KR20120070201A - 저녹스형 버너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저녹스형 버너에 관한 것으로서, 공기가 급기되는 급기 통로를 형성하며, 상기 연소실의 버너 장착공에 장착되는 버너 본체와; 상기 버너 본체의 중심부에 마련되어, 상기 급기 통로의 공기를 상기 연소실의 중심부로 분사하는 중앙 공기공급부와; 상기 연소실의 일부 배기가스가 유입되는 입구단과, 연료와 상기 입구단으로 유입된 배기가스를 혼합하여 상기 연소실로 분사하는 출구단과, 상기 입구단과 상기 출구단에 대해 점진적으로 단면적이 축소되는 형상을 가지며 상기 입구단과 상기 출구단을 연결하는 목부를 구비하고, 상기 중앙 공기공급부의 둘레를 따라 배치되는 복수의 벤츄리부와; 상기 목부가 상기 연소실보다 낮은 압력을 갖도록 상기 목부에 고속으로 연료를 토출하여, 상기 출구단으로 연료를 공급함과 동시에 상기 연소실의 일부 배기가스를 상기 입구단을 거쳐 상기 목부로 유입시키는 연료공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 추가적인 풍압 손실을 발생하지 않으며 연소실의 배기가스의 일부를 연료와 혼합하여, 연료 자체의 발열량을 낮춤과 동시에 화염의 온도를 낮추어, 써멀 녹스와 프롬프트 녹스의 발생을 감소시킬 수 있다.

Description

저녹스형 버너{LOW NITROGEN OXIDE BURNER}

본 발명은 저녹스형 버너에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연소실의 배기 가스의 일부를 연료에 혼합 연소하여, 질소산화물(NO_X)의 생성을 저감할 수 있는 저녹스형 버너에 관한 것이다.

일반적으로 질소산화물(NOx)은 연료에 존재하는 화학적으로 결합된 질소 성분이 연소과정에서 산화되어 생성되는 연료 질소산화물(Fuel NOx)과, 연소용 공기중의 질소가 고온에서 유리되어 연소용 공기중의 질소 분자를 산화시켜 생성하는 써멀 녹스(Thermal NOx)와, 탄화수소계열의 화석 연료가 고농도 상태로 고온 영역에 노출되었을 때 급속히 생성되는 프롬프트 녹스(Prompt NOx) 등으로 구분된다.

이러한 질소 산화물 중에서, 특히 연료 질소산화물은 연소기술에 의해 제어될 수 없고, 이에 따라 저녹스형 버너는 써멀 녹스와 프롬프트 녹스의 두 가지 질소산화물의 생성을 저감하는데 그 기술적 과제를 가지고 있다.

종래의 저녹스형 버너는 산소 포함비율도 매우 낮고, 화염의 온도보다 상대적으로 낮은 온도를 가져서 일종의 불활성 기체라 할 수 있는 배기가스를 연도와 연결한 공급관을 통하여 회수하여 화염에 혼입하는 장치가 고안된 배기가스 외부 재순환 방식(external flue gas recirculation)의 저녹스형 버너, 연소된 배기 가스가 연소실 내부에서 화염에 혼입되도록 고안된 배기 가스 내부 재순환 방식(internal flue gas recirculation)의 저녹스형 버너, 화염을 분할하여 화염 표면적을 극대화시켜 복사전열의 증대를 노린 분할화염버너, 화염 표면적을 증가시키기 위한 방법으로 화염을 막 형태로 만든 박막화염버너 등이 있으며, 이러한 종래의 저녹스형 버너는 화염의 온도 저감에 의해 써멀 녹스의 생성을 감소시키는 기술을 도모하여 왔다.

그러나, 본 출원인은 종래의 저녹스형 버너와는 달리, 연소실의 배기 가스 중의 일부를 연소 전의 연료에 혼합하여 연소하는 방식의 저녹스형 버너를 개발하기에 이르렀다.

본 발명의 목적은, 연소실의 배기가스의 일부를 연료와 혼합하여 연료를 희석시켜, 연료 자체의 발열량을 낮춤으로써 화염의 온도를 낮추어, 써멀 녹스와 프롬프트 녹스의 발생을 감소시킬 수 있는 저녹스형 버너를 제공한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 공기가 급기되는 급기 통로를 형성하며, 상기 연소실의 버너 장착공에 장착되는 버너 본체와; 상기 버너 본체의 중심부에 마련되어, 상기 급기 통로의 공기를 상기 연소실의 중심부로 분사하는 중앙 공기공급부와; 상기 연소실의 일부 배기가스가 유입되는 입구단과, 연료와 상기 입구단으로 유입된 배기가스를 혼합하여 상기 연소실로 분사하는 출구단과, 상기 입구단과 상기 출구단에 대해 점진적으로 단면적이 축소되는 형상을 가지며 상기 입구단과 상기 출구단을 연결하는 목부를 구비하고, 상기 중앙 공기공급부의 둘레를 따라 배치되는 복수의 벤츄리부와; 상기 목부가 상기 연소실보다 낮은 압력을 갖도록 상기 목부에 고속으로 연료를 토출하여, 상기 출구단으로 연료를 공급함과 동시에 상기 연소실의 일부 배기가스를 상기 입구단을 거쳐 상기 목부로 유입시키는 연료공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 저녹스형 버너를 제공한다.

여기서, 상기 출구단은 상기 중앙 공기공급부의 축선에 대해 경사를 이루는 복수의 연료분사공이 형성되고, 상기 연료분사공은 배기가스가 혼합된 연료를 상기 중앙 공기공급부를 통해 상기 연소실로 분사되는 공기를 향해 분사하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 중앙 공기공급부에 마련되어, 상기 연소실로 분사되는 공기를 선회시키는 스월러를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 각 벤츄리부의 출구단과 상기 버너 장착공 사이에 배치되어, 상기 연소실의 일부 배기가스를 상기 각 벤츄리부의 입구단으로 안내함과 동시에 상기 급기 통로의 일부 공기를 상기 연소실로 안내하는 레지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 연소실의 배기 가스 중의 일부를 연소 전의 연료에 혼합하여 연료의 발열량을 낮춤으로써, 화염의 온도가 낮아져 써멀 녹스를 감소시킬 수 있고, 또한 연소되는 연료가 희석되어 프롬프트 녹스를 감소시킬 수 있다. 그리고, 추가적인 외부 설비 없이 배기가스를 연료에 혼합할 수 있게 되어, 풍압 손실이 추가로 발생하지 않아 동일한 송풍기를 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 저녹스형 버너의 구조를 보여주는 단면도,
도 2는 도 1의 일 측면도이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 1 및 도 2에는 본 발명에 따른 저녹스형 버너가 도시되어 있다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 저녹스형 버너는, 버너 본체(11)와, 연소실(5)의 중심부로 공기를 분사하는 중앙 공기공급부(21)와, 중앙 공기공급부(21)의 둘레를 따라 배치되는 복수의 벤츄리부(31)와, 벤츄리부(31)에 고속으로 연료를 토출하는 연료공급부(41)를 포함한다.

버너 본체(11)는 연소실(5)의 버너 장착공(7)에 장착되며, 버너 본체(11)의 내부에는 송풍기(미도시)를 통해 공기가 급기되는 급기 통로(13)가 형성되어 있다. 한편, 버너 본체(11)의 급기 통로(13)를 유동하는 공기는, 중앙 공기공급부(21)를 통해 스월러(23)로 분사되는 1차공기와, 이 스월러(23)와 후술할 레지스터(45) 안쪽 각 벤추리부(31)의 출구단(35) 사이를 통해 연소실(5)로 분사되는 2차공기로 분배되어, 연소실(5)로 공급된다.

중앙 공기공급부(21)는 버너 본체(11)의 중심부에 배치되어 급기 통로(13)의 일부 공기를, 즉 1차공기를 연소실(5)로 분사한다.

연소실(5)을 향하는 중앙 공기공급부(21)의 선단부에는 연소실(5)로 분사되는 1차공기를 선회시키는 스월러(23, swirller)가 더 마련되어 있다. 스월러(23)는 공기의 유동을 안내하는 복수의 가이드(25)를 가지며, 각 가이드(25)는 중앙 공기공급부(21)의 내주를 따라 방사상으로 배치되어 있다. 또한, 중앙 공기공급부(21)를 통해 연소실(5)로 분사되는 공기의 선회를 증대시키기 위해, 각 가이드(25)는 중앙 공기공급부(21)의 축선에 대해 경사를 이루는 것이 바람직하다.

벤츄리부(31)는 연소실(5)의 일부 배기가스가 유입되는 입구단(33)과, 연료와 입구단(33)으로 유입된 배기가스를 혼합하여 연소실(5)로 분사하는 출구단(35)과, 입구단(33)과 출구단(35)에 대해 점진적으로 단면적이 축소되는 형상을 가지며 입구단(33)과 출구단(35)을 연결하는 목부(39)를 포함한다. 각 벤츄리부(31)는 중앙 공기공급부(21)의 둘레를 따라 방사상으로 등간격으로 배치되어 있다. 본 실시예에서는 벤츄리부(31)의 수량이 6개인 것으로 도시되어 있지만, 벤츄리부(31)의 수량은 이에 한정되지 않는다.

출구단(35)은 출구단(35)의 선단부가 연소실(5)을 향하도록, 목부(39)의 단부로부터 'U'자 형상으로 절곡 연장되어 있다. 출구단(35)의 선단부에는 혼합된 연료와 배기가스를 연소실(5)로 분사하는 복수의 연료분사공(37)이 형성되어 있다.

각 연료분사공(37)은 중앙 공기공급부(21)의 축선에 대해 경사지게 형성되며, 중앙 공기공급부(21)를 통해 연소실(5)로 분사되는 1차공기를 향해 배기가스가 혼합된 연료를 분사한다. 이에, 연료분사공(37)으로부터 분사되는 배기가스가 혼합된 연료와 중앙 공기공급부(21)로부터 분사되는 1차공기와의 접촉을 증대시켜 연소 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

연료공급부(41)는 내부에 연료가 유동하는 파이프 형상을 가지며, 그 선단부에는 급격하게 단면적이 축소되어 벤츄리부(31)의 목부(39)로 연료를 토출하는 연료토출공(43)이 형성되어 있다. 연료공급부(41)는, 목부(39)가 연소실(5)보다 낮은 압력을 갖도록, 목부(39)에 고속으로 연료를 토출하여, 출구단(35)으로 연료를 공급함과 동시에 연소실(5)의 일부 배기가스를 입구단(33)을 거쳐 목부(39)로 유입시킨다.

또한, 본 발명에 따른 저녹스형 버너는 각 벤츄리부(31)의 출구단(35)과 연소실(5)의 버너 장착공(7) 사이에 배치되는 레지스터(45)를 더 포함한다. 레지스터(45)는 각 벤츄리부(31)의 입구단(33)으로부터 연장 형성되어, 연소실(5)의 일부 배기가스를 각 벤츄리부(31)의 입구단(33)으로 안내함과 동시에, 급기 통로(13)의 일부 공기, 즉 2차공기를 연소실(5)로 안내하는 역할을 한다. 특히, 레지스터(45)와 각 벤츄리부(31)의 출구단(35) 사이를 유동하는 2차공기는 연소실(5)의 불완전 연소를 해소하기 위해 연소실(5)로 공급된다.

여기서, 미설명된 참조부호 17은 급기 통로(13)를 유동하는 공기의 유량을 제어하는 댐퍼이다.

이러한 구성에 의하여, 중앙 공기공급부(21)를 통해 연소실(5)로 분사되는 공기와 함께 연료공급부(41)를 통해 공급되는 연료를 착화하여 연소실(5)의 중심부에 화염을 발생하면, 연소실(5)에 배기가스가 발생한다.

이 때, 벤츄리부(31)의 목부(39)를 향해 연료공급부(41)의 연료토출공(43)로부터 연료가 고속으로 토출되면, 목부(39)의 연료 토출영역에는 연소실(5)보다 상대적으로 낮은 압력이 발생하게 된다. 즉, 목부(39)의 연료 토출 속도가 매우 빨라지면 베르누이 원리에 의하여 목부(39)의 압력은 주변의 압력보다 낮아지게 된다.

이에, 연료공급부(41)의 연료토출공(43)로부터 연료가 고속으로 토출됨에 따라 목부(39)의 압력은 주변의 압력보다 낮아져, 연소실(5)의 중심 화염부 주위의 일부 배기가스가 벤츄리부(31)의 입구단(33)을 거쳐 목부(39)로 저절로 유입된다.

그리고, 목부(39)로 유입된 배기가스는 연료공급부(41)를 통해 목부(39)에 토출된 연료와 혼합되어, 출구단(35)의 연료분사공(37)을 통해 연소실(5)로 분사된다.

이로써, 본 발명에 따른 저녹스형 버너는 연소실(5)의 일부 배기 가스를 연소 전의 연료에 혼합하여 연료의 발열량을 낮춤으로써, 연소시 화염의 온도를 낮출 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 저녹스형 버너는, 연소실(5)에 체류하고 있는 발열량이 없는 성분들로 이루어진 배기 가스의 일부를 연료에 혼합하여 연료의 발열량을 낮춤으로써 화염의 온도가 낮아져, 연소용 공기 중의 질소가 고온에서 유리되어 발생하는 써멀 녹스의 발생을 감소시킬 수 있게 된다.

또한, 연소실(5) 내에 체류하고 있는 배기가스의 일부를 연료에 혼합하여 고농도의 연료를 희석함으로써, 단순히 배기가스를 화염이나 연소용 공기에 혼합하는 방식만으로는 달성할 수 없는 프롬프트 녹스의 발생을 감소시킬 수 있게 된다.

그리고, 연료공급부(41)의 연료토출공(43)을 통해 벤츄리부(31)의 목부(39)로 연료가 고속으로 토출됨에 따라, 베르누이의 원리에 의해 목부(39)보다 상대적으로 압력이 높은 연소실(5)에 체류하고 있는 배기가스의 일부가 벤츄리부(31)의 입구단(33)을 거쳐 목부(39)로 유입되어 목부(39)로 토출된 연료와 혼합되므로, 새로운 설비를 추가하지 않더라도 연소실(5)의 일부 배기가스를 연소실(5)로 원활하게 재순환할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 저녹스형 버너는, 배기가스가 혼합되는 곳에 공기 흐름을 방해하는 저항이 없는 배기가스 재순환 방식을 가지므로, 공기의 압력 손실이 발생하지 않게 되어 기존의 송풍기의 풍압을 높이지 않으며 사용할 수 있게 되어, 이는 저녹스 버너의 보급에 있어 매우 유리하다.

본 발명은, 본 발명에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환 변형이 가능하므로 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.

5: 연소실 7: 버너 장착공
11: 버너 본체 13: 급기 통로
17: 댐퍼 21: 중앙 공기공급부
23: 스월러 25: 가이드
31: 벤츄리부 33: 입구단
35: 출구단 37: 연료분사공
39: 목부 41: 연료공급부
43: 연료토출공 45: 레지스터

Claims (4)

1. 공기가 급기되는 급기 통로를 형성하며, 상기 연소실의 버너 장착공에 장착되는 버너 본체와;
   상기 버너 본체의 중심부에 마련되어, 상기 급기 통로의 공기를 상기 연소실의 중심부로 분사하는 중앙 공기공급부와;
   상기 연소실의 일부 배기가스가 유입되는 입구단과, 연료와 상기 입구단으로 유입된 배기가스를 혼합하여 상기 연소실로 분사하는 출구단과, 상기 입구단과 상기 출구단에 대해 점진적으로 단면적이 축소되는 형상을 가지며 상기 입구단과 상기 출구단을 연결하는 목부를 구비하고, 상기 중앙 공기공급부의 둘레를 따라 배치되는 복수의 벤츄리부와;
   상기 목부가 상기 연소실보다 낮은 압력을 갖도록 상기 목부에 고속으로 연료를 토출하여, 상기 출구단으로 연료를 공급함과 동시에 상기 연소실의 일부 배기가스를 상기 입구단을 거쳐 상기 목부로 유입시키는 연료공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 저녹스형 버너.
2. 제1항에 있어서,
   상기 출구단은 상기 중앙 공기공급부의 축선에 대해 경사를 이루는 복수의 연료분사공이 형성되고, 상기 연료분사공은 배기가스가 혼합된 연료를 상기 중앙 공기공급부를 통해 상기 연소실로 분사되는 공기를 향해 분사하는 것을 특징으로 하는 저녹스형 버너.
3. 제1항에 있어서,
   상기 중앙 공기공급부에 마련되어, 상기 연소실로 분사되는 공기를 선회시키는 스월러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저녹스형 버너.
4. 제1항에 있어서,
   상기 각 벤츄리부의 출구단과 상기 버너 장착공 사이에 배치되어, 상기 연소실의 일부 배기가스를 상기 각 벤츄리부의 입구단으로 안내함과 동시에 상기 급기 통로의 일부 공기를 상기 연소실로 안내하는 레지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저녹스형 버너.

Images