KR20130061167A - 저녹스형 버너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저녹스형 버너에 관한 것으로서, 공기가 급기되는 급기 통로를 형성하며, 연소실의 버너 장착공에 장착되는 버너 본체와; 상기 버너 본체의 중심부에 배치되어, 연료와 상기 급기 통로의 공기를 함께 분사하며, 상기 연소실의 중심부에 화염을 발생하는 중앙 노즐부와; 상기 버너 장착공에 삽입되는 아우터 브라스트 튜브와; 상기 연소실의 일부 배기가스가 상기 버너 본체로 유입되는 유입로와, 상기 유입로로 유입된 배기가스와 상기 급기 통로의 일부 공기가 상기 연소실로 배출되는 배출로를 형성하며, 상기 아우터 브라스트 튜브와 상기 중앙 노즐부 사이에 배치되는 레지스터와; 상기 레지스터와 상기 중앙 노즐부 사이의 간격보다 작은 간격을 가지며 상기 중앙 노즐부의 둘레를 따라 배치되어, 상기 레지스터와 상기 중앙 노즐부 사이를 유동하는 공기의 유속을 증대시키는 유속 증대부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 연소실의 배기가스의 일부를 연소용 공기와 혼합하여 연료와 함께 연소함으로써, 화염의 온도를 낮추며, 연소실에 국부적인 고온 영역의 발생을 억제하여, 써멀 녹스의 발생을 감소시킬 수 있다.

Description

저녹스형 버너{LOW NITROGEN OXIDE BURNER}

본 발명은 저녹스형 버너에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연소실의 배기 가스의 일부를 연소용 공기에 혼합하여 연료와 함께 연소하여, 질소산화물(NOX)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, 화염온도보다 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 화염 온도 저감에 의해 써멀 녹스의 생성을 감소시키는 기술을 도모하여 왔다.

그러나, 본 출원인은 종래의 저녹스형 버너와는 달리, 연소실의 배기 가스 중의 일부를 연소용 공기에 혼합하여 연료와 함께 연소하는 방식의 저녹스형 버너를 개발하기에 이르렀다.

본 발명의 목적은, 연소실의 배기가스의 일부를 연소용 공기와 혼합하여 연료와 함께 연소함으로써, 화염의 온도를 낮추며, 연소실에 국부적인 고온 영역이 발생하는 것을 억제하고, 써멀 녹스의 발생을 감소시킬 수 있는 저녹스형 버너를 제공한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 공기가 급기되는 급기 통로를 형성하며, 연소실의 버너 장착공에 장착되는 버너 본체와; 상기 버너 본체의 중심부에 배치되어, 연료와 상기 급기 통로의 공기를 함께 분사하며, 상기 연소실의 중심부에 화염을 발생하는 중앙 노즐부와; 상기 버너 장착공에 삽입되는 아우터 브라스트 튜브와; 상기 연소실의 일부 배기가스가 상기 버너 본체로 유입되는 유입로와, 상기 유입로로 유입된 배기가스와 상기 급기 통로의 일부 공기가 상기 연소실로 배출되는 배출로를 형성하며, 상기 아우터 브라스트 튜브와 상기 중앙 노즐부 사이에 배치되는 레지스터와; 상기 레지스터와 상기 중앙 노즐부 사이의 간격보다 작은 간격을 가지며 상기 중앙 노즐부의 둘레를 따라 배치되어, 상기 레지스터와 상기 중앙 노즐부 사이를 유동하는 공기의 유속을 증대시키는 유속 증대부를 포함하는 것을 특징으로 하는 저녹스형 버너를 제공한다.

여기서, 상기 중앙 노즐부는, 상기 버너 본체의 중심부에 마련되어 상기 급기 통로의 공기를 상기 연소실로 분사하는 중앙 공기공급부와, 상기 중앙 공기공급부에 대해 방사상으로 배치되어 상기 연소실로 연료를 분사하는 복수의 연료분사공이 형성된 복수의 중앙 연료공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 복수의 연료분사공은 상기 중앙 공기공급부의 축선에 대해 경사지게 형성되어, 상기 중앙 공기공급부를 통해 상기 연소실로 분사되는 공기를 향해 연료를 분사하는 것을 특징으로 한다.

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

상기 레지스터는, 일정 크기의 직경을 갖는 속이 빈 원통형상의 레지스터 본체와, 상기 레지스터 본체의 일단부로부터 점진적으로 직경이 증가하도록 연장되어 상기 버너 본체에 인입되는 연장 튜브와, 상기 레지스터 본체의 타단부로부터 점진적으로 직경이 증가하도록 연장되어 상기 연소실로 인입되는 인너 브라스트 튜브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 유속 증대부를 지지하며 상기 유입로로 유입된 배기가스를 상기 배출로로 안내하는 써포트를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 연소실의 배기가스의 일부를 연소용 공기와 혼합하여 연료와 함께 연소함으로써, 화염의 온도를 낮추며, 연소실에 국부적인 고온 영역이 발생하는 것을 억제하고, 써멀 녹스의 발생을 감소시킬 수 있다. 또한, 추가적인 외부 설비 없이 배기가스를 연소용 공기에 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 중심부에 화염을 발생하는 중앙 노즐부(21)와, 아우터 브라스트 튜브(37)와, 아우터 브라스트튜브(37)와 중앙 노즐부(21) 사이에 배치되는 레지스터(41)와, 레지스터(41)와 중앙 노즐부(21) 사이를 유동하는 공기의 유속을 증대시키는 유속 증대부(51)를 포함한다.

버너 본체(11)는 연소실(5)의 버너 장착공(7)에 장착되며, 버너 장착공(7)에는 아우터 브라스트 튜브(37)가 삽입되어 있다. 아우터 브라스트 튜브(37)의 일측 둘레는 연소실(5)의 배기가스가 버너 본체(11)로 원활하게 유입되도록, 후술할 레지스터(41)의 인너 브라스트 튜브(45)에 대응하여 부분 절취되어 있다.

또한, 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, 후술할 스월러(31, swirller)로 분사되는 1차공기와, 이 스월러(31)와 레지스터(41) 사이를 통해 연소실(5)로 분사되는 2차공기로 분배되어, 연소실(5)로 공급된다.

중앙 노즐부(21)는 버너 본체(11)의 중심부에 배치되어 연소실(5)로 공급되는 연료와 공기의 일부, 즉 1차공기를 함께 분사하며, 연소실(5)의 중심부에 화염을 발생하는 역할을 한다. 중앙 노즐부(21)는, 버너 본체(11)의 중심부에 마련되어 급기 통로(13)의 공기를 연소실(5)로 분사하는 중앙 공기공급부(23)와, 중앙 공기공급부(23)에 대해 방사상으로 배치되는 복수의 중앙 연료공급부(25)를 포함한다. 각 중앙 연료공급부(25)는 원둘레를 이루며 중앙 공기공급부(23)를 둘러싸고, 이에 중앙 노즐부(21)는 전체적으로 원둘레를 갖는 단면형상을 가진다.

연소실(5)을 향하는 각 중앙 연료공급부의 선단에는 연소실(5)로 연료를 분사하는 복수의 연료분사공(27)이 마련되어 있다. 각 연료분사공(27)은 중앙 공기공급부(23)의 축선에 대해 경사지게 형성되어, 중앙 공기공급부(23)를 통해 연소실(5)로 분사되는 1차공기를 향해 연료를 분사한다. 이에, 연료분사공(27)으로부터 분사되는 연료와 중앙 공기공급부(23)로부터 분사되는 1차공기와의 접촉을 증대시켜, 연소 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 연소실(5)을 향하는 중앙 공기공급부(23)의 선단에는 연소실(5)로 분사되는 1차공기를 선회시키는 스월러(31)가 더 마련되어 있다. 스월러(31)는 공기의 유동을 안내하는 복수의 가이드(33)를 가지며, 각 가이드(33)는 중앙 공기공급부(23)의 내주를 따라 방사상으로 배치되어 있다. 또한, 중앙 공기공급부(23)를 통해 연소실(5)로 분사되는 공기의 선회를 증대시키기 위해, 각 가이드(33)는 중앙 공기공급부(23)의 축선에 대해 경사를 이루는 것이 바람직하다.

레지스터(41)는 일정 크기의 직경을 갖는 속이 빈 원통형상의 레지스터 본체(43)와, 레지스터 본체(43)의 일단부로부터 점진적으로 직경이 증가하도록 연장되어 버너 본체(11)에 인입되는 연장 튜브(44)와, 레지스터 본체(43)의 타단부로부터 점진적으로 직경이 증가하도록 연장되어 연소실(5)로 인입되는 인너 브라스트 튜브(45)를 포함한다.

본 실시예에서의 레지스터(41)는 레지스터 본체(43)를 사이에 두고 연장 튜브(44)와 인너 브라스트 튜브(45)가 대칭되게 형성되어 있지만, 레지스터(41)의 형상은 이에 한정되지 않는다.

또한, 레지스터(41)는 레지스터(41)의 외주면과 아우터 브라스트 튜브(37) 사이에 연소실(5)의 일부 배기가스가 버너 본체(11)로 유입되는 유입로(47)를 형성하고, 레지스터(41)의 내주면과 중앙 노즐부(21)의 외주면 사이에 유입로(47)로 유입된 배기가스와 급기 통로(13)의 일부 공기가 연소실(5)로 배출되는 배출로(49)를 형성한다. 레지스터(41)의 연장 튜브(44)는 버너 본체(11)에 인입되고, 인너 브라스트 튜브(45)는 연소실(5)에 인입되어 있다.

유속 증대부(51)는 버너 본체(11)에 위치하는 레지스터(41)의 연장 튜브(44)와 중앙 노즐부(21) 사이에 마련된다. 유속 증대부(51)는 연장 튜브(44)와 평행을 이루며, 유속 증대부(51)의 선단(53)은 레지스터 본체(43)와 중앙 노즐부(21) 사이의 간격보다 작은 간격으로 중앙 노즐부(21)의 둘레 영역을 따라 배치된다. 이에, 유속 증대부(51)에 의해 레지스터(41)의 연장 튜브(44)와 중앙 노즐부(21) 사이의 단면이 급격하게 작아지게 되어, 유속 증대부(51)의 선단(53) 영역에서의 2차공기의 유속이 증대하게 된다.

유속 증대부(51)는 써포트(55)에 지지되며, 써포트(55)는 연장 튜브(44)와 간격을 두고 부분적으로 감싸도록 유속 증대부(51)로부터 절곡되어 연소실(5)의 측벽에 고정되는 아우터 브라스트 튜브(37)로 연장된다. 또한, 써포트(55)는 레지스터(41)의 유입로(47)로 유입된 배기가스를 방향 전환하여 배출로(49)로 유동하도록 안내한다.

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

이러한 구성에 의하여, 중앙 노즐부(21)를 통해 공급된 연료와 공기를 점화플러그(미도시)에 의해 점화하여 연소실(5)의 중심부에 화염을 발생하면, 연소실(5)에 배기가스가 발생한다.

이 때, 송풍기의 송풍에 의해 레지스터(41)와 중앙 노즐부(21) 사이를 유동하는 공기는 급격하게 단면적이 줄어드는 유속 증대부(51)의 선단(53) 영역에서 급격하게 유속이 증가하여, 유속 증대부(51)의 선단(53) 영역은 연소실(5)보다 상대적으로 낮은 압력이 발생하게 된다. 즉, 유속 증대부(51)의 선단(53) 영역에서의 2차공기의 유속이 빨라지면, 베르누이 원리에 의하여 유속 증대부(51)의 선단(53) 영역의 압력은 주변의 압력보다 낮아지게 되어, 연소실(5)의 중심 화염부 주위의 일부 배기가스는 레지스터(41)의 유입로(47)를 거쳐 유속 증대부(51)의 선단(53) 영역으로 저절로 유입된다.

그리고, 레지스터(41)의 유입로(47)로 유입된 배기가스는 써포트(55)에 의해 방향 전환되어 유속 증대부(51)의 선단(53) 영역에서 2차공기와 혼합되어, 레지스터(41)의 배출로(49)를 따라 연소실(5)로 분사된다.

이로써, 본 발명에 따른 저녹스형 버너는 연소실(5)의 일부 배기 가스를 연소용 공기와 혼합하여 연료와 함께 연소함으로써, 화염의 온도를 낮추며, 연소실(5)에 국부적인 고온 영역이 발생하는 것을 억제할 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 저녹스형 버너는, 연소실(5)에 체류하고 있는 발열량이 없는 성분들로 이루어진 배기 가스의 일부를 연소용 공기에 혼합하여 연소실(5)에 공급함으로써, 화염의 온도가 낮아져 연소용 공기가 화염의 부피 전체에 걸쳐 보다 균일하게 작용하여, 연소실(5)에 국부적으로 화염의 온도가 1370℃ 이상인 영역의 발생을 줄이며, 연소용 공기 중의 질소가 고온에서 유리되어 발생하는 써멀 녹스의 발생을 감소시킬 수 있게 된다.

또한, 레지스터(41)와 중앙 노즐부(21) 사이에 마련된 유속 증대부(51)에 의해 레지스터(41)와 중앙 노즐부(21) 사이를 유동하는 공기의 유속이 증대되어, 유속 증대부(51)의 영역보다 상대적으로 압력이 높은 연소실(5)에 체류하고 있는 배기가스의 일부가 베르누이의 원리에 의해 레지스터(41)의 유입로(47)를 거쳐 유속 증대부(51)로 유입되어 레지스터(41)와 중앙 노즐부(21) 사이를 유동하는 공기와 혼합되므로, 새로운 설비를 추가하지 않더라도 연소실(5)의 일부 배기가스를 연소실(5)로 원활하게 재순환할 수 있게 된다.

그리고, 본 발명에 따른 저녹스형 버너는, 배기가스가 혼합되는 곳에 공기 흐름을 방해하는 저항이 없는 배기가스 재순환 방식의 구조이므로, 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 노즐부
23: 중앙 공기공급부 25: 중앙 연료공급부
27: 연료분사공 31: 스월러
33: 가이드 37: 아우터 브라스트 튜브
41: 레지스터 43: 레지스터 본체
44: 연장 튜브 45: 인너 브라스트 튜브
47: 유입로 49: 배출로
51: 유속 증대부 53: 선단
55: 써포트

Claims (6)

1. 공기가 급기되는 급기 통로를 형성하며, 연소실의 버너 장착공에 장착되는 버너 본체와;
   상기 버너 본체의 중심부에 배치되어, 연료와 상기 급기 통로의 공기를 함께 분사하며, 상기 연소실의 중심부에 화염을 발생하는 중앙 노즐부와;
   상기 버너 장착공에 삽입되는 아우터 브라스트 튜브와;
   상기 연소실의 일부 배기가스가 상기 버너 본체로 유입되는 유입로와, 상기 유입로로 유입된 배기가스와 상기 급기 통로의 일부 공기가 상기 연소실로 배출되는 배출로를 형성하며, 상기 아우터 브라스트 튜브와 상기 중앙 노즐부 사이에 배치되는 레지스터와;
   상기 레지스터와 상기 중앙 노즐부 사이의 간격보다 작은 간격을 가지며 상기 중앙 노즐부의 둘레를 따라 배치되어, 상기 레지스터와 상기 중앙 노즐부 사이를 유동하는 공기의 유속을 증대시키는 유속 증대부를 포함하는 것을 특징으로 하는 저녹스형 버너.
2. 제1항에 있어서,
   상기 중앙 노즐부는,
   상기 버너 본체의 중심부에 마련되어 상기 급기 통로의 공기를 상기 연소실로 분사하는 중앙 공기공급부와,
   상기 중앙 공기공급부에 대해 방사상으로 배치되어 상기 연소실로 연료를 분사하는 복수의 연료분사공이 형성된 복수의 중앙 연료공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 저녹스형 버너.
3. 제2항에 있어서,
   상기 복수의 연료분사공은 상기 중앙 공기공급부의 축선에 대해 경사지게 형성되어, 상기 중앙 공기공급부를 통해 상기 연소실로 분사되는 공기를 향해 연료를 분사하는 것을 특징으로 하는 저녹스형 버너.
4. 제2항에 있어서,
   상기 중앙 공기공급부에 마련되어 상기 연소실로 분사되는 공기를 선회시키는 스월러를 포함하는 것을 특징으로 하는 저녹스형 버너.
5. 제1항에 있어서,
   상기 레지스터는,
   일정 크기의 직경을 갖는 속이 빈 원통형상의 레지스터 본체와,
   상기 레지스터 본체의 일단부로부터 점진적으로 직경이 증가하도록 연장되어 상기 버너 본체에 인입되는 연장 튜브와,
   상기 레지스터 본체의 타단부로부터 점진적으로 직경이 증가하도록 연장되어 상기 연소실로 인입되는 인너 브라스트 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 저녹스형 버너.
6. 제1항에 있어서,
   상기 유속 증대부를 지지하며 상기 유입로로 유입된 배기가스를 상기 배출로로 안내하는 써포트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저녹스형 버너.

Images