KR20160018760A - 연소 장치 - Google Patents

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KR20160018760A
KR20160018760A KR1020167000534A KR20167000534A KR20160018760A KR 20160018760 A KR20160018760 A KR 20160018760A KR 1020167000534 A KR1020167000534 A KR 1020167000534A KR 20167000534 A KR20167000534 A KR 20167000534A KR 20160018760 A KR20160018760 A KR 20160018760A
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아키라 바바
유키 곤도
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Abstract

미연분을 포함하는 연소 가스의 유량 분포에 따라서, 직진성과 확산성의 기능을 갖는 2 종류의 애프터 에어를, 상호 작용이 없도록 적절히 분할하여 혼합시켜, 미연분을 효과적으로 저감하는 것이 가능한 2단 연소용 버너의 하류측에 배치하는 애프터 에어 포트(AAP)로서, AAP(7)의 개구부(17) 내의 중앙부에 연직방향 높이가 수평방향 폭보다 큰 1차 애프터 에어(1) 공급용의 1차 노즐(5)을 마련하고, 해당 1차 노즐(5)의 외측의 개구부(17)에 2차 애프터 에어(11)를 공급하는 2차 노즐(14)을 마련하고, 해당 2차 노즐(14)의 출구부에 2차 애프터 에어(11)를 수평방향 좌우로 편향시켜 공급 가능하도록, 애프터 에어 포트 중심축(C0)에 대하여 고정 또는 가변 경사 각도를 갖는 1개 이상의 2차 애프터 에어 안내 날개(15)를 마련한 구성이다.

Description

연소 장치{COMBUSTION DEVICE}
본 발명은 애프터 에어 포트(after-air port), 해당 애프터 에어 포트를 구비한 보일러 등의 연소 장치에 관한 것이며, 특히, 연소 효율이 높은 저질소산화물(저NOx) 연소가 가능한 애프터 에어 포트에 관한 것이다.
버너로 공기 부족의 조건에서 연료를 연소시키고, 완전 연소에 필요한 나머지의 공기를 애프터 에어 포트로부터 공급하는, 이른바 2단 연소를 적용한 화로에 있어서는, 버너의 배치나 버너로부터의 연료 및 공기의 공급 방법에 따라서, 애프터 에어 포트부로 상승해가는 미연분(未燃分)을 포함하는 연소 가스의 유량 분포가 변화된다. 화로 출구에 있어서의 미연 카본이나 CO 등 가연분의 잔존을 억제하는데는, 애프터 에어 포트부로 상승해가는 연소 가스의 유량 분포에 따라서 적절하게 2단 연소용 공기를 공급하는 것이 중요하다.
도 14에 종래 기술에 있어서의 화로의 버너(6), 애프터 에어 포트(7a) 및 부 애프터 에어 포트(7b)의 배치와 노내 분류 형상의 예를 도시한다. 도 14의 (a)에는 버너(6), 애프터 에어 포트(7a) 및 부 애프터 에어 포트(7b)가 배치된 노벽의 정면도를 도시하며, 도 14의 (b)에는 화로 측면에서 본 버너(6), 애프터 에어 포트(7a) 및 부 애프터 에어 포트(7b)로부터 분출되는 연료나 공기의 분류 형상(측단면도)의 예를 도시하며, 도 14의 (c)에는 상부에서 본 애프터 에어 분류 형상을 도시하는 화로의 평단면도인 도 14의 (b)의 B-B선 화살표에서 본 도면을 도시한다.
도 14에 도시하는 화로에서는, 버너(6)를 4열 3단 대향으로 배치하고, 버너(6)의 상부에 애프터 에어 포트(7a)와, 애프터 에어 포트(7a)보다 약간 낮은 높이의 화로 측벽 근처에 부 애프터 에어 포트(7b)가 설치되어 있다. 화로 전방벽 및 후방벽에 설치된 대향하는 버너(6), 애프터 에어 포트(7a) 및 부 애프터 에어 포트(7b)로부터 분출된 연료나 공기는, 도 14의 (b) 및 도 14의 (c)에 도시하는 바와 같이, 화로의 깊이방향(전후방향)의 중앙부에서 충돌하며, 충돌 후에는 도 14의 (b)에 도시하는 바와 같이, 주로 상측을 향하여 흐른다. 이러한 화로 내의 유동의 결과, 도 14의 (b)의 A-A선 단면에 있어서의 애프터 에어 포트부 바로 아래의 화로 깊이방향 중앙부의 상승 가스 유량 분포는 도 15의 (a) 중의 실선으로 도시화는 형태가 되고, 도 14의 (b)의 A-A선 단면에 있어서의 화로 폭방향 중앙부의 상승 가스 유량 분포는 도 15의 (b) 중의 실선으로 도시하는 형태가 된다.
도 14의 (a)에 도시하는 대향하는 전후벽에 배치된 버너(6)로부터의 연료 및 공기의 분류는, 화로 깊이방향 중앙부에서 충돌하여 방향을 변경하지만, 화로의 가스 출구측인 상측을 향하는 흐름이 가장 커지기 때문에, 도 15의 (a) 중의 실선으로 도시하는 바와 같이, 버너 열의 바로 상부에서 가장 유량이 많고, 버너와 버너 사이 및 버너와 측벽 사이에서는 유량은 적어진다. 이러한 노내 유동의 결과, 화로 폭방향의 중앙부를 측벽측에서 본 유량 분포[도 15의 (b)]에 있어서는, 화로 깊이방향의 중앙부에서 가장 유량이 많고, 화로 전후벽 근방에서 유량이 낮은 분포가 된다.
상기의 화로 내의 상승 가스 유량 분포를 크게 분류하면, 화로 깊이방향 및 폭방향의 중앙부에서 유량이 비교적 많은 영역(A)[도 15의 (a) 및 (b)의 파선 테두리로 둘러싸인 부분]과, 전후벽 근방에서 비교적 유량이 적은 영역(C)[도 15의 (b)의 일점쇄선 테두리로 둘러싸인 부분], 측벽 근방에서 비교적 유량이 적은 영역(B)[도 15의 (a)에서 이점쇄선 테두리로 둘러싸인 부분]으로 나눌 수 있다. 전체 영역(A, B, C)에 대하여 적절한 유량과 적절한 운동량을 갖는 애프터 에어를 애프터 에어 포트(7a, 7b)로부터 공급하고, 각 영역 (A, B, C)에서 적절한 미연분과 공기의 비율로 혼합을 촉진시키는 것이, 화로 출구에서의 미연분의 잔존을 억제하기 때문에 중요하다.
특허문헌 1(일본 특허 공개 제 2007-192452 호 공보)에는, 석탄 등의 고체 연료용 연소 장치에 있어서, 애프터 에어 포트로부터 화로 내로 취출하는 애프터 에어의 방향을 수평방향으로 3분할 이상 분할하고, 해당 각 분할 에어의 방향이 서로 동일 방향이 되지 않도록 에어 분할 부재를 마련한 것을 특징으로 하는 보일러 장치가 개시되어 있다.
특허문헌 2(일본 특허 제 5028278 호 공보)에는, 미분탄 연소 보일러를 구성하는 화로를 구비하고, 이 화로를 형성하는 화로 벽면의 상류측에 연료의 미분탄과 공기를 화로 내에 공급하여 연소시키는 복수의 버너를 배치하고, 버너의 설치 위치보다 상측이 되는 화로 벽면에 공기를 공급하는 복수의 애프터 에어 포트를 배치하고, 이 애프터 에어 포트에는 공급 공기량이 많은 주 애프터 에어 포트와 공급 공기량이 적은 부 애프터 에어 포트를 각각 구비한 미분탄 연소 보일러의 발명이 개시되어 있다.
특허문헌 2에 기재된 발명은, 부 애프터 에어 포트는 주 애프터 에어 포트의 하류측이 되는 화로 벽면에 있어서, 주 애프터 에어 포트의 바로 위가 되는 화로 벽면의 위치에 배치되거나, 주 애프터 에어 포트의 상류측이 되는 화로 벽면에 있어서, 주 애프터 에어 포트의 바로 아래가 되는 화로 벽면의 위치에 배치되어 있으며, 부 애프터 에어 포트의 단면 중심이, 주 애프터 에어 포트의 단면 중심으로부터 주 애프터 에어 포트 구경의 1배 이상 5배 이하의 범위에 있으며, 주 애프터 에어 포트의 1개와 부 애프터 에어 포트의 1개를 1조로 하여, 적어도 상기 1조를 동일한 윈드 박스(wind box)에 접속하며, 해당 윈드 박스의 복수 개를 화로 벽면에 일방향으로 나열하여 설치한 미분탄 연소 보일러이다.
특허문헌 3(일본 특허 공개 제 1983-224205 호 공보)에 기재된 발명은, 2단 연소 또는 노내 탈질(denitration) 연소를 실행하는 OA 포트를 갖는 연소 장치에 있어서, 완전 연소를 실행시키는 OA 포트의 기능을 보다 충분하게 발휘시키도록, 최단부의 버너 열보다 측벽 근처에 소형의 보조 OA 포트를 배설(配設)하여, 측벽 근방으로의 공기의 공급을 개선하는 연소 기구를 구비하고, 해당 연소 기구에 있어서의 OA 포트를 선회 가능하게 하여, 그것에 의한 공기 흐름의 방향을 조절 가능하게 한 화로 출구 미연분 저감 기구를 갖는 연소 장치이다.
도 15 중의 이점쇄선 테두리로 도시하는 영역(B)의 측벽 근방에 있어서 2단 연소용 공기를 적절하게 공급하는 수단으로서 특허문헌 3의 보조 OA 포트를 구비한 구성으로 하는 것은 유효하다.
화로의 측벽 근방의 영역(B)으로의 공기 공급의 방법으로서는, 특허문헌 3에 기재된 발명과 같이 화로 전후벽에 설치된 측벽 근방의 개구부로부터 공급해도 좋고, 상기 측벽에 1개 이상 설치된 개구부로부터 공급해도 좋다. 또한, 측벽에 근접한 버너나 애프터 에어 포트로부터의 공기 유량을 기관 폭(화로 전체 폭) 방향의 중앙측에 위치하는 버너나 애프터 에어 포트로부터의 공기 유량에 비해 많이 공급함으로써, 측벽 근처의 공기를 증가시키는 것에 의해서도 동일한 미연분의 저감 효과가 얻어지는 경우가 있다.
특허문헌 4(일본 특허 공개 제 2001-355832 호 공보)에는 에어 포트 내의 공기 유로를 분할하는 통 형상의 슬리브를 마련하고, 해당 슬리브의 선단에 슬리브 외측으로 공기 유로의 흐름을 에어 포트 중심축보다 외측으로 확산시키는 배플을 장착하고, 슬리브의 확산부(spreading part)와 배플의 경사 각도를 동일하게 한 구성이 개시되어 있다. 이러한 구성에 의해 선회 발생기가 없어도 스로트의 확산부와 배플 선단의 경사 각도에 의해 공기 흐름을 확산시킬 수 있어, 에어 포트의 상류측의 버너로부터의 연소 가스와의 혼합률을 높일 수 있다는 발명이다.
특허문헌 5(미국 공개 특허 제 2012/174837 호 공보)에는, 에어 포트 내 출구의 에어의 흐름 방향을 변경할 수 있는 베인을 마련하여 애프터 에어의 화로 내에서의 방향을 변경할 수 있는 구성이 기재되어 있다.
또한, 특허문헌 6(일본 특허 제 2717959 호 공보)에는, 풍상(風箱)의 개구부로부터의 2차 에어를 노의 개구부로 이송시키기 위한 애프터 에어 구멍으로 하여, 챔버를 획정하는 길이방향의 도관을 갖고, 풍상으로부터의 2차 에어가 상기 챔버를 통과하여 노를 향하는 형식의 애프터 에어 구멍을 위한 다방향 에어 제어 장치가 개시되어 있다. 그리고 상기 챔버 내부에서, 도관에 대하여 해당 도관의 길이방향 축선과 직교하는 제 1 축선을 중심으로 하여 회전 가능하게 장착된 복수의 제 1 루버(louver)와, 상기 챔버 내부에서, 도관에 대하여 해당 도관의 길이방향 축선과 직교하고 또한 상기 제 1 루버와 직교하는 제 2 축선을 중심으로 하여 회전 가능하게 장착된 복수의 제 2 루버와, 제 1 루버 및 제 2 루버 각각을 회전시키는 것에 의해 노의 개구부를 관통하는 에어 플로우 방향을 제어하기 위한 수단을 포함하는, 다방향 에어 제어 장치가 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제 2007-192452 호 공보 일본 특허 제 5028278 호 공보 일본 특허 공개 제 1983-224205 호 공보 일본 특허 공개 제 2001-355832 호 공보 미국 공개 특허 제 2012/174837 호 공보 일본 특허 제 2717959 호 공보
특허문헌 1에 기재된 발명에 있어서는, 애프터 에어 포트 내 유로를 단순한 분할 부재(판)를 이용하여 애프터 에어 주류와 애프터 에어 부류로 분할하고, 애프터 에어의 수평방향으로의 확산이나 방향의 조정을 가능하게 하고 있다.
그렇지만, 분류 자체는 분출 전의 분할된 각 에어 유로 내에서 확산되고, 애프터 에어 포트를 나온 영역에 있어서는 일체의 흐름이 되기 때문에, 특허문헌 1의 명세서 단락 [0062]에도 기재되어 있는 바와 같이, 애프터 에어의 주류와 부류의 사이에는, 서로의 흐름을 제약하는 상호 작용이 있다. 이러한 상호 작용을 억제하기 위해서 주류와 부류의 유량 배분에 대해 규정하고 있지만, 근본적으로 상호 작용이 없어지는 것은 아니다. 즉, 애프터 에어에 직진성을 갖게 하기 위해서 애프터 에어 주류의 유량 혹은 유속을 상대적으로 증가시키면, 애프터 에어 부류는 애프터 에어 주류로 인입되어 확산이 작아지고, 화로 전후벽 근방의 미연 가스의 빠져나감이 증가된다. 반대로, 애프터 에어에 확산을 갖게 하기 위해서 애프터 에어 부류의 유량 혹은 유속을 상대적으로 증가시키면, 애프터 에어 주류는 애프터 에어 부류로 인입되어 직진성이 저하되고, 화로 중앙부의 미연 가스의 빠져나감이 증가한다. 또한, 직진성과 확산의 양쪽을 갖는 일체형의 분류는, 본질적으로 후술하는 바와 같이 버너측으로부터의 상승 가스 흐름의 영향을 받아서 상향으로 만곡되기 쉬운 특성을 갖고, 직진성이 중요한 2단 연소용 공기의 주류에는 적합하지 않는다.
애초에, 특허문헌 1에 기재된 발명은 애프터 에어 분류를 수평방향으로 약간 확산시켜 공급하는 것을 특징으로 하는 발명이지만, 애프터 에어 분류의 확산 경사 각도는 상한값을 갖는 것이며, 도 15의 (b)에 도시하는 일점쇄선 테두리(C)의 광역으로의 애프터 에어 공급을 고려한 것은 아니다.
특허문헌 2에 기재된 발명에 있어서는, 공급 공기량이 많은 주 애프터 에어 포트와 공급 공기량이 적은 부 애프터 에어 포트의 2 종류의 원형 애프터 에어 포트가 설치된다. 그 때문에 다음과 같은 문제점이 해결될 수 없다.
(a) 주 애프터 에어 포트의 출구 형상은 단면 원형이고, 후술하는 바와 같이, 버너측으로부터의 상승 가스 흐름의 영향을 받아 상향으로 만곡되기 쉬운 특성을 가지며, 직진성이 중요한 2단 연소용 공기의 주류로서는 개선의 여지가 있다.
(b) 주 애프터 에어 포트와 부 애프터 에어 포트의 2 종류를 복수단 설치하는 구성이며, 1 종류이고 일단의 애프터 에어 포트의 구성에 비해 비용이 비싸다.
(c) 복수단의 에어 포트 중에서 상측의 단에 위치하는 애프터 에어 포트로부터 화로 출구까지의 노내 가스 체류 시간이 하측의 단에 위치하는 애프터 에어 포트로부터 화로 출구까지의 노내 가스 체류 시간보다 짧아져, 미연분의 연소에 필요한 체류 시간을 확보할 수 없는 경우가 있다. 또는, 상기 특허문헌 2에 기재된 발명에서 필요한 체류 시간을 확보하고자 하면, 화로의 높이를 높게 할 필요가 생겨 비용이 비싸지는 경우가 있다.
특허문헌 3에 기재된 발명은 완전 연소를 실행시키는 주요한 OA 포트 이외에 화로 전후벽의 최단부의 버너 열보다 화로 측벽 근처에 소형의 보조 OA 포트를 배설하여, 측벽 근방으로의 공기의 공급을 개선하는 구성이며, 도 15의 (a) 영역(B)의 미연분을 저감하는데는 유효하지만, 도 15의 (b) 영역(C)의 화로 전후벽 근방의 미연분 저감에는 기여할 수 없다.
특허문헌 4는 통상의 버너의 하류측에 배치되는 에어 포트 내의 공기 유로를 넓히는 구성이며, 공기 분류에 확산을 부여하여 화로에 공급할 수 있지만, 적극적으로 화로 전후벽 근처의 공기를 증가시킴으로써 연소 가스의 미연분 저감의 효과가 얻어진다고 하는 구성은 아니다.
특허문헌 5에 기재된 발명은, 에어 포트 내의 출구에 있어서 에어의 흐름 방향을 적절하게 변경할 수 있다는 것뿐이고, 종래의 애프터 에어 노즐의 기능을 보충하는 구성이지만, 화로벽 근처의 애프터 에어의 부족을 보충하는 것까지는 배려되어 있지 않다.
특허문헌 6에 기재된 발명에는 이하에 나타내는 과제가 있다.
(1) 애프터 에어의 흐름을 수직방향 혹은 수평방향으로 편향시킬 수 있지만, 수평방향과 수직방향을 조합한 흐름의 형성에는 적합하지 않다.
(2) 수평방향의 양 방향으로의 확산을 형성하는 분류가 곤란하며, 도 3의 (b)에 도시하는 영역(C)과, 도 3의 (a) 및 (b)에서 도시하는 영역(A)의 양 방향에 분류를 공급하는데 적합하지 않다.
본원 발명의 과제는, 애프터 에어 공급 방법에 관한 상기 문제점을 배제하고, 미연분을 포함하는 연소 가스의 유량 분포에 따라서, 직진성과 확산성의 기능을 갖는 2 종류의 애프터 에어를, 상호 작용이 없도록 적절하게 분할하여 혼합시켜, 미연분을 효과적으로 저감하는 것이 가능한 애프터 에어 포트를 제공하여, 보다 높은 연소 성능을 달성하는 것이다.
상기 본 발명의 과제는 다음의 해결 수단으로 해결된다.
청구항 1에 기재된 발명은, 이론 공기량 이하의 공기량으로 연료를 연소시키는 버너를 화로 내에 배치하고, 해당 버너의 설치 위치보다 하류측의 화로에 공기를 공급하는 애프터 에어 포트를 배치한 연소 장치에 있어서, 애프터 에어 포트 개구부(17) 내의 중앙부에 연직방향 높이가 수평방향 폭보다 큰 1차 애프터 에어(1) 공급용의 1차 애프터 에어 노즐(5)을 마련하고, 해당 1차 애프터 에어 노즐(5)의 외측의 애프터 에어 포트 개구부(17)에 2차 애프터 에어(11)를 공급하는 2차 애프터 에어 노즐(14)을 마련하고, 해당 2차 애프터 에어 노즐(14)의 출구부에 2차 애프터 에어(11)를 수평방향 좌우로 편향시켜 공급 가능하도록, 애프터 에어 포트 중심축(C0)에 대하여 경사 각도를 갖는 1개 이상의 2차 애프터 에어 안내 날개(15)를 마련한 것을 특징으로 하는 연소 장치이다.
청구항 2에 기재된 발명은, 1차 애프터 에어 노즐(5) 출구부에 1차 애프터 에어(1)를 상향으로 편향시켜 투입 가능하도록, 수평방향 및 수평방향보다 상향으로 경사 각도를 조정 가능한 1개 이상의 1차 애프터 에어 안내 날개(8)를 마련한 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 연소 장치이다.
청구항 3에 기재된 발명은, 애프터 에어 포트 중심축(C0)에 대한 2차 애프터 에어 안내 날개(15)의 경사 각도가 모두 동일한 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 연소 장치이다.
청구항 4에 기재된 발명은, 애프터 에어 포트 중심축(C0)에 대한 각각의 2차 애프터 에어 안내 날개(15)의 경사 각도에 편차를 갖게 한 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 연소 장치이다.
청구항 5에 기재된 발명은, 애프터 에어 포트 중심축(C0)에 대한 2차 애프터 에어 안내 날개(15)의 경사 각도가 1차 애프터 에어 노즐(5)로부터 멀수록 큰 것을 특징으로 하는 청구항 4에 기재된 연소 장치이다.
청구항 6에 기재된 발명은, 2차 애프터 에어 안내 날개(15)의 경사 각도를 변경 가능한 구성으로 한 것을 특징으로 하는 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 연소 장치이다.
청구항 7에 기재된 발명은, 2차 애프터 에어 안내 날개(15)를 화로벽의 전후방향으로 이동 가능하게 한 것을 특징으로 하는 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 연소 장치이다.
청구항 8에 기재된 발명은, 1차 애프터 에어 노즐(5)에 가장 근접한 부분에, 2차 애프터 에어 안내 날개(15)의 화로측의 면과 1차 애프터 에어 노즐(5)의 선단부 외면을 따라서 소량의 2차 애프터 에어(11)를 공급 가능한 제 1 안내 부재(16)를 마련한 것을 특징으로 하는 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 기재된 연소 장치이다.
청구항 9에 기재된 발명은, 애프터 에어 포트 개구부(17)에 화로를 향하여 끝이 넓어지는 형상의 확산부(18)를 갖고, 해당 확산부(18)의 면을 따라서 소량의 2차 애프터 에어(11)를 공급 가능한 제 2 안내 부재(19)를 각각 마련한 것을 특징으로 하는 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 기재된 연소 장치이다.
청구항 10에 기재된 발명은, 1차 애프터 에어 노즐(5)의 입구부와 2차 애프터 에어 노즐(14)의 입구부 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 유로 저항을 변경 가능한 공기 유량 조정 기능 부재(3, 12)를 마련한 것을 특징으로 하는 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 기재된 연소 장치이다.
청구항 11에 기재된 발명은, 1차 애프터 에어 노즐(5) 입구부에 유로 단면적을 에어의 흐름 방향을 따라서 점차 축소하는 축류 부재(5a)를 장착한 것을 특징으로 하는 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 기재된 연소 장치이다.
청구항 12에 기재된 발명은, 1차 애프터 에어 노즐(5)의 선단부의 수평방향의 폭이 에어의 흐름 방향을 따라서 점차 축소되는 축류 부재(5b)를 장착한 것을 특징으로 하는 청구항 1 내지 11 중 어느 한 항에 기재된 연소 장치이다.
청구항 13에 기재된 발명은, 1차 애프터 에어 노즐(5)과 2차 애프터 에어 노즐(14)의 한쪽 혹은 양쪽의 유로 내에 정류기(4 및/또는 13)를 설치한 것을 특징으로 하는 청구항 1 내지 12 중 어느 한 항에 기재된 연소 장치이다.
청구항 14에 기재된 발명은, 애프터 에어 포트의 개구부(17)가 직사각형인 것을 특징으로 하는 청구항 1 내지 13 중 어느 한 항에 기재된 연소 장치이다.
청구항 15에 기재된 발명은, 애프터 에어 포트의 개구부(17)가 다각형인 것을 특징으로 하는 청구항 1 내지 13 중 어느 한 항에 기재된 연소 장치이다.
본 발명에 의하면, 미연분을 포함하는 연소 가스의 유량 분포에 따라서, 직진성과 확산성의 기능을 갖는 2 종류의 애프터 에어를, 상호 작용이 없도록 적절하게 분할하여 혼합시켜, 미연분을 효과적으로 저감하는 것이 가능한 애프터 에어 포트를 제공하며, 또한 직진성의 애프터 에어를 상향으로 편향 가능하게 조정하는 것에 의해, 높은 연소 성능을 달성할 수 있다.
즉, 청구항 1에 기재된 발명에 의하면, 1차 애프터 에어(1)와 2차 애프터 에어(11)의 분류는 노내에서 확실히 분할되며, 1차 애프터 에어(1)는 강한 직진성을 갖고 노내 가스 상승 유량이 큰 화로 내 중앙부의 영역(A)(도 15)에 확실히 도달하여 영역(A)부의 미연분 연소를 촉진시키고, 2차 애프터 에어(11)는 확산을 갖고서 노내 가스 상승 유량이 작은 화로의 전후벽 근방의 영역(C)(도 15)에 공급되어 영역(C)부의 미연분 연소를 촉진시켜, 1차 애프터 에어(1)와 2차 애프터 에어(11)의 양쪽에서 화로 전체에 걸쳐서 적절한 애프터 에어의 공급이 가능해져, 화로 출구부의 미연분의 잔존을 억제할 수 있다.
청구항 2에 기재된 발명에 의하면, 청구항 1에 기재된 발명의 효과에 부가하여, 1차 애프터 에어 안내 날개(8)의 경사 각도를 가변으로 하고 있으므로, 화로 내를 향하여 1차 애프터 에어(1)를 수평 분류와 상향 분류로 조정 가능하다.
청구항 3에 기재된 발명에 의하면, 청구항 1에 기재된 발명의 효과에 부가하여, 동일 경사 각도로 장착된 2차 애프터 에어 안내 날개(15)가 복수 있으므로, 간단한 구성으로 2차 애프터 에어(11)를 좌우 수평방향을 향하여 확산시켜, 화로벽 근방에 공급할 수 있다.
청구항 4에 기재된 발명에 의하면, 청구항 1에 기재된 발명의 효과에 부가하여, 2차 애프터 에어 안내 날개(15)를 좌우 수평방향으로 각각 복수 갖는 장치에 있어서, 애프터 에어 포트 중심축(C0)에 대한 2차 애프터 에어 안내 날개(15)의 경사 각도에 임의의 편차를 갖게 하는 것에 의해, 2차 애프터 에어(11)가 분출되는 방향을 보다 섬세하게 설정 가능해진다.
청구항 5에 기재된 발명에 의하면, 청구항 4에 기재된 발명의 효과에 부가하여, 2차 애프터 에어 안내 날개(15)를 좌우 각각에 복수 갖는 장치에 있어서, 애프터 에어 포트 중심축(C0)에 대한 2차 애프터 에어 안내 날개(15)의 경사 각도가 1차 애프터 에어 노즐(5)로부터 멀수록 커지고, 1차 애프터 에어 노즐(5)로부터 먼 측의 2차 애프터 에어 안내 날개(15)에서 방향이 변경되어 공급되는 2차 애프터 에어(11)는 화로의 전방벽 및 후방벽에 근접한 영역에 공급되며, 1차 애프터 에어 노즐(5)에 근접한 측의 2차 애프터 에어 안내 날개(15)에서 방향이 변경되어 공급되는 2차 애프터 에어(11)는 화로의 전후벽으로부터 먼 영역에 공급되므로, 보다 넓은 영역으로의 2차 애프터 에어(11)의 공급이 가능해진다.
청구항 6에 기재된 발명에 의하면, 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 발명의 효과에 부가하여, 2차 애프터 에어 안내 날개(15)의 경사 각도를 가변으로 하여, 수평방향 좌우로 편향시키는 2차 애프터 에어(11)의 분출 방향을 시운전 등을 통하여 최적으로 조정할 수 있다.
청구항 7에 기재된 발명에 의하면, 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 발명의 효과에 부가하여, 2차 애프터 에어 안내 날개(15)를 화로의 전후방향으로 이동 가능해지고, 2차 애프터 에어(11)가 충돌하는 애프터 에어 포트 개구부(17)의 확산부(18)의 영향 정도를 조정 가능해져, 2차 애프터 에어(11)의 분출 방향을 최적으로 조정할 수 있다.
청구항 8에 기재된 발명에 의하면, 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 기재된 발명의 효과에 부가하여, 제 1 안내 부재(16)에 의해 1차 애프터 에어 노즐(5)에 가장 근접한 부분에, 2차 애프터 에어 안내 날개(15)의 화로측의 면과 1차 애프터 에어 노즐(5)의 선단부 외주면을 따라서 소량의 2차 애프터 에어(11)가 공급 가능하게 되어, 2차 애프터 에어 안내 날개(15)의 화로측의 면이나 1차 애프터 에어 노즐(5)의 선단부 외주면으로의 연소재의 부착을 억제할 수 있어, 안정된 1차 애프터 에어(1) 및 2차 애프터 에어(11)의 유동을 유지할 수 있다.
청구항 9에 기재된 발명에 의하면, 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 기재된 발명의 효과에 부가하여, 제 2 안내 부재(19)에 의해 애프터 에어 포트 개구부(17)의 화로를 향하여 확산되는 확산부(18)의 면을 따라서 소량의 2차 애프터 에어(11)를 공급 가능하게 되어, 확산부(18)에의 연소재의 부착을 억제할 수 있어, 안정된 확산을 갖는 2차 애프터 에어(11)의 유동을 유지할 수 있다.
청구항 10에 기재된 발명에 의하면, 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 기재된 발명의 효과에 부가하여, 1차 애프터 에어 노즐(5)의 입구부와 2차 애프터 에어 노즐(14)의 입구부 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 유로 저항을 변경 가능한 공기 유량 조정 기능(3, 12)을 마련하는 것에 의해, 1차 애프터 에어(1)와 2차 애프터 에어(11)의 유량을 최적으로 조정하는 것이 가능해진다.
청구항 11에 기재된 발명에 의하면, 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 기재된 발명의 효과에 부가하여, 1차 애프터 에어 노즐(5)의 입구부에 유로 단면적을 흐름 방향을 따라서 점차 축소하는 축류 부재(5a)를 장착하는 것에 의해, 1차 애프터 에어 노즐(5)의 입구부의 유동 저항을 저감 가능하여, 애프터 에어 공급에 필요한 차압의 저감, 즉 에너지 저감이 가능해진다. 또한, 동일한 애프터 에어 공급용의 차압을 이용하는 경우에는, 동일 유량에 대하여 1차 애프터 에어(1)의 분출 유속을 증가하는 것이 가능해지므로, 화로 내에서의 1차 애프터 에어(1)의 혼합 촉진에 효과적이다.
청구항 12에 기재된 발명에 의하면, 청구항 1 내지 11 중 어느 한 항에 기재된 발명의 효과에 부가하여, 축류 부재(5b)에 의해, 1차 애프터 에어 노즐(5)의 선단부의 수평방향의 폭을 에어의 흐름 방향으로 점차 축소하는 것에 의해, 2차 애프터 에어 안내 날개(15)의 애프터 에어 포트 중심축(C0)에 대한 경사 각도가 작은 경우에, 1차 애프터 에어(1)의 분류와 2차 애프터 에어(11)의 분류의 분리를 확실하게 하여, 1차 애프터 에어(1)의 직진성과 2차 애프터 에어(11)의 확산을 유지 가능하다.
청구항 13에 기재된 발명에 의하면, 청구항 1 내지 12 중 어느 한 항에 기재된 발명의 효과에 부가하여, 1차 애프터 에어 노즐(5)과 2차 애프터 에어 노즐(14) 중 한쪽 혹은 양쪽의 유로 내에 다공판 등으로 이루어지는 정류기(4, 13)를 설치하는 것에 의해, 유로 입구부에 애프터 에어의 편류가 존재하는 경우에도, 정류에 의해서 균일한 흐름이 형성되어, 1차 애프터 에어(1)에 있어서는 직진성을 유지할 수 있다. 또한, 2차 애프터 에어(11)에 있어서는 적절한 확산의 확보가 가능해진다.
청구항 14에 기재된 발명에 의하면, 청구항 1 내지 13 중 어느 한 항에 기재된 발명의 효과에 부가하여, 애프터 에어 포트의 개구부(17)가 직사각형이므로, 1차 애프터 에어 노즐(5), 2차 애프터 에어 유량 조정 댐퍼(12) 등도 직사각형으로 할 수 있으므로, 제조 비용 저감의 면에서 유효하다.
청구항 15에 기재된 발명에 의하면, 청구항 1 내지 13 중 어느 한 항에 기재된 발명의 효과에 부가하여, 애프터 에어 포트의 개구부(17)를 다각형으로 하는 것에 의해, 2차 애프터 에어 유량 조정 댐퍼(12) 등의 구성 부품을 간단한 다각형으로 하는 구성이 가능해져, 제조 비용 저감의 면에서 유효하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 애프터 에어 포트를 화로측에서 본 정면도[도 1의 (a)]와 도 1의 (a)의 A-A선 화살표에서 본 도면[도 1의 (b)],
도 2는 본 발명의 애프터 에어 포트의 일 실시예의 선단부 좌측 반분의 평단면도[도 2의 (a)]와 종래 기술(특허문헌 1)의 애프터 에어 포트의 선단부 좌측 반분의 평단면도[도 2의 (b)],
도 3은 본 발명의 애프터 에어 포트의 일 실시예의 선단부 좌측 반분의 평단면도,
도 4는 본 발명의 애프터 에어 포트의 일 실시예의 2차 애프터 에어 안내 날개의 경사 각도를 비교적 크게 한 경우의 선단부 좌측 반분의 평단면도[도 4의 (a)]와 2차 애프터 에어 안내 날개의 경사 각도를 비교적 작게 한 경우의 선단부 좌측 반분의 평단면도[도 4의 (b)],
도 5는 본 발명의 애프터 에어 포트의 일 실시예의 2차 애프터 에어 안내 날개의 작동 기구도,
도 6은 본 발명의 애프터 에어 포트의 일 실시예의 2차 애프터 에어 안내 날개가 화로측에 삽입된 경우의 선단부 좌측 반분의 평단면도[도 6의 (a)]와 2차 애프터 에어 안내 날개가 화로측으로부터 인발된 경우의 선단부 좌측 반분의 평단면도[도 6의 (b)],
도 7은 본 발명의 애프터 에어 포트의 일 실시예의 2차 애프터 에어 노즐 내에 안내 부재를 설치하지 않은 경우의 선단부 좌측 반분의 평단면도[도 7의 (a)]와 2차 애프터 에어 노즐 내에 제 1 안내 부재를 설치한 경우의 선단부 좌측 반분으로서 안내 부재 주위의 평단면 상세도[도 7의 (b)],
도 8은 본 발명의 애프터 에어 포트의 일 실시예의 1차 애프터 에어 노즐 출구 축류 부재가 없는 경우의 선단부 좌측 반분의 평단면도[도 8의 (a)]와 1차 애프터 에어 노즐 출구 축류 부재가 있는 경우의 선단부 좌측 반분의 평단면도[도 8의 (b)],
도 9는 본 발명의 애프터 에어 포트의 개구부가 직사각형인 실시예의 정면도[도 9의 (a)]와 도 9의 (a)의 A-A선 단면 화살표에서 본 도면[도 9의 (b)],
도 10은 본 발명의 애프터 에어 포트의 개구부가 육각형인 실시예의 정면도[도 10의 (a)]와 도 10의 (a)의 A-A선 단면 화살표에서 본 도면[도 10의 (b)],
도 11은 본 발명의 애프터 에어 포트의 일 실시예의 정면도[도 11의 (a)]와 도 11의 (a)의 A-A선 단면 화살표에서 본 도면[도 11의 (b)]과 도 11의 (a)의 B-B선 단면 화살표에서 본 도면[도 11의 (c)],
도 12는 도 1의 애프터 에어 포트 내의 1차 애프터 에어 안내 날개의 경사 각도의 차이에 의한 노내에서의 관통력의 차이를 설명하는 도면,
도 13은 도 1의 애프터 에어 포트 내의 1차 애프터 에어와 2차 애프터 에어의 유량비를 8:2로 한 경우의 노내에서의 관통력의 차이를 설명하는 도면,
도 14는 화로벽에 버너와 애프터 에어 포트를 배치한 화로벽 정면도[도 14의 (a)]와 측단면도[도 14의 (b)]와 평단면도[도 14의 (c)],
도 15는 도 14에 도시하는 화로의 애프터 에어 포트 바로 아래의 노내 수평 단면에 있어서의 상승 가스 유량 분포를 설명하는 화로 정단면도[도 15의 (a)]와 측단면도[도 15의 (b)],
도 16은 화로벽에 설치되는 애프터 에어 포트의 출구 형상의 차이에 의한 에어 포트 중심축을 통과하는 연직방향의 평면에 있어서의 애프터 에어 분류의 농도 분포도[도 16의 (a)] 및 화로 깊이 중앙의 에어 포트 중심축에 직교하는 면에 있어서의 애프터 에어 분류의 농도 분포도[도 16의 (b)].
구체적인 본 발명의 실시예의 설명 전에, 화로 내를 상방으로 흐르는 연소 가스 내에, 각종 개구부 단면 형상의 노즐을 통하여 동일 유속으로 애프터 에어가 공급되는 경우의 애프터 에어 분류의 형상(농도 분포)을 비교한 도면을 도 16에 도시한다.
도 16에 수치 유동 해석 결과를 나타내며, 도 16의 (a)에는 화로벽에 설치되는 애프터 에어 포트의 출구 형상의 차이에 의한 에어 포트 중심축(Co)(도 2 참조)을 통과하는 연직면에 있어서의 애프터 에어 분류의 형상과 농도 분포도를 나타내며, 도 16의 (b)에는 화로 깊이 중앙부의 에어 포트 중심축(Co)에 직교하는 평면에 있어서의 애프터 에어 분류의 형상과 농도 분포도를 나타낸다. 도 16의 (a) 및 도 16의 (b)의 좌측 부분에 해석 모델의 범위를 나타내고 있다.
본 해석 모델은 1개의 애프터 에어 포트를 포함하는 화로의 일부분을 절취한 범위를 대상으로 하고 있으며, 폭 4m, 높이 13m, 깊이 8m의 직방체이며, 하방으로부터 3m의 높이의 위치에서 상기 폭방향 중앙에 애프터 에어 포트가 설치되어 있으며, 해당 애프터 에어 포트로부터 도 16의 (a)의 화살표로 도시하는 방향으로 애프터 에어가 공급된다. 화로 깊이는 16m이지만, 애프터 에어 포트로부터 8m의 위치가 깊이방향의 중심이며, 이 모델은 깊이방향으로 반분으로 하고 있다. 해당 모델 범위의 양 사이드 및 깊이측의 경계는 거울 대칭의 조건으로 하고 있으며, 실제의 노내의 유동을 모의할 수 있다.
또한, 도 16의 (a) 및 (b)의 좌측 부분에 해석 모델의 범위를 나타내고 도면의 우측에는 애프터 에어의 공기 농도를 애프터 에어 질량 분포로 하여 무차원화해서 띠 형상으로 한 농담(실제는 색상 차이로 나타내고 있음)으로 나타내고 있다. 상측일수록 적색이고 하측일수록 청색이지만, 적색을 100%로 하면, 청색은 0%이다.
버너(도시하지 않음)로부터 상승해오는 연소 가스는, 간단화하기 위해서 상향 등속도의 흐름으로 하고 있다. 애프터 에어 공급 노즐의 단면 형상으로서, 도 16에 나타내는 바와 같이, (ⅶ) 수평방향으로 긴 직사각형(종횡비 1:2, 단 「종횡비」의 「종」은 노즐의 연직방향의 길이, 「횡」은 노즐의 수평방향의 길이를 말함), (ⅵ) 원형, (ⅰ) 내지 (ⅳ)의 연직방향으로 긴 직사각형[(v) 종횡비 3:2, (ⅳ) 2:1, (ⅲ) 3:1, (ⅱ) 4:1, (ⅰ) 5:1의 5 종류)로 합계 7 종류로 하고 있다.
애프터 에어 공급 노즐(이하, 단순히 노즐이라 하는 경우가 있음)의 단면적, 분출 유량은 상기 7 종류의 전체 노즐에서 동일하다. 화로 내로 분출된 애프터 에어의 분류는 노내를 상승하는 연소 가스의 흐름에 의해서 상측으로 굽혀진다. 분출 직후의 애프터 에어 단면 형상은 노즐 형상과 동일하지만, 그 형상의 수평방향의 길이가 클수록 노내를 상승하는 연소 가스 흐름의 영향을 받기 쉬워, 빠르게 상측으로 굽혀진다. 즉, 노내를 상승하는 연소 가스 흐름은 수평방향으로 긴 직사각형, 원형, 수직방향으로 긴 직사각형의 순서로 빠르게 상측으로 굽혀진다.
노즐의 상기 종횡비가 3:1(3/1)보다 커지면, 분류 양측면의 저항의 증가에 의해, 상측으로 굽혀지는 특성에는 포화 경향이 보여진다. 상기 상측으로 굽혀지는 상승 연소 가스 흐름은 화로 깊이방향으로 거울 대칭이라고 하는 모델이므로, 화로 깊이방향의 중심 위치인 8m의 위치(노벽으로부터 깊이방향으로 8m 들어간 위치)에서, 한쌍의 대향하는 화로벽에 배치된 애프터 에어 포트(7a)로부터 분출되는 분류는 충돌하며, 그 후 상향으로 상승한다.
애프터 에어와 미연분을 포함하는 연소 가스의 혼합 및 연소 반응은 애프터 에어 분류의 상측에서 진행된다. 애프터 에어 분류가 빠르게 상측으로 굽혀지면, 혼합 및 연소 반응을 위해서 필요한 애프터 에어 분류로부터 화로 출구까지의 공간이 작아지고, 결과적으로 미연분 잔존율이 높아진다. 반대로, 애프터 에어 분류가 상측으로 굽혀지기 어려운 경우에는, 혼합 및 연소 반응을 위해서 필요한 애프터 에어 분류로부터 화로 출구까지의 공간이 확보 가능해져, 미연분 잔존율이 낮게 억제된다.
수평방향의 폭이 작고, 연직방향의 높이가 높은 형상의 노즐을 이용하여 애프터 에어를 공급하면, 노내를 상승하는 연소 가스의 흐름의 영향을 작게 하는 것이 가능해져, 연소 가스의 흐름의 상측으로의 만곡이 작아져 직진성이 향상되며, 애프터 에어 분류로부터 화로 출구까지의 애프터 에어와 미연분을 포함하는 연소 가스의 혼합과 연소 반응에 필요한 공간의 확보가 가능해져, 상기 미연분의 잔존율이 낮은 고효율 연소가 달성된다.
또한, 수평방향의 폭이 작고, 연직방향의 높이가 높은 형상의 노즐을 이용한 것만으로도, 미연분의 저감에 유효하지만, 애프터 에어 분류의 사이의 화로 전방벽 및 후방벽 근방의 영역[도 15의 (b)에 도시하는 영역(C)]의 미연분을 포함하는 연소 가스에 대하여, 효과적으로 애프터 에어를 공급하는 것에 의해서, 미연분을 더욱 저감한 고효율 연소가 실현된다.
전술한 특허문헌 1 및 특허문헌 2의 문제점에 대하여, 상기 분류 형상의 차이에 의한 분류의 노내 유동의 차이에 근거하여 설명을 부가한다.
특허문헌 1에 의한 애프터 에어 포트 구조를 적용한 경우, 일체형의 수평방향으로 끝이 넓어지는 형상을 갖는 애프터 에어 분류를 형성하고, 분출 직후의 애프터 에어 분류의 단면 형상은 수평방향으로 폭이 넓은(종횡비가 작은) 형상이 되며, 도 16의 (a)의 (ⅶ), 도 16의 (b)의 (ⅶ)에 나타내는 바와 같이, 노내 상승 가스 흐름의 영향을 받아 빠르게 상측으로 굽혀지기 때문에, 애프터 에어 분류는 직진성의 유지에 있어서는 적절한 형상이라고는 말할 수 없다.
본 발명은 직진성을 담당하는 1차 애프터 에어(1)와 확산성을 담당하는 2차 애프터 에어(11)의 2개의 기능을 갖는 애프터 에어 포트에 대해 규정하고 있지만, 특허문헌 1에 기재된 발명과 근본적으로 상이한 것은, 직진성과 확산성을 갖는 2 종류의 애프터 에어 분류를 완전하게 분리시켜 2 종류의 분류의 연속성을 단절하고, 2 종류의 분류간의 상호 작용을 없애서, 직진성과 확산성을 유지 가능하게 하고 있는 점이다.
특허문헌 2에 기재된 발명에 의한 애프터 에어 포트 구조를 적용한 경우, 애프터 에어 포트 출구부의 애프터 에어 분류의 단면 형상은 원형이며, 도 16의 (a)의 (ⅵ) 및 도 16의 (b)의 (ⅵ)와 종/횡비의 큰 직사각형과 같은 형상[도 16의 (a)의 (ⅰ) 내지 (ⅴ) 및 도 16의 (b)의 (ⅰ) 내지 (ⅴ)]에 비하면 직진성이 떨어져, 개선의 여지가 있다.
(실시예 1)
도 1에는 본 발명의 일 실시예의 애프터 에어 포트를 도시하며, 도 1의 (a)는 화로측에서 본 정면도이며, 도 1의 (b)는 도 1의 (a)의 A-A선 단면 화살표에서 본 도면이다.
도 1에 도시하는 애프터 에어 포트에 있어서, 애프터 에어용 풍상(30)[풍상(30)은 풍상 케이싱(32)과 화로벽에 둘러싸인 공간 전체를 나타냄] 내의 애프터 에어는 1차 애프터 에어(1)와 2차 애프터 에어(11)로 나누어지며, 1차 애프터 에어(1)는 1차 애프터 에어 노즐(5)을 경유하여, 또한 2차 애프터 에어(11)는 2차 애프터 에어 노즐(14)을 경유하여, 각각 화로(31)에 공급된다. 1차 애프터 에어 노즐(5)의 입구에는 흐름 방향을 향하여 점차 단면적을 작게 한 1차 애프터 에어 노즐 입구 축류 부재(5a)가 설치되어 있어, 1차 애프터 에어 노즐(5) 입구의 압력 손실이 억제된다. 1차 애프터 에어 노즐(5)의 입구부에는, 유로 저항을 변경 가능한 1차 애프터 에어 유량 조정 댐퍼(3)가 설치되어 있어, 1차 애프터 에어(1)의 유량의 최적 조정을 가능하게 하고 있다.
1차 애프터 에어 노즐(5)의 내부에는 다수의 관통 구멍이 마련된 판재로 이루어지는 1차 애프터 에어 정류기(4)가 설치되어 있어, 1차 애프터 에어 노즐(5)의 입구부에서 1차 애프터 에어(1)에 유속 분포의 편향이 있는 경우에 있어서도, 1차 애프터 에어 정류기(4)에서 등류(uniform flow)로 정류되므로, 안정되게 직진성을 갖는 분류로서 1차 애프터 에어(1)가 화로(31)에 공급된다.
또한, 2차 애프터 에어 노즐(14)의 입구부에는 유로 저항을 변경 가능한 2차 애프터 에어 유량 조정 댐퍼(12)가 설치되어 있어, 2차 애프터 에어(11)의 유량의 최적 조정을 가능하게 하고 있다. 2차 애프터 에어 유량 조정 댐퍼(12)의 출구에는, 다수의 관통 구멍이 마련된 판재로 이루어지는 2차 애프터 에어 정류기(13)가 설치되어 있어, 2차 애프터 에어 노즐(14)의 입구부에서 유속 분포에 편향이 있는 경우에 있어서도, 2차 애프터 에어 정류기(13)에서 등류로 정류되어 2차 애프터 에어 안내 날개(15)를 경유하여 도입되므로, 안정된 확산을 갖는 분류로서 2차 애프터 에어(11)가 화로(31)에 공급된다.
1차 애프터 에어 노즐(5)의 내부에는 1차 애프터 에어 정류기(4) 대신에, 가스 흐름 방향을 따른 평면판을 갖는 1개 이상의 칸막이(도시하지 않음)를 마련하여 1차 애프터 에어 노즐(5) 내를 복수의 유로로 분할하는 것에 의해서도 정류 효과가 얻어지며, 1차 애프터 에어 노즐(5)의 입구부에서 유속 분포에 편향이 있는 경우에 있어서도, 직진류로 정류되므로, 안정된 직진성을 갖는 분류로서 1차 애프터 에어(1)가 화로(31)에 공급된다.
여기서, 본 실시예와 전술한 특허문헌 1에 기재된 발명에 의한 애프터 에어 분류의 애프터 에어 포트 출구부에서의 유동의 차이를, 도 2를 이용하여 재차 설명한다. 도 2는 본 실시예[도 2의 (a)] 및 특허문헌 1에 기재된 발명[도 2의 (b)]에 의한 애프터 에어 포트의 선단부의 구조예와 출구부 분류 패턴 예의 수평 단면을 중심축으로부터 좌측 반분에 대해 비교한 것이다.
특허문헌 1에 기재된 발명에 의한 애프터 에어 포트에 있어서는, 도 2의 (b)에 도시하는 바와 같이, 애프터 에어의 흐름 방향은, 애프터 에어 주류(1a)의 중심축 부근에서는 직진이지만, 수평방향의 외측을 향하여 점차 넓어지며, 에어 분할판(25)에 의해 애프터 에어 주류(1a)로부터 분리된 애프터 에어 부류(1b)와 연속한 일체의 애프터 에어 분류를 형성한다. 이것에 대하여, 본 실시예에 의한 애프터 에어 포트에 있어서는, 도 2의 (a)에 도시하는 바와 같이, 1차 애프터 에어 노즐(5)을 흐르는 1차 애프터 에어(1) 및 2차 애프터 에어 노즐(14)을 흐르는 2차 애프터 에어(11)는, 직진방향과 수평방향으로 경사 각도를 갖고서 확산되는 방향의 2 종류의 방향을 갖는 독립된 분류로서 존재하고 있으며, 양자간에는 한쌍의 2차 흐름인 순환 소용돌이(11a)가 형성된다. 이와 같이 본 실시예에 있어서의 애프터 에어(1, 11)의 유동 패턴에 의해, 애프터 에어(1, 11)의 직진성과 확산성이 유지되고 있다. 또한, 상술한 2차 흐름(순환 소용돌이)(11a)의 형성은, 애프터 에어(1) 및 (11)의 주위의 연소 가스가 1차 애프터 에어(1) 및 2차 애프터 에어(11)의 분류에 동반되는(인입되는) 현상이기도 하며, 미연분을 포함하는 연소 가스와 애프터 에어(1, 11)의 혼합을 촉진하는데 있어서 중요한 역할을 하고 있다.
(실시예 2)
도 3에는 본 발명의 애프터 에어 포트의 제 2 실시예(좌측 반분의 도시)를 도시한다. 본 실시예에서는, 2차 애프터 에어 노즐(14)에는 2차 애프터 에어 안내 날개(15)를 좌우 각각에 3매 갖고 있으며, 애프터 에어 포트 중심축(C0)에 평행인 축(C1)에 대한 2차 애프터 에어 안내 날개(15)의 경사 각도(θ)를, 1차 애프터 에어 노즐(5)로부터 멀수록 크게 하고 있다. 1차 애프터 에어 노즐(5)로부터 먼 측의 2차 애프터 에어 안내 날개(15)에서 방향이 변경되어 화로(31) 내에 공급되는 2차 애프터 에어 분류는 대향 배치되는 화로 전방벽 및 후방벽에 근접한 영역에 공급되며, 1차 애프터 에어 노즐(5)에 근접한 측의 2차 애프터 에어 안내 날개(15)에서 방향이 변경되어 화로(31) 내에 공급되는 2차 애프터 에어 분류는 화로 전방벽 및 후방벽으로부터 먼 영역에 공급되므로, 보다 넓은 영역으로의 2차 애프터 에어(11)의 공급을 가능하게 하고 있다.
(실시예 3)
본 발명의 제 3 실시예(좌측 반분의 도시)를 도 4에 도시한다. 2차 애프터 에어 안내 날개(15)는 좌우에 각각 3매 설치되어 있으며, 해당 2차 애프터 에어 안내 날개(15)를 회동시켜 경사 각도를 결정하는 회전축(22)이 2차 애프터 에어 안내 날개(15)의 기부에 일체적으로 마련되어 있다. 이러한 회전축(22)에 의해서, 2차 애프터 에어 안내 날개(15)는 회전 가능하게 고정 부재(15a)에 마련되어 있다.
도 5에 2차 애프터 에어 안내 날개(15)의 작동 기구도를 도시한다.
링크(23)는 좌우로도 이동 가능하고, 2차 애프터 에어 안내 날개(15)는 연동하여 경사 각도가 변화된다. 회전축(22)은 고정 부재(15a)에 회동 가능하게 장착되어 있으며, 핸들(20)의 선단에 고정된 링크 회전축(24)은 링크(23)에 회동 가능하게 마련되어 있으므로, 핸들(20)로 링크(23)를 전후로 이동시킬 수 있다.
3매의 2차 애프터 에어 안내 날개(15)는, 또한 각 안내 날개(15)의 중앙부를 서로 연결하는 2차 애프터 에어 안내 날개 링크(23)와 해당 링크(23)와 안내 날개(15)의 상기 연결부에 마련되는 회전축(24)에 연결되어 있으며, 3매의 2차 애프터 에어 안내 날개(15)의 경사 각도를, 조작 부재의 선단을 풍상 케이싱(32)의 외측으로 연장시켜 마련한 조작 핸들(20)에 의해 링크(23)를 거쳐서 상기 회전축(24)을 회동시킴으로써 동시에 변경 가능하게 하고 있다.
2차 애프터 에어 안내 날개 조작 핸들(20)을 인발한 상태[도 4의 (a)]에서는, 2차 애프터 에어 안내 날개(15)의 확산 경사 각도는 비교적 커져, 2차 애프터 에어 분류는 화로 전방(후방)벽에 근접해진다. 반대로, 2차 애프터 에어 안내 날개 조작 핸들(20)을 삽입한 상태[도 4의 (b)]에서는 2차 애프터 에어 안내 날개(15)의 확산 경사 각도는 비교적 작아져, 2차 애프터 에어 분류는 화로 전방(후방)벽으로부터 멀어진다.
이와 같이, 2차 애프터 에어 안내 날개 조작 핸들(20)의 위치를 화로 벽면의 전후로 조정하는 것에 의해, 화로 벽면의 좌우 방향으로 편향시키는 2차 애프터 에어(11)의 방향을 최적으로 설정하는 것이 가능해진다. 또한, 2차 애프터 에어 안내 날개 조작 핸들(20)은 애프터 에어용 풍상 케이싱(32)을 관통하여 설치되기 때문에, 풍상 케이싱(32)의 관통부에는 애프터 에어가 풍상(30)의 외부로 누설되지 않도록, 2차 애프터 에어 안내 날개 조작 핸들 관통부 시일(21)이 마련되어 있다.
(실시예 4)
본 발명의 제 4 실시예를 도 6에 도시한다. 도 6의 (a), 도 6의 (b) 모두 애프터 에어 포트 평단면의 좌측 반분을 도시하며, 도 6의 (a)에는 2차 애프터 에어 안내 날개(15)가 화로측을 향하여 조작 핸들(20)에 의해 삽입된 경우, 도 6의 (b)에는 2차 애프터 에어 안내 날개(15)가 화로로부터 인발된 경우를 도시한다. 또한, 도 1 등에서 설명한 부재와 동일 부재는 동일 부호를 부여하여, 그 설명은 생략한다.
도 6의 (a) 및 도 6의 (b)에 도시하는 2차 애프터 에어 안내 날개(15)는 회전할 수 없도록 고정 부재(15a)에 고정되어 있다.
2차 애프터 에어 안내 날개 조작 핸들(20)을 삽입한 상태[도 6의 (a)]에서는, 2차 애프터 에어 안내 날개(15)의 선단은 화로 전방(후방)벽의 위치까지 삽입되며, 2차 애프터 에어(11)는 애프터 에어 포트 개구부 확산부(스로트부)(18)의 영향을 받지 않고, 2차 애프터 에어 안내 날개(15)의 설정 경사 각도를 따라서 분출된다.
2차 애프터 에어 안내 날개 조작 핸들(20)을 인발한 상태[도 6의 (b)]에서는, 2차 애프터 에어 안내 날개(15)의 선단은 화로 전방(후방)벽으로부터 풍상(30)측으로 이동한 위치가 되며, 2차 애프터 에어(11)는 애프터 에어 포트 개구부 확산부(18)의 영향을 받는다. 1차 애프터 에어 노즐(5)로부터 가장 먼 2차 애프터 에어 안내 날개(15)의 외측으로부터 공급되는 2차 애프터 에어(11)는 애프터 에어 포트 개구부 확산부(18)의 내면을 따라서 확산이 억제된 흐름을 형성한다.
애프터 에어 포트 개구부 확산부(18)의 영향은, 1차 애프터 에어 노즐(5)에 근접한 측의 2차 애프터 에어 안내 날개(15)로부터 공급되는 2차 애프터 에어(11)에도 나타나며, 도 6의 (a)에 비하면, 2차 애프터 에어 분류는 전체적으로 화로 전방(후방)벽으로부터 멀어진 화로 내부의 방향으로 공급된다.
그래서, 2차 애프터 에어 안내 날개 조작 핸들(20)의 위치를 전후로 조정하는 것에 의해, 애프터 에어 포트 개구부 확산부(18)의 영향 정도를 조정 가능하며, 2차 애프터 에어(11)의 방향을 최적으로 설정하는 것이 가능해진다. 본 실시예에서는, 애프터 에어 포트 개구부 확산부(18)의 영향을 이용하여 2차 애프터 에어(11)의 방향을 조정하기 위해, 애프터 에어 포트 개구부 확산부(18)의 확산 경사 각도는 도 4에 개시한 실시예에 비하면 작게 하고 있다.
(실시예 5)
본 발명의 제 5 실시예를 도 7에 도시한다. 제 1 안내 부재(16)를 설치한 경우의 효과에 대해 설명한다. 도 7의 (a)는 제 1 안내 부재(16)를 마련하지 않는 경우의 애프터 에어 포트 선단부의 좌측 반분을 도시하는 평단면도이며, 도 7의 (b)는 제 1 안내 부재(16)를 마련한 경우의 애프터 에어 포트 선단부의 좌측 반분에서 안내 부재(16) 주위의 평단면 상세도이다.
도 7의 (a)에 도시하는 바와 같이, 전술한 1차 애프터 에어 분류와 2차 애프터 에어 분류 사이에 존재하는 2차 흐름[순환 소용돌이(11a)]은, 1차 애프터 에어 노즐(5)의 선단부와 1차 애프터 에어 노즐(5)에 가장 근접한 2차 애프터 에어 안내 날개(15)의 화로에 면하는 부분에 접촉하여 형성되고, 해당 2차 흐름[순환 소용돌이(11a)] 내에 부유하는 용융 재(molten ash)가, 1차 애프터 에어 노즐(5)의 선단부와 1차 애프터 에어 노즐(5)에 가장 근접한 2차 애프터 에어 안내 날개(15)의 화로에 면하는 부분에 부착된다.
상기 화로면에 부착된 재는 점차 성장하여 1차 애프터 에어 분류 및 2차 애프터 에어 분류의 안정된 형성을 저해하는 요인이 된다. 도 7의 (b)에 도시하는 바와 같이, 1차 애프터 에어 노즐(5)의 선단부와 1차 애프터 에어 노즐(5)에 가장 근접한 2차 애프터 에어 안내 날개(15)의 사이에 작은 간극을 마련하고, 이 간극에 제 1 안내 부재(16)를 설치하는 것에 의해, 화살표로 도시하는 소량의 시일 공기(S)가 1차 애프터 에어 노즐(5) 선단부 외면과 1차 애프터 에어 노즐(5)에 가장 근접한 2차 애프터 에어 안내 날개(15)의 화로(31)에 면하는 부분을 따라서 상시 공급되므로, 2차 흐름[순환 소용돌이(11a)] 내에 부유되어 있는 용융 재의 접촉 및 부착이 억제되어 안정된 애프터 에어 분류의 형성이 가능해진다.
도 1 이외에 도시하는 제 2 안내 부재(19)의 효과에 대한 상세 설명은 생략하지만, 상기와 동일한 효과에 의해, 애프터 에어 포트 개구부 확산부(18)에 소량의 시일 에어가 상시 공급되므로, 애프터 에어 포트 개구부 확산부(18)에의 재부착이 억제되어 안정된 2차 애프터 에어 분류의 형성이 가능해진다.
(실시예 6)
본 발명의 제 6 실시예를 도 8을 이용하여 설명한다. 도 8의 (a)는 1차 애프터 에어 노즐(5)에 출구 축류 부재(5b)를 마련하지 않은 경우의 애프터 에어 포트 선단부의 평단면의 좌측 반분을 도시하는 도면이다. 도 8의 (b)는 1차 애프터 에어 노즐 출구 축류 부재(5b)를 마련한 경우의 애프터 에어 포트 선단부의 평단면의 좌측 반분을 도시하는 도면이다.
2차 애프터 에어 안내 날개(15)의 애프터 에어 포트 중심축(C0)에 평행한 축(C1)에 대한 경사 각도(θ)가 작은 경우, 도 8의 (a)에 도시하는 바와 같이, 1차 애프터 에어(1)와 2차 애프터 에어(11)의 분류 사이의 공간이 작아져, 2차 흐름[순환 소용돌이(11a)]의 형성이 곤란해지는 경우, 혹은 2차 흐름[순환 소용돌이(11a)]이 형성되어도 안정된 형성이 곤란해지는 경우가 있다. 그러한 경우에는, 1차 애프터 에어(1)와 2차 애프터 에어(11)의 분리가 곤란 혹은 불안정하게 되며, 1차 애프터 에어(1)에는 직진성, 2차 애프터 에어(11)에는 확산이라고 하는, 본 발명의 기본적 구성이 실현되지 않게 되거나, 혹은 효과가 저하된다.
그래서, 1차 애프터 에어 노즐(5)의 선단에 1차 애프터 에어 노즐(5)의 출구 축류 부재(5b)를 마련하는 것에 의해, 도 8의 (b)에 도시하는 바와 같이, 2차 애프터 에어 안내 날개(15)의 애프터 에어 포트 중심축(C0)에 평행인 축(C1)에 대한 경사 각도(θ)가 작은 경우에 있어서도, 1차 애프터 에어(1)와 2차 애프터 에어(11)의 분류 사이에 확실하게 공간을 형성하는 것이 가능해지고, 안정된 2차 흐름[순환 소용돌이(11a)]의 형성이 가능해져서, 1차 애프터 에어(1)에는 직진성, 2차 애프터 에어(11)에는 확산이라고 하는, 본원 발명의 기본적 구성이 항상 실현된다.
(실시예 7)
본 발명의 제 7 실시예를 도 9를 이용하여 설명한다. 도 9의 (a)는 화로벽에 마련되는 애프터 에어 포트의 화로(31)측에서 본 애프터 에어 포트의 정면도, 도 9의 (b)는 도 9의 (a)의 A-A선 단면 화살표에서 본 도면이다.
도 9에 도시하는 애프터 에어 포트에 있어서, 애프터 에어는 애프터 에어용 풍상(30)으로부터 1차 애프터 에어(1)와 2차 애프터 에어(11)로 나누어지며, 1차 애프터 에어(1)는 1차 애프터 에어 노즐(5)을 경유하여, 또한 2차 애프터 에어(11)는 2차 애프터 에어 노즐(14)을 경유하여, 각각 화로(31)에 공급된다. 1차 애프터 에어 노즐(5)의 입구에는 흐름 방향을 향하여 점차 단면적을 작게 한 1차 애프터 에어 노즐 입구 축류 부재(5a)가 설치되어 있어, 1차 애프터 에어 노즐 입구의 압력 손실이 억제된다. 1차 애프터 에어 노즐(5)의 입구부에는, 유로 저항을 변경 가능한 1차 애프터 에어 유량 조정 댐퍼(3)가 설치되어 있어, 1차 애프터 에어(1)의 유량의 최적 조정을 가능하게 하고 있다.
1차 애프터 에어 노즐(5)의 내부에는 다수의 관통 구멍이 마련된 판재로 이루어지는 1차 애프터 에어 정류기(4)가 설치되어 있어, 1차 애프터 에어 노즐(5)의 입구부에서 1차 애프터 에어(1)에 편류가 있는 경우에 있어서도, 1차 애프터 에어 정류기(4)에서 등류로 정류되므로, 안정된 직진성을 갖는 분류로서 1차 애프터 에어(1)가 화로(31)에 공급된다.
도 9의 (a)에 도시하는 바와 같이, 본 실시예는 직사각형의 애프터 에어 포트를 갖는다. 개구부(17, 18)를 직사각형으로 하는 것에 의해, 1차 애프터 에어 노즐(5), 2차 애프터 에어 유량 조정 댐퍼(12), 2차 애프터 에어 안내 날개(15) 등도 직사각형으로 할 수 있으므로, 본 발명의 기능은 가지면서 제조 비용 저감의 면에서 유효해지는 경우가 있다.
(실시예 8)
도 10에 본 발명의 제 8 실시예를 설명한다. 도 10의 (a)는 화로벽에 마련되는 애프터 에어 포트의 화로 내에서 본 정면도, 도 10의 (b)는 도 10의 (a)의 A-A선 단면 화살표에서 본 도면이다.
도 10에 도시하는 애프터 에어 포트에 있어서, 애프터 에어는 애프터 에어용 풍상(30)으로부터 1차 애프터 에어(1)와 2차 애프터 에어(11)로 나누어지며, 1차 애프터 에어(1)는 1차 애프터 에어 노즐(5)을 경유하여, 또한 2차 애프터 에어(11)는 2차 애프터 에어 노즐(14)을 경유하여, 각각 화로(31)에 공급된다. 1차 애프터 에어 노즐(5)의 입구에는 흐름 방향을 향하여 점차 단면적을 작게 한 1차 애프터 에어 노즐 입구 축류 부재(5a)가 설치되어 있어, 1차 애프터 에어 노즐 입구의 압력 손실이 억제된다. 1차 애프터 에어 노즐(5)의 입구부에는, 유로 저항을 변경 가능한 1차 애프터 에어 유량 조정 댐퍼(3)가 설치되어 있어, 1차 애프터 에어(1)의 유량의 최적 조정을 가능하게 하고 있다.
1차 애프터 에어 노즐(5)의 내부에는 다수의 관통 구멍이 마련된 판재로 이루어지는 1차 애프터 에어 정류기(4)가 설치되어 있어, 1차 애프터 에어 노즐(5)의 입구부에서 1차 애프터 에어(1)에 편류가 있는 경우에 있어서도, 1차 애프터 에어 정류기(4)에서 등류로 정류되므로, 안정되게 직진성을 갖는 분류로서 1차 애프터 에어(1)가 화로(31)에 공급된다.
도 10의 (a)에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에서는 애프터 에어 포트의 개구부(17, 18)를 육각형으로 하고 있다. 이와 같이 다각형의 개구부(스로트부)(17, 18)를 적용하는 것에 의해, 2차 애프터 에어 유량 조정 댐퍼(12), 2차 애프터 에어 안내 날개(15) 등도 간단한 다각형으로 할 수 있으므로, 본 발명의 기능은 가지면서 제조 비용 저감의 면에서 유효해지는 경우가 있다.
애프터 에어 포트를 설치하는 화로벽의 구조는, 수냉관군의 패널이나, 내화벽과 금속의 구조물 등 여러 가지이지만, 직사각형 또는 육각형의 개구부를 갖는 애프터 에어 포트의 구조에 따라서, 제조 비용도 고려하여 적절하게 선택할 수 있다.
상기 각 실시예에서 설명한 애프터 에어 포트를, 예를 들어 도 14에 도시하는 애프터 에어 포트[7(7a, 7b)]로서 적용하는 것에 의해, 애프터 에어부에 상승하여오는 버너(6)로부터의 미연분을 포함하는 연소 가스의 유량 분포에 따라서, 1차 애프터 에어(1)와 2차 애프터 에어(11)의 적절한 애프터 에어 유량 배분과 분류 방향의 설정을 가능하게 하는 동시에, 1차 애프터 에어(1) 분류의 직진성과 2차 애프터 에어(11) 분류의 확산을 안정되게 유지하는 것이 가능해져, 미연분을 효과적으로 저감하여, 높은 연소 성능을 달성할 수 있다.
상기 각 실시예의 애프터 에어 포트[7(7a, 7b)]는 상술한 바와 같이 도 14와 같은 단단(일단)의 애프터 에어 포트[7(7a, 7b)]를 갖는 연소 장치로서 적용하는 것에 의해, 높은 연소 성능의 달성에 기여할 수 있지만, 복수단의 애프터 에어 포트[7(7a, 7b)]를 갖는 연소 장치에 있어서, 전체의 단의 애프터 에어 포트[7(7a, 7b)]로서, 혹은 일부의 단의 애프터 에어 포트[7(7a, 7b)]로서 본 발명으로 이루어지는 애프터 에어 포트[7(7a, 7b)]를 적용해도, 효과적으로 미연분을 저감하여 높은 연소 성능을 달성할 수 있다.
상술의 단단 혹은 복수단의 애프터 에어 포트를 갖는 연소 장치에 있어서, 애프터 에어 포트(7a)에 대해서는 본 발명으로 이루어지는 애프터 에어 포트를 적용하고, 부 애프터 에어 포트(7b)에 대해서는 특허문헌 3과 같은 종래의 애프터 에어 포트를 적용해도 좋다.
또한 각 실시예의 애프터 에어 포트(7)는, 화로 전후벽의 편측에만 버너를 배설한 편면 연소의 연소 장치나, 화로의 전후 양측벽의 전체면이나 코너 부분에 버너를 배설한 접선(tangential) 연소 방식의 연소 장치에 적용해도, 직진성과 확산성의 유동을 활용하여 효과적으로 미연분을 저감하여 높은 연소 성능을 달성할 수 있다.
또한 도 4 및 도 6에는 2차 애프터 에어 분류의 방향이나, 1차 애프터 에어와 2차 애프터 에어의 유량을 조정 가능한 기능에 대해 규정하고 있지만, 조정의 수단은 수동과 자동의 어느 것이어도 좋다. 자동의 조정 수단을 적용하면, 부하나 애프터 에어 합계 유량 등의 운전 조건에 근거하여 설정을 변화시키는, 프로그램 제어 등에도 응용할 수 있다.
(실시예 9)
도 11에 본 발명의 애프터 에어 포트의 일 실시예의 화로측에서 본 정면도[도 11의 (a)]와 도 11의 (a)의 A-A선 단면 화살표에서 본 도면[도 11의 (b)]과 도 11의 (a)의 B-B선 단면 화살표에서 본 도면[도 11의 (c)]을 도시한다. 본 실시예에서는 1차 애프터 에어 노즐(5)의 내부에는 1차 애프터 에어 안내 날개(8)가 마련되어 있다. 1차 애프터 에어 안내 날개(8)는, 애프터 에어의 흐름을 따라서 애프터 에어 포트의 높이방향으로 복수단 마련하고 있으며, 1차 애프터 에어 안내 날개(8)의 애프터 에어(1)의 흐름의 후단은 고정 위치에 있으며, 애프터 에어(1)의 흐름의 전단이 가동식으로 되어 있다. 1차 애프터 에어 안내 날개(8)의 전단이 수평방향으로부터 하측으로 가동하는 것에 의해, 1차 애프터 에어 안내 날개(8)는 상향의 경사 각도를 갖게 되어, 1차 애프터 에어(1)는 노내에, 상향으로 분출하는 것이 가능하게 된다.
도 12와 도 13에 본 실시예에 의한 애프터 에어 구조의 분류의 형상을 도시한다. 또한, 도 12와 도 13에 도시하는 결과는 도 16에 나타내는 애프터 에어 구조의 분류 해석과 동일한 체계의 수치 해석의 결과이다. 또한, 도 12의 해석은, 1차 애프터 에어(1)와 2차 애프터 에어(11)의 유량비는 6:4로 실행했다. 도 16과 동일하게 애프터 에어의 공기 농도를 애프터 에어 질량 분포로서 무차원화하여 띠 형상으로 한 농담(실제는 색상 차이로 나타내고 있음)으로 나타내고 있다. 도 12와 도 13에 나타내는 AAP 중심, AAP 상(1), AAP 상(2) 및 AAP 상(3)은 각각 AAP 중심으로부터의 높이를 나타내며, (1)로부터 (3)을 향하여 순차적으로 높아지고 있다.
도 12의 (a)에는 애프터 에어 포트(AAP)(7)의 중심축(Co)(도 2 참조)을 통과하는 연직방향의 평면에 있어서의 APP 개구부의 횡단면 형상의 차이에 의한 분류의 형상과 애프터 에어 농도 분포를 농담(실제는 색상 차이로 나타내고 있음)으로 나타내며, 도 12의 (b)에는, 애프터 에어 포트(AAP)(7)의 중심축(Co)을 통과하는 수평방향의 평면에 있어서의 APP 개구부의 횡단면 형상의 차이에 의한 분류의 형상과 애프터 에어 농도 분포를 농담(실제는 색상 차이로 나타내고 있음)으로 나타내고 있다.
도 12의 (a) 및 (b)의 (ⅰ)은 1차 애프터 에어 안내 날개(8)가 없는 경우, 도 12의 (a) 및 (b)의 (ⅱ)는 1차 애프터 에어 안내 날개(8)의 수평에 대한 경사 각도가 0°인 경우, 도 12의 (a) 및 (b)의 (ⅲ)은 1차 애프터 에어 안내 날개(8)의 수평에 대한 경사 각도가 화로 출구측이 상향(이하, 단순히 상향이라 함)에 25°인 경우, 도 12의 (a) 및 (b)의 (ⅳ)는 1차 애프터 에어 안내 날개(8)의 수평에 대한 경사 각도가 상향으로 45°인 경우를 나타낸다.
1차 애프터 에어 안내 날개(8)의 평면을 수평방향을 향한 경우[도 12의 (a)의 (ⅱ)]의 결과에서는, 1차 애프터 에어(1)의 분류는 관통력을 갖고, 노의 중앙 부분에서, 대향벽으로부터의 1차 애프터 에어 분류와 충돌한다. 이러한 것은, 노의 중앙부에서의 혼합을 촉진하기 위해, 연소가 느린 난연성의 연료를 이용한 경우는, 연소가 촉진되어 미연분 저감에 유효하다.
또한, 2차 애프터 에어(11)는, AAP(7)의 출구에서 확산되고, 1차 애프터 에어(1)와는 분리되어 수평방향으로 확산되고 있다는 것을 알 수 있다.
1차 애프터 에어 안내 날개(8)의 경사 각도를, 상향 각도 25°로 설정한 경우[도 12의 (b)의 (ⅲ)]의 결과에서는, 1차 애프터 에어(1)는 수평이 아니며, 상향으로 분출된다. 그러나, 노내의 연소 가스의 영향을 받는 일없이, 관통력은 갖고 있기 때문에, 노의 중앙에서, 대향벽으로부터의 애프터 에어와의 충돌은 확인할 수 있다.
이러한 결과로부터, 애프터 에어(1, 11)의 혼합을 촉진하는 효과를 갖고 있으므로, 비교적 연소성이 양호한 연료의 경우에는, 연소를 촉진하여, 미연분 저감에 유효하다. 또한, 애프터 에어(1, 11)의 혼합이 화로 상부로 이행되어, 노내를 상승하는 연소 가스와 애프터 에어(1, 11)의 혼합이 지연되기 때문에, 연소 가스의 체류 시간이 증가되어, NOx 환원이 강화되는 이점이 있다. 2차 애프터 에어(11)는, 1차 애프터 에어(11)로부터 분리되고, 수평방향으로 확산되어, AAP를 설치한 벽면을 따라서 확산되어 가는 것을 알 수 있다. 이러한 점으로부터, 도 3의 (b) 중의 일점쇄선(C)의 영역의 미연분 저감에 유효하다는 것을 알 수 있다.
도 12의 (a) 및 (b)의 (ⅳ)에 나타내는 1차 애프터 에어 안내 날개(8)의 경사 각도를, 상향 각도 45°로 설정한 경우의 결과를 나타낸다. 이들 경우에는, 상향으로 관통력을 갖고 있지만, 노의 중앙부에 도달하기 전에 화로 상부에 도달하여, 대향벽으로부터의 애프터 에어와의 충돌이 보여지지 않았다. 이러한 점으로부터, 1차 애프터 에어 안내 날개(8)의 경사 각도는 0 내지 25°가 바람직하다.
도 13은 본 발명의 애프터 에어 구조에 있어서, 1차 애프터 에어(1)와 2차 애프터 에어(11)의 유량비를 8:2로 변경한 경우의 분류의 분포를 도시한 경우이다. 도 13의 (a)에는 애프터 에어 포트(AAP) 중심축(Co)을 통과하는 연직방향의 평면에 있어서의 분류의 형상과 애프터 에어 농도 분포를 나타내며, 도 13의 (b)에는, 애프터 에어 포트(AAP) 중심축(Co)을 통과하는 수평방향의 평면에 있어서의 분류의 형상과 애프터 에어 농도 분포를 나타낸다.
도 13의 (a) 및 (b)의 (ⅰ)에는 1차 애프터 에어 안내 날개(8)의 경사 각도를 0°로 한 경우를 나타내며, 도 13의 (a) 및 (b)의 (ⅱ)에는 1차 애프터 에어 안내 날개(8)의 경사 각도를 상향으로 25°로 한 경우의 분류의 형상과 온도 분포를 농담(실제는 색상 차이로 나타내고 있음)으로 나타내고 있다.
도 13으로부터 1차 애프터 에어(1)의 유량을 증가시키는 것에 의해, 1차 애프터 에어(1)의 분류는 관통력을 증가시키는 한편, 2차 애프터 에어(11)는 유량이 적어지고, AAP(7)의 출구에서 수평방향으로 확산되는 것을 알 수 있다. 1차 애프터 에어 안내 날개(8)를 수평으로 설치한 경우, 2차 애프터 에어(11)는 수평방향으로 확산되고, AAP(7)를 설치한 벽면을 따라서 확산된다. 이 결과, 2차 애프터 에어(11)의 유량비가 많은 도 12의 (a)에 비해, 벽면 근방에서의 확산이 추진되어, 15의 (b) 중의 C의 영역에서의 미연분 저감이 촉진된다.
1 : 1차 애프터 에어
3 : 1차 애프터 에어 유량 조정 댐퍼
4 : 1차 애프터 에어 정류기
5 : 1차 애프터 에어 노즐
5a : 1차 애프터 에어 노즐 입구 축류 부재
5b : 1차 애프터 에어 노즐 출구 축류 부재
6 : 버너
7a : 애프터 에어 포트
7b : 부 애프터 에어 포트
8 : 1차 애프터 에어 안내판
11 : 2차 애프터 에어
11a : 순환 소용돌이
12 : 2차 애프터 에어 유량 조정 댐퍼
13 : 2차 애프터 에어 정류기
14 : 2차 애프터 에어 노즐
15 : 2차 애프터 에어 안내 날개
15a : 고정 부재
16 : 제 1 안내 부재
17 : 애프터 에어 포트 개구부(스로트부)
18 : 애프터 에어 포트 개구부 확산부
19 : 제 2 안내 부재
20 : 2차 애프터 에어 안내 날개 조작 핸들
21 : 2차 애프터 에어 안내 날개 조작 핸들 관통부 시일
22 : 2차 애프터 에어 안내 날개 회전축
23 : 2차 애프터 에어 안내 날개 링크
24 : 2차 애프터 에어 안내 날개 링크부 회전축
25 : 에어 분할판
30 : 애프터 에어용 풍상
31 : 화로
32 : 애프터 에어용 풍상 케이싱
S : 시일 공기

Claims (15)

  1. 이론 공기량 이하의 공기량으로 연료를 연소시키는 버너를 화로 내에 배치하고, 상기 버너의 설치 위치보다 하류측의 화로에 공기를 공급하는 애프터 에어 포트를 배치한 연소 장치에 있어서,
    애프터 에어 포트 개구부 내의 중앙부에 연직방향 높이가 수평방향 폭보다 큰 1차 애프터 에어 공급용의 1차 애프터 에어 노즐을 마련하고, 상기 1차 애프터 에어 노즐의 외측의 애프터 에어 포트 개구부에 2차 애프터 에어를 공급하는 2차 애프터 에어 노즐을 마련하고,
    상기 2차 애프터 에어 노즐의 출구부에 2차 애프터 에어를 수평방향 좌우로 편향시켜 공급 가능하도록, 애프터 에어 포트 중심축에 대하여 경사 각도를 갖는 1개 이상의 2차 애프터 에어 안내 날개를 마련한 것을 특징으로 하는
    연소 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    1차 애프터 에어 노즐 출구부에 1차 애프터 에어를 상향으로 편향시켜 투입 가능하도록, 수평방향 및 수평방향보다 상향으로 경사 각도를 조정 가능한 1개 이상의 1차 애프터 에어 안내 날개를 마련한 것을 특징으로 하는
    연소 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    애프터 에어 포트 중심축에 대한 2차 애프터 에어 안내 날개의 경사 각도가 전부 동일한 것을 특징으로 하는
    연소 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    애프터 에어 포트 중심축에 대한 각각의 2차 애프터 에어 안내 날개의 경사 각도에 편차를 가지게 한 것을 특징으로 하는
    연소 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    애프터 에어 포트 중심축에 대한 2차 애프터 에어 안내 날개의 경사 각도가 1차 애프터 에어 노즐로부터 멀수록 큰 것을 특징으로 하는
    연소 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    2차 애프터 에어 안내 날개의 경사 각도를 변경 가능한 구성으로 한 것을 특징으로 하는
    연소 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    2차 애프터 에어 안내 날개를 화로벽의 전후방향으로 이동 가능하게 한 것을 특징으로 하는
    연소 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    1차 애프터 에어 노즐에 가장 근접한 부분에, 2차 애프터 에어 안내 날개의 화로측의 면과 1차 애프터 에어 노즐의 선단부 외면을 따라서 소량의 2차 애프터 에어를 공급 가능한 제 1 안내 부재를 마련한 것을 특징으로 하는
    연소 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    애프터 에어 포트 개구부에 화로를 향하여 끝이 넓어지는 형상의 확산부를 갖고, 상기 확산부의 면을 따라서 소량의 2차 애프터 에어를 공급 가능한 제 2 안내 부재를 마련한 것을 특징으로 하는
    연소 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    1차 애프터 에어 노즐의 입구부와 2차 애프터 에어 노즐의 입구부 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 유로 저항을 변경 가능한 공기 유량 조정 기능 부재를 각각 마련한 것을 특징으로 하는
    연소 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    1차 애프터 에어 노즐 입구부에 유로 단면적을 에어의 흐름 방향을 따라서 점차 축소하는 축류 부재를 장착한 것을 특징으로 하는
    연소 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    1차 애프터 에어 노즐의 선단부의 수평방향의 폭이 에어의 흐름 방향을 따라서 점차 축소되는 축류 부재를 장착한 것을 특징으로 하는
    연소 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    1차 애프터 에어 노즐과 2차 애프터 에어 노즐의 한쪽 혹은 양쪽의 유로 내에 정류기를 설치한 것을 특징으로 하는
    연소 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    애프터 에어 포트의 개구부가 직사각형인 것을 특징으로 하는
    연소 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    애프터 에어 포트의 개구부가 다각형인 것을 특징으로 하는
    연소 장치.
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