엘엔지 배관으로부터 엘엔지를 공급받는다.)를 공급하고, 분사노즐(45)을 통해 배출될 때 분사노즐(45)의 내부에 구비된 점화장치를 점화하여 연소가 이루어지도록 한다.

따라서, 연소열에 의해 열교환부(10)의 물이 가열됨으로써 튜브번들(11)을 경유하는 엘엔지에 열을 공급하여 엘엔지의 감압전 예열을 실시할 수 있었다.

이때 보다 활발한 연소를 통하여 발열량을 증가시킬 수 있도록 송풍기(30)를 설치하여 강제로 공기를 불어넣어 주는데, 상기 송풍기(30)에 의해 상기 화염이 고속 기류 속에 놓여지게 되므로 분사노즐(45)에 화염(F)이 안정적인 정착상태를 유지할 수 있도록 상기 고속 기류의 영향을 상기 보염판(50)이 차단해주게 된다.

한편, 종래 가스히터의 연소장치는 연소실(20)의 반경방향 중앙으로 하나의 연료공급관(40)이 설치되고, 그 단부에 설치된 분사노즐(45)에서 분사되는 연료에 착화가 이루어져 화염(F)이 형성되므로 하나의 화염만이 형성되어 발열량이 충분치 못하고, 또한 불완전 연소되는 연료량이 많아 연소효율이 저하될 뿐만 아니라 미연소 연료량도 많아서 연료의 소비량이 증가되는 문제점이 있었다.

또한, 상기 보염판(50)은 고속기류의 영향을 차단하여 단순히 화염 정착상태 유지 기능만을 수행할 뿐 그 외의 기능은 수행하지 않는다는 점에서 장치의 구성 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로, 화염이 연소실의 전영역에 걸쳐 형성됨으로써 불완전 연소율이 감소하여 연소효율이 향상되고 미연소 연료량이 감소되어 연료 사용량이 감소되며, 발열량이 증가하여 엘엔지 가열성능이 향상될 수 있도록 된 가스히터의 연소장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

연소실의 반경방향 중앙에 설치된 보염판지지로드와;

상기 보염판지지로드의 단부에 설치된 보염판과;

상기 보염판을 관통하여 연소실의 내주면에 인접하여 설치되는 다수의 연료공급관과;

상기 연료공급관의 단부에 설치된 분사노즐;

을 포함한다.

또한, 상기 보염판의 테두리에 원주방향으로 등간격마다 연료공급관홀이 형성되고, 상기 연료공급관이 상기 연료공급관홀을 통과하는 상태로 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 보염판의 내부에 원주방향으로 다수의 선단들림날개가 연이어 형성되고, 상기 연료공급관홀의 사이에 단차날개가 형성되며, 상기 선단들림날개의 하부에 토출공이 형성되고, 상기 단차날개의 사이에 단차홀이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 보염판의 내부에 방사상으로 직선형 슬릿이 형성되고, 상기 연료공급관홀의 사이에 단순 평면형 차단판이 형성되며, 상기 차단판에는 다수의 관통홀이 형성된 것을 특징으로 한다.

이상 설명한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 의하면,

연소실의 내주면을 따라 등간격으로 배치된 연료공급관의 분사노즐에서 발생한 개별 화염이 혼합되어 복합화염을 이룸으로써 연소실의 반경방향 전 영역에 화염이 형성된다.

따라서, 연료의 불완전 연소 및 미연소량이 감소되어 연소 효율이 향상되고 연료 사용량이 감소된다.

또한, 화염으로부터 열교환부로의 열전달량이 증가하여 엘엔지 예열성능이 향상된다.

한편, 상기 보염판에 선단들림날개나 단차날개를 형성하여 난류를 형성함으로써 연소의 활성화를 도모할 수 있다.

또한, 상기 보염판에 직선형 슬릿과 관통홀을 형성함으로써 직진성을 향상시켜 화염의 길이를 증가시킴으로써 기존에 화염이 닿지 않는 안쪽 부분까지 직접 화염의 접촉에 의한 가열이 이루어질 수 있다. 또한, 이 경우에는 연소 소음이 감소되는 효과도 있다.

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 연소장치가 설치된 가스히터의 개략도이고, 도 3은 연료공급관과 보염판의 설치상태 사시도이고, 도 4와 도 5는 보염판의 실시예들이다.

도시된 바와 같이, 가스히터의 상부에는 엘엔지가 경유하는 튜브번들(11)이 내장되고 그 나머지 공간에는 물이 충진된 열교환부(10)가 형성되고, 하부에는 연소장치를 갖추어 연료를 연소시켜 화염(F)을 형성하는 연소실(20)이 형성된다.

또한, 송풍기(30)가 구비되어 상기 연소실(20)로 강제 송풍을 실시함으로써 연소실(20)로 공급되는 연료의 연소에 충분한 공기(산소)를 공급할 수 있도록 되어 있다.

본 발명에 따른 상기 연소장치는, 연소실(20)의 반경방향 중앙에 설치된 보염판지지로드(60)와, 상기 보염판지지로드(60)의 단부에 설치되는 원판형 보염판(50)과, 상기 보염판(50)을 관통하여 연소실(20)의 내주면 쪽에 위치되는 다수의 연료공급관(40)과, 상기 연료공급관(40)의 단부에 설치된 분사노즐(45)을 포함한다.

상기 보염판지지로드(60)는 단순한 원판형 파이프 형상으로 이루어져 있으며, 단부에 상기 보염판(50)의 중앙 부분이 장착되어, 보염판(50)의 설치 위치를 유지한다.

상기 보염판(50)은 연소실(20)의 내경보다 작은 직경으로 형성되어 연소 실(20)의 내부에 설치될 수 있으며, 연소실(20)의 단면을 차단한다. 단, 몸체에 형성된 다수의 구멍들을 통해 연소에 충분한 공기량은 통과시킨다.

한편, 상기 보염판(50)은 테두리에 원주방향으로 등간격마다 연료공급관홀(51,51′;도 4,5 참조)이 형성된다.

따라서, 도 3과 같이 상기 연료공급관(40)들이 상기 연료공급관홀(51,51′)을 통과하여 설치된다.

상기와 같이 다수의 연료공급관(40)들이 연소실(20)의 내주면에 인접하여 원주방향으로 등간격마다 설치됨으로써 그들 각각의 단부에 설치된 분사노즐(45)을 통해 분사되는 연료가 연소실(20)의 반경방향 면적 전체에 걸쳐 분사될 수 있게 된다.

또한, 상기와 같이 연료공급관(40)이 설치되고 각 연료공급관(40)의 분사노즐(45)마다 화염이 형성됨으로써 연소실(20) 내에 형성되는 화염(F)은 상기 개별 화염이 합쳐진 복합화염으로 형성된다.

즉, 화염(F)이 연소실(20)의 반경방향 면적 전체에 걸쳐 형성된다.

따라서, 분사되는 연료중 미연소되는 연료의 양이 감소되어 연료소비량이 감소되고, 연소효율이 향상된다.

또한, 화염(F)이 연소실(20) 내주면에 직접 접촉하여 열을 전달하게 되므로 전열성능이 향상되어 열교환부(10)로의 열전달량이 증가되며, 이에 튜브번들(11) 내부를 흐르는 엘엔지 가열성능이 향상된다.

따라서, 보다 적은 양의 연료로 보다 효과적으로 엘엔지를 가열할 수 있게 된다.

한편, 상기 보염판(50)은 도 4에 도시된 바와 같이, 그 내부에 즉, 상기 보염판지지로드(60) 장착부를 중심으로 하는 인접 부분에 원주방향으로 선단들림날개(52)가 연이어 형성된다.

상기 선단들림날개(52)는 그 명칭과 같이 보염판(50)에 형성된 절개라인이 보염판이 형성하는 평면에 대해 상방으로 들려져 형성된 것으로, 절개라인의 상방들림에 의하여 각 선단들림날개(52)와 보염판 바디의 사이에는 토출공(52a)이 형성된다.

또한, 상기 보염판(40)은 상기 연료공급홀(51)들의 사이에 상호 간에 높이 차를 가지는 복수의 단차날개(53)가 형성된다. 이들 단차날개(53)의 사이에는 단차홀(53a)이 형성된다.

따라서, 송풍기(30)로부터 송풍된 공기는 상기 토출공(52a)과 단차홀(53a)을 통해 보염판(50)을 통과한다.

이때, 상기 공기 유동에는 상기 토출공(52a)을 통과할 때 상기 선단들림날개(52)의 저면을 따라 이동하면서 원주방향으로 선회력이 부여되고, 상기 단차홀(53a)을 통과할 때 상기 단차날개(53)의 저면을 따라 이동하면서 역시 원주방향으로 선회력이 부여된다.

따라서, 상기 선단들림날개(52)와 단차날개(53)의 방향을 다르게 형성하거나, 상기 단차날개(53)들 간의 방향을 다르게 형성함으로써 보염판(50)을 지나면서 공기유동에 난류를 형성할 수 있게 된다.

따라서, 분사되는 연료 입자가 연소실(20) 공간 전체적으로 균일하게 혼합될 수 있게 되므로 보다 활발한 연소가 가능하여 연소효율이 향상된다.

같은 작용에 의해 화염이 연소실(20)의 반경방향 전체에 걸쳐 형성될 수 있게 되므로 열교환부(10)로의 열전달량이 증가되어 엘엔지 가열성능이 향상된다.

한편, 도 5에는 또 다른 형태의 보염판(50′)이 도시되어 있다.

상기 보염판(50′) 역시 중앙부가 상기 보염판지지로드(60)에 장착되어 설치위치가 유지되고, 테두리 부분에 원주방향 등간격마다 연료공급관홀(51′)이 형성되어 연료공급관(40)이 연소실(20)의 내주면에 인접하여 원주방향으로 등간격마다 설치될 수 있게 된다.

상기 보염판(50′)은 그 내부에 즉, 상기 보염판지지로드(60) 장착부를 중심으로 하는 인접 부분에 방사상으로 직선형 슬릿(52′)이 형성되고, 상기 연료공급관홀(51′)의 사이에는 단순한 평면형 차단판(53′)이 형성되며, 상기 차단판(53′)에는 다수의 원형 관통홀(53a′)이 형성된 형상을 갖는다.

따라서, 송풍기(30)로부터 송풍되는 공기는 상기 슬릿(52′)과 관통홀(53′)을 통과하면서 흐름이 안정되어 직진성을 띠게 되며, 또한 좁은 틈을 통과하면서 오리피스 효과에 의해 가속이 이루어진다.

따라서, 분사노즐(45)로부터 분사된 연료입자가 연소실(20)의 길이방향으로 보다 멀리 이동하게 되므로 화염의 길이가 증가(A→B)하여 기존에 화염이 미치지 못하던 연소실(20)의 가장 안쪽 부분까지 직접 화염이 접촉하여 열을 전달할 수 있게 된다.

따라서, 열교환부(10)의 하부 전체 면적을 통해 열이 유입되므로 열교환부(10) 내부의 물을 전체적으로 균일하게 가열할 수 있게 됨으로써 튜브번들(11)을 통과하는 엘엔지를 튜브번들 전체에서 균일하게 가열할 수 있게 되며, 이에 엘엔지 예열 성능이 향상된다.

또한, 상기와 같이 선회력을 부여하지 않는 구조에 의하여 보염판(50′) 이후의 기류가 난류화되지 않음으로써 난류 형성시 발생하던 소음이 감소된다.

도 1은 종래 기술에 따른 연소장치가 설치된 가스히터의 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 연소장치가 설치된 가스히터의 개략도,

도 3은 연료공급관과 보염판의 설치상태 사시도,

도 4와 도 5는 보염판의 실시예이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 열교환부 11 : 튜브번들

20 : 연소실 30 : 송풍기

40 : 연료공급관 45 : 분사노즐

50,50′: 보염판 51,51′ : 연료공급관홀

52 : 선단들림날개 52a : 토출공

53 : 단차날개 53a : 단차홀

52′: 슬릿 53′: 차단판

53a′: 관통홀 60 : 보염판지지로드

Claims

연소실의 반경방향 중앙에 설치된 보염판지지로드와;

상기 보염판지지로드의 단부에 설치된 보염판과;

상기 보염판을 관통하여 연소실의 내주면에 인접하여 설치되는 다수의 연료공급관과;

상기 연료공급관의 단부에 설치된 분사노즐;

을 포함하는 가스히터의 연소장치.
청구항 1에 있어서,

상기 보염판의 테두리에 원주방향으로 등간격마다 연료공급관홀이 형성되고, 상기 연료공급관이 상기 연료공급관홀을 통과하는 상태로 설치된 것을 특징으로 하는 가스히터의 연소장치.
청구항 2에 있어서,

상기 보염판의 내부에 원주방향으로 다수의 선단들림날개가 연이어 형성되고, 상기 연료공급관홀의 사이에 단차날개가 형성되며, 상기 선단들림날개의 하부에 토출공이 형성되고, 상기 단차날개의 사이에 단차홀이 형성된 것을 특징으로 하는 가스히터의 연소장치.
청구항 2에 있어서,

상기 보염판의 내부에 방사상으로 직선형 슬릿이 형성되고, 상기 연료공급관홀의 사이에 단순 평면형 차단판이 형성되며, 상기 차단판에는 다수의 관통홀이 형성된 것을 특징으로 하는 가스히터의 연소장치.