KR20200119878A - Burner device - Google Patents
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Abstract
연료 가스(F)과 조연 가스(A)의 예비혼합기체(M)를 연소 영역(R)에 공급하는 버너 장치(1)에 있어서, 연료 가스와 조연 가스를 예비혼합하는 예비혼합 통로(3)과, 상기 예비혼합 통로(3)로부터의 예비혼합기체(M)를 통과시켜 연소 영역(R)에 분사하는, 소결 금속으로 이루어지는 다공질의 버너 헤드(7)를 설치하고, 상기 버너 헤드(7)에, 상기 예비혼합 통로(3)에 향하는, 입경이 큰 소결 금속으로 이루어지는 내측 층(51)과, 상기 연소 영역(R)에 향하는, 상기 내측 층(51)보다 입경이 작은 소결 금속으로 이루어지는 외측 층 (53)을 설치한다.In the burner device (1) for supplying the premixed gas (M) of the fuel gas (F) and the supporting combustion gas (A) to the combustion region (R), the premixing passage (3) for premixing the fuel gas and the supporting combustion gas And, a porous burner head 7 made of sintered metal is provided for spraying the premixed gas M from the premixing passage 3 to the combustion region R, and the burner head 7 E, an inner layer 51 made of a sintered metal having a large particle diameter facing the premixing passage 3, and an outer layer made of a sintered metal having a smaller particle diameter than the inner layer 51 facing the combustion region R Install floor 53.
Description
본 출원은, 2018년 2월 21일 출원된 특허출원 2018-028856의 우선권을 주장하는 것이며, 그 전체를 참조에 의해 본원의 일부를 이루는 것으로서 인용한다.This application claims the priority of patent application 2018-028856 for which it applied on February 21, 2018, and the whole is cited as forming a part of this application by reference.
본 발명은, 예를 들면, 수소 가스와 같은 연료 가스와 다른 종류의 가스를 혼합하여 연소시키는 버너 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a burner device that mixes and combusts fuel gas such as hydrogen gas and other types of gas.
최근, 지구 온난화와 같은 환경 문제의 원인이 되는 이산화탄소의 배출을 억제하기 위해, 이른바 저탄소 사회의 실현을 향하여, 연료에 수소를 이용하는 버너 장치가 제안되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).In recent years, in order to suppress the emission of carbon dioxide, which causes environmental problems such as global warming, a burner device using hydrogen as a fuel has been proposed for the realization of a so-called low-carbon society (see, for example, Patent Document 1).
그러나, 연소 온도가 높은 연료를 연소시키는 경우에는 NOx가 발생하기 쉽다. 또한, 연소 속도가 큰 연료를 연소시키는 경우에는 연소실에서 발생한 화염이 버너측으로 되돌아 오는 역화(逆火) 현상이 발생하기 쉽다. 이와 같은 연소 온도가 높고, 연소 속도가 큰 연료로서는, 예를 들면 수소, 또는 수소를 고농도로 포함하는 가스 등을 들 수 있다.However, when a fuel having a high combustion temperature is burned, NOx is likely to be generated. In addition, when a fuel having a high combustion rate is burned, a backfire phenomenon is likely to occur in which the flame generated in the combustion chamber returns to the burner side. Examples of the fuel having such a high combustion temperature and a high combustion rate include hydrogen or a gas containing hydrogen at a high concentration.
본 발명의 목적은, 연소 온도가 높고, 또한 연소 속도가 큰 연료를 이용한 경우에도 NOx의 발생을 억제할 수 있고, 또한 역화의 발생을 방지할 수 있는 버너 장치를 제공하는 것에 있다.An object of the present invention is to provide a burner device capable of suppressing the generation of NOx and preventing the occurrence of backfire even when a fuel having a high combustion temperature and a high combustion rate is used.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 관한 버너 장치는,In order to achieve the above object, the burner device according to the present invention,
연료 가스와 조연(助燃) 가스의 예비혼합기체(premixed gas)를 연소 영역에 공급하는 버너 장치로서,A burner device for supplying a premixed gas of fuel gas and supporting combustion gas to a combustion region,
연료 가스와 조연 가스를 예비혼합하는 예비혼합 통로와,A premixing passage for premixing fuel gas and supporting combustion gas,
상기 예비혼합 통로로부터의 예비혼합기체를 통과시켜 연소 영역에 분사하는, 소결 금속으로 이루어지는 다공질의 버너 헤드Porous burner head made of sintered metal for spraying into a combustion region by passing a premix gas from the premix passage
를 포함하고,Including,
상기 버너 헤드가,The burner head,
상기 예비혼합 통로에 면하는 내측 층(inner layer)으로서, 입경이 큰 소결 금속으로 이루어지는 내측 층과, As an inner layer facing the premixing passage, an inner layer made of a sintered metal having a large particle diameter;
상기 연소 영역에 면하는 외측 층(outer layer)으로서, 상기 내측 층보다 입경이 작은 소결 금속으로 이루어지는 외측 층 As an outer layer facing the combustion region, an outer layer made of a sintered metal having a smaller particle diameter than the inner layer
을 가지고 있다.Have.
이 구성에 의하면, 대입경의 소결 금속 입자로 형성되는 것에 의해 큰 구멍 직경을 가지는 내측 층에 의해 예비혼합기체가 정류(整流)되고, 압력 손실이 생기는 것에 의해, 예비혼합이 촉진된다. 또한, 소입경의 소결 금속 입자로 형성되는 것에 의해 작은 구멍 직경을 가지는 외측 층을 통과할 때, 예비혼합기체의 유속이 증대하고, 연소 영역에 고속의 예비혼합기체가 분사된다. 따라서, NOx의 발생을 억제할 수 있고, 또한 역화를 방지할 수 있다.According to this configuration, the premixed gas is rectified by the inner layer having a large pore diameter by being formed of sintered metal particles having a large diameter, and a pressure loss occurs, thereby promoting the premixing. Further, when passing through an outer layer having a small pore diameter by being formed of sintered metal particles having a small particle diameter, the flow velocity of the premixed gas increases, and a high-speed premixed gas is injected into the combustion region. Accordingly, the generation of NOx can be suppressed, and backfire can be prevented.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 버너 헤드의 내부에, 상기 예비혼합 통로에 연료 가스를 공급하는 연료 가스 공급 통로를 형성하는 연료 가스 공급관 중 적어도 일부가 설치되어 있어도 된다. 이 구성에 의하면, 연료 가스 공급관을 흐르는 연료 가스에 의해 버너 헤드를 냉각할 수 있다. 이에 의해, 역화가 발생한 경우나 화염이 버너 가까이에 형성된 경우에도, 버너 헤드의 소손을 방지할 수 있다.In one embodiment of the present invention, at least a part of fuel gas supply pipes forming a fuel gas supply passage for supplying fuel gas to the premix passage may be provided inside the burner head. According to this configuration, the burner head can be cooled by the fuel gas flowing through the fuel gas supply pipe. Thereby, even when a backfire occurs or a flame is formed close to the burner, burnout of the burner head can be prevented.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 버너 헤드가, 원통형의 상기 버너 장치의 주위벽을 형성하고 있고, 상기 연료 가스 공급관이, 상기 버너 헤드의 내부에 설치된 복수의 외주 연료 가스 공급관을 포함하고, 상기 복수의 외주 연료 가스 공급관이, 상기 버너 장치의 축심(軸心) 방향으로 평행하게 연장되고, 또한 상기 버너 헤드의 주위 방향으로 등간격으로 배치되어 있어도 된다. 이 구성에 의하면, 버너 헤드의 분사면에 있어서, 연료 가스 공급관이 존재하지 않는 예비혼합기체의 고속 영역 사이에, 연료 가스 공급관이 존재하는 것에 의해 예비혼합기체가 저속으로 되는 보염(保炎) 영역이 규칙적인 배치로 형성된다. 이 보염 영역의 존재에 의해, 고속 영역에서의 큰 화염의 주위 방향의 이동이 제한되고, 버너 헤드 전체로서 안정된 연소를 실현할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the burner head forms a peripheral wall of the cylindrical burner device, and the fuel gas supply pipe includes a plurality of peripheral fuel gas supply pipes provided inside the burner head, The plurality of outer circumferential fuel gas supply pipes may extend in parallel in the axial direction of the burner device, and may be arranged at equal intervals in the circumferential direction of the burner head. According to this configuration, on the injection surface of the burner head, the premixed gas is kept at a low speed due to the presence of the fuel gas supply pipe between the high-speed regions of the premixed gas in which the fuel gas supply pipe does not exist. It is formed by this regular arrangement. Due to the presence of this flame retardant region, movement of the large flame in the circumferential direction in the high-speed region is restricted, and stable combustion as a whole burner head can be realized.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 각 외주 연료 가스 공급관이, 상기 버너 헤드의, 예비혼합기체의 흐름 방향에서의 상류측에 연료 가스 입구를 가지고, 상기 연료 가스 공급관이, 상기 버너 장치의 축심 상에 설치된 중심 연료 가스 공급관으로서, 상기 복수의 외주 연료 가스 공급관에 상기 버너 헤드의, 예비혼합기체의 흐름 방향에서의 하류 단부(端部)에서 연통(連通)하고, 상기 버너 헤드의 상기 상류측에 상기 예비혼합 통로로의 연료 가스 출구를 가지는 중심 연료 가스 공급관을 더 포함해도 된다. 이 구성에 의하면, 외주 연료 공급관을 원통 형상 버너 헤드의 내부에 설치하는 경우에도, 배관 구조의 복잡화 및 버너 장치 전체의 치수 증대가 억제된다.In one embodiment of the present invention, each outer circumferential fuel gas supply pipe has a fuel gas inlet on an upstream side of the burner head in the flow direction of the premixed gas, and the fuel gas supply pipe is on the axial center of the burner device. A central fuel gas supply pipe provided in the plurality of outer circumferential fuel gas supply pipes, the burner head communicates at a downstream end in the flow direction of the premixed gas, and is connected to the upstream side of the burner head. A central fuel gas supply pipe having a fuel gas outlet to the premix passage may be further included. According to this configuration, even when the outer circumferential fuel supply pipe is provided inside the cylindrical burner head, the complexity of the piping structure and the increase in the size of the burner device as a whole are suppressed.
청구범위 및/또는 명세서 및/또는 도면에 개시된 적어도 2개의 구성의 어떠한 조합도, 본 발명에 포함된다. 특히, 청구범위의 각 청구항에 2개 이상의 어떠한 조합도, 본 발명에 포함된다.Any combination of at least two configurations disclosed in the claims and/or in the specification and/or drawings are encompassed by the present invention. In particular, any combination of two or more in each claim of the claims is encompassed by the present invention.
본 발명은, 첨부한 도면을 참고로 한 이하의 호적한 실시형태의 설명으로부터, 보다 명료하게 이해될 것이다. 그러나, 실시형태 및 도면은 단순한 도시 및 설명을 위한 것이며, 본 발명의 범위를 정하기 위해 이용되어야 하는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 첨부한 청구범위에 의해 정해진다. 첨부 도면에 있어서, 복수의 도면에서의 동일한 부호는, 동일 또는 상당하는 부분을 나타낸다.
[도 1] 본 발명의 일 실시형태에 관한 버너 장치의 개략 구조를 나타내는 파단 사시도이다.
[도 2] 도 1의 버너 장치의 연료 가스 도출부의 일례를 나타내는 평면도이다.
[도 3] 도 1의 버너 장치의 연료 가스 도출부의 일례를 나타내는 평면도이다.
[도 4] 도 1의 버너 장치의 버너 헤드를 확대하여 나타내는 횡단면도이다.
[도 5] 도 1의 변형예에 관한 버너 장치의 개략 구성을 모식적으로 나타내는 종단면도이다.The present invention will be more clearly understood from the following description of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments and drawings are for mere illustration and description, and should not be used to define the scope of the present invention. The scope of the invention is defined by the appended claims. In the accompanying drawings, the same reference numerals in a plurality of drawings indicate the same or corresponding parts.
1 is a broken perspective view showing the schematic structure of a burner device according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a plan view showing an example of a fuel gas lead-out unit of the burner device of Fig. 1.
Fig. 3 is a plan view showing an example of a fuel gas lead-out portion of the burner device of Fig. 1.
Fig. 4 is a cross-sectional view showing an enlarged burner head of the burner device of Fig. 1.
Fig. 5 is a longitudinal sectional view schematically showing a schematic configuration of a burner device according to a modification of Fig. 1.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 버너 장치를 나타낸다. 동 도면에 나타내는 버너 장치(1)는, 연료 가스와 조연 가스의 예비혼합기체(M)를 연소 영역(R)에 공급하는 장치이다. 버너 장치(1)는, 예를 들면, 보일러나 가스 터빈과 같은 동력 장치의 가열 장치로서 사용된다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 shows a burner device according to an embodiment of the present invention. The
연료 가스는, 예를 들면, 연소 온도가 높고, 연소 속도가 크고, 가연 농도 범위가 넓은 연료이며, 본 실시형태에서는, 연료 가스로서 수소함유 가스, 예를 들면 수소 가스를 사용하고 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 조연 가스로서 공기(A)를 사용하고 있다. 조연 가스로서는, 공기 이외에, 예를 들면, 공기 중의 산소 농도를 조정한 가스, 배기 가스 등을 사용할 수 있다. 이하의 설명에서는, 연료 가스를 「연료(F)」로 하고, 조연 가스를 「공기(A)」로서 설명한다.The fuel gas is, for example, a fuel having a high combustion temperature, a high combustion rate, and a wide range of combustible concentrations. In the present embodiment, a hydrogen-containing gas such as hydrogen gas is used as the fuel gas. In addition, in this embodiment, air (A) is used as a supporting combustion gas. As the assisting gas, in addition to air, for example, a gas whose oxygen concentration in the air is adjusted, exhaust gas, or the like can be used. In the following description, the fuel gas is referred to as "fuel (F)" and the supporting combustion gas is described as "air (A)".
버너 장치(1)는 전체로서 대략 원통 형상을 가지고 있다. 버너 장치(1)의 내측 공간이, 연료(F)와 공기(A)가 예비혼합되는 예비혼합 통로(3)를 형성하고 있다. 이 버너 장치(1)는, 연소 영역(R)에 면하여 예비혼합기체(M)를 연소 영역(R)에 분사하는 부분(도 1의 우측 부분)인 분사부(1a)와, 연료(F) 및 공기(A)를 버너 장치(1) 내에 도입하는 부분(도 1의 좌측 부분)인 기부(基部)(1b)를 가진다. 분사부(1a)와 기부(1b)는 버너 장치(1)의 축심 C 방향으로 배열되어 있다. 버너 장치(1)의 분사부(1a)와 기부(1b)의 경계 부분에는 플랜지(5)가 설치되어 있다. 플랜지(5)는, 버너 장치(1)가 사용되는 가열 장치로의 연결부가 되고, 또한 연소 영역(R)과, 연료(F) 및/또는 공기(A)의 도입 공간을 구획한다. 이하의 설명에 있어서, 버너 장치(1)의 축심 방향에서의 연소 영역(R)측(즉 분사부(1a) 측)을 「후측(後側)」이라고 하고, 연소 영역과는 반대측(즉 기부(1b) 측)을 「전측(前側)」이라고 한다. 본 실시형태에서는, 예비혼합 통로(3)에서의 예비혼합기체(M)의 흐름 방향의 상류측이 전측이며, 하류측이 후측이다.The
연소 영역(R)에 예비혼합기체(M)를 분사하는 버너 헤드(7)는, 버너 장치(1)의 분사부(1a)의 주위벽을 형성하고 있다. 예비혼합 통로(3)의 예비혼합기체(M)는, 버너 헤드(7)를 직경 방향으로 통과하여 연소 영역(R)에 분사된다. 기부(1b)의 후단부, 즉 플랜지(5)를 통하여 분사부(1a)에 인접하는 부분에는, 환형의 연료 도입부(9)가 형성되어 있다. 연료 도입부(9)의 내부로부터 버너 헤드(7)의 내부에 걸쳐, 버너 장치(1)의 축심 C에 평행하게 연장되는 외주 연료 공급 통로(11)가 형성되어 있다. 각 외주 연료 공급 통로(11)는 외주 연료 공급관(13)에 의해 형성되어 있다. 이 예에서는, 복수의 외주 연료 공급관(13)이 버너 장치(1)의 주위 방향으로 등간격으로 배치되어 있다. 연료 도입부(9)의 주위벽(9a)에, 연료 도입부(9)의 바깥쪽 공간과 각 외주 연료 공급 통로(11)를 연통시키는, 직경 방향으로 연장되는 복수의 연료 도입공(15)이 형성되어 있다. 각 연료 도입공(15)이 외주 연료 공급 통로(11)로의 연료 입구이며, 각 연료 도입공(15)을 통하여, 버너 장치(1)의 외부로부터의 연료(F)가 각 외주 연료 공급 통로(11)에 도입된다.The
분사부(1a)의 후단부가 되는 버너 장치(1)의 일단부는 폐지되어 바닥이 있는 상태로 형성되어 있다. 분사부(1a)의 후단부의 내측 공간이, 각 외주 연료 공급 통로(11)와 연통하는 공통의 연료 헤더챔버(header chamber)(17)를 형성하고 있다. 버너 장치(1)의 중심부에는, 연료 헤더챔버(17)와 연통하고, 축심 C를 따라 연장되는 중심 연료 공급 통로(19)를 형성하는 공통의 중심 연료 공급관(21)이 설치되어 있다. 중심 연료 공급관(21)은, 연료 헤더챔버(17)로부터 기부(1b)의 내측 공간까지 연장되어 있다. 중심 연료 공급관(21)의 하류 단부(전단부(前端部))에 위치하는 연료 도출부(23)로부터, 예비혼합 통로(3)에 연료(F)가 도출된다. 이와 같이, 도시한 예에서는, 외주 연료 공급 통로(11), 연료 헤더챔버(17) 및 중심 연료 공급 통로(19)에 의해, 예비혼합 통로(3)로의 연료 공급 통로(25)가 구성되어 있다.One end of the
기부(1b)의 전단부가 되는, 버너 장치(1)의 타단부는 바닥이 없는 상태로 형성되어 있다. 기부(1b)의 전단부의 개구가 공기 도입구(27)를 형성하고 있다. 공기 도입구(27)로부터 도입된 공기(A)는, 중심 연료 공급관(21)의 연료 도출부(23)에 있어서 연료(F)에 합류한다.The other end of the
도시한 예에서는, 기부(1b)의 전단부에, 공기(A)의 흐름을 축심 C 방향을 따른 균일한 흐름으로 정류하는 정류 기구(機構)(29)가 설치되어 있다. 구체적으로는, 이 예에서는, 정류 기구(29)는, 공기 도입구(27)의 개구부에 설치되어, 이 개구부의 내측 공간을 주위 방향으로 균등 분할하는 분할 날개(31)와, 분할 날개(31)의 하류에 설치된 복수(이 예에서는 2개)의 원환형의 정류 다공판(33)으로 이루어진다. 정류 기구(29)를 구성하는 이들의 각 요소는, 중심 연료 공급관(21)으로부터 전방으로 연장된 중앙 지주(35)의 외주에 설치되어 있다. 다만, 정류 기구(29)의 태양은 이 예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 정류 기구(33)로서 분할 날개(31) 및 정류 다공판(33) 중 어느 한쪽만이 설치되어 있어도 된다. 또한, 정류 기구(29)는 생략해도 된다.In the illustrated example, a
도시한 예에서는, 중심 연료 공급관(21)의 연료 도출부(23)는, 중심 연료 공급관(21)으로부터 방사상으로 돌출된 복수(이 예에서는 8개)의 스포크형 관(39)의 관군(pipe group)(41)으로서 형성되어 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 각 스포크형 관(39)의 후측에, 연료(F)의 예비혼합 통로(3)로의 출구가 되는 연료 도출공(43)이 형성되어 있다. 이 예에서는, 각 스포크형 관(39)에, 복수의 연료 도출공(43)이 스포크형 관(39)의 길이 방향을 따라 등간격으로 배열되어 있다.In the illustrated example, the fuel lead-out
또한, 이 예의 연료 도출부(23)는 2조의 스포크형 관(39)의 관군(41)을 구비하고 있다. 도 3에 모식적으로 나타낸 바와 같이, 2조의 관군은, 실선으로 나타내는 제1 관군(41A)의 각 스포크 관(39A)의 주위 방향 위치가, 파선으로 나타내는 제2 관군(41B)의 이웃하는 스포크 관(39B, 39B) 사이의 중앙의 주위 방향 위치로 되도록 배치되어 있다.Moreover, the fuel lead-out
또한, 도 1에 나타낸 예에서는, 연료 도출부(23)의 예비혼합 통로(3)에서의 하류측(후측)에, 연료(F)와 공기(A)의 예비혼합을 촉진하는 예비혼합 촉진 부재(45)가 설치되어 있다. 보다 구체적으로는, 이 예에서는, 예비혼합 촉진 부재(45)로서, 복수(이 예에서는 3개)의 원환형의 예비혼합 다공판(45)이 설치되어 있다. 각 예비혼합 다공판(45)은, 중심 연료 공급관(21)의 외주에 설치되어 있다. 그리고, 예비혼합 촉진 부재(45)는 생략해도 된다.In addition, in the example shown in FIG. 1, a premixing promoting member promoting premixing of fuel F and air A on the downstream side (rear side) of the
다만, 본 실시형태에 있어서, 예비혼합 통로(3)에 각 가스를 공급하기 위한 구조 및 예비혼합 통로(3)에 있어서 예비혼합을 촉진하기 위한 구조는, 상기에서 설명한 태양에 한정되지 않는다.However, in this embodiment, the structure for supplying each gas to the
이하에, 본 실시형태에서의 버너 헤드(7)의 구조에 대하여 상세하게 설명한다. 버너 헤드(7)는, 소결 금속으로 이루어지는 다공질의 부재로서 구성되어 있다. 소결 금속의 입자간에 형성된 미세한 공공(空孔)이, 예비혼합 통로(3)로부터 연소 영역(R)까지의 예비혼합기체(M)의 유로를 형성한다.Hereinafter, the structure of the
구체적으로는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 버너 헤드(7)는, 예비혼합 통로(3)에 면하는 내측 층(51)(동 도면의 큰 간격의 크로스 해칭으로 나타내는 층)과, 연소 영역(R)에 면하는 외측 층(53)(동 도면의 작은 간격의 크로스 해칭으로 나타내는 층)을 가지고 있다. 외측 층(53)과 내측 층(51)에서는, 각 층을 형성하는 소결 금속 입자의 입경이 상이하다. 즉, 본 실시형태에서는, 외측 층(53)을 형성하는 소결 금속 입자의 입경이, 내측 층(51)을 형성하는 소결 금속 입자의 입경보다 작다.Specifically, as shown in Fig. 4, the
내측 층(51)은, 대입경의 소결 금속 입자로 형성되는 것에 의해 큰 구멍 직경, 즉 큰 유로 직경을 가진다. 이와 같은 내측 층(51)의 유로에 의해 예비혼합기체(M)가 정류되고, 예비혼합이 촉진된다. 한편, 외측 층(53)은, 내측 층(51)보다 소입경의 소결 금속 입자로 형성되는 것에 의해 내측 층(51)보다 작은 구멍 직경, 즉 작은 유로 직경을 가진다. 이와 같은 외측 층(53)의 유로를 통과할 때, 예비혼합기체(M)의 유속이 증대하고, 연소 영역(R)에 고속의 예비혼합기체(M)가 분사된다.The
버너 헤드(7)를 형성하는 소결 금속의 소재가 되는 금속 재료로서는, 예를 들면 스테인레스강, 청동, 니켈 등을 사용할 수 있다. 또한, 내측 층(51)을 형성하는 소결 금속 입자의 입경(직경)은, 예를 들면 500∼1500㎛이다. 외측 층(53)을 형성하는 소결 금속 입자의 입자 직경은, 예를 들면 50∼400㎛이다.As the metal material used as the material of the sintered metal forming the
또한, 전술한 바와 같이, 버너 헤드(7)의 내부에, 외주 연료 공급 통로(11)를 형성하는 외주 연료 공급관(연료 가스 공급관)(13)이 설치되어 있다. 도시한 예에서는, 복수의 외주 연료 공급관(13)이, 버너 헤드(7)의 주위 방향으로 등간격으로 배치되어 있다. 또한, 외측 층(53)과 내측 층(51)은 대략 동일한 두께(직경 방향 폭)를 가지고 있다. 외측 층(53)과 내측 층(51)의 경계 부분에 각 외주 연료 공급관(13)이 설치되어 있다.Further, as described above, an outer fuel supply pipe (fuel gas supply pipe) 13 is provided inside the
버너 헤드(7)의 내부에 외주 연료 공급관(13)과 같은 연료 공급관을 설치하는 것에 의해, 연료 공급관을 흐르는 연료(F)에 의해 버너 헤드(7)가 냉각된다. 이 냉각에 의해, 역화 현상이 생긴 경우나 화염이 버너 가까이에 형성되었을 경우에도 버너 헤드(7)의 소손을 방지할 수 있다.The
또한, 외주 연료 공급관(13)이, 버너 헤드(7)의 주위 방향으로 등간격으로 배치되어 있는 것에 의해, 버너 헤드(7)의 예비혼합기체(M)의 분사면에 있어서, 외주 연료 공급관(13)이 존재하지 않는 예비혼합기체(M)의 고속 영역 HR의 사이에, 외주 연료 공급관(13)이 존재함으로써 예비혼합기체(M)가 저속으로 되는 보염 영역 FR이 규칙적인 배치로 형성된다. 이 보염 영역 FR의 존재에 의해, 고속 영역 HR에서의 큰 화염의 주위 방향의 이동이 제한되고, 버너 헤드(7) 전체로서 안정된 연소가 실현된다.Further, since the outer
또한, 본 실시형태에서는 전술한 바와 같이, 각 외주 연료 가스 공급관(13)이, 버너 헤드(7)의, 예비혼합기체(M)의 흐름 방향에서의 상류측(전측)에 위치하는 기부(1b)에 연료 입구를 가지고, 중심 연료 공급관(21)이, 복수의 외주 연료 공급관(13)에 버너 헤드(7)의, 예비혼합기체(M)의 흐름 방향에서의 하류 단부(후단부)에서 연통하고, 버너 헤드의 상기 상류측에서 예비혼합 통로(3)로의 연료 출구를 가지고 있다. 이와 같이 구성하는 것에 의해, 외주 연료 공급관(13)을 원통 형상의 버너 헤드(7)의 내부에 설치하는 경우에도, 배관 구조의 복잡화 및 버너 장치(1) 전체의 치수 증대가 억제된다.In addition, in this embodiment, as described above, each of the outer circumferential fuel
다만, 버너 헤드(7)의 내부에서의 외주 연료 공급관(13) 및 중심 연료 공급관(21)의 배열 태양은 이 예에 한정되지 않는다. 또한, 버너 헤드(7) 내부에 외주 연료 공급관(13)과 같은 연료 공급관을 설치하는 것은 필수는 아니다.However, the arrangement of the outer circumferential
그리고, 본 실시형태에서는, 버너 헤드(7)이 외측 층(53) 및 내측 층(51)만으로 이루어지는 2층 구조를 가지는 예를 제시했지만, 버너 헤드(7)는 이와 같은 2층 구조에 한정되지 않는다. 즉, 버너 헤드(7)는, 외측 층(53)과 내측 층(51) 사이에, 소결 금속으로 이루어지는 1개 또는 복수 개의 중간층을 가지고 있어도 된다. 이 경우의 중간층은, 예를 들면, 외측 층(53)의 소결 금속 입자 직경보다 크고 내측 층의 소결 금속 입자 직경보다 작은 소결 금속 입자 직경을 가지고 있다.Further, in this embodiment, an example in which the
또한, 버너 헤드(7)는, 소결 금속으로 형성되어 있고, 입경이 큰 소결 금속으로 이루어지는 내측 층(51)과, 내측 층(51)보다 입경이 작은 소결 금속으로 이루어지는 외측 층(53)을 가지고 있으면, 형상은 상기에서 설명한 원통 형상에 한정되지 않는다. 버너 헤드(7)는, 예를 들면 도 5에 변형예로서 나타낸 바와 같이, 평판 형상이어도 된다. 이 예에서는, 버너 장치(1)의 예비혼합 통로(3)의 하류 단부에, 버너 장치(1)의 축심 C에 직교하는 예비혼합 분사면을 가지는 평판 형상의 버너 헤드(7)가 장착되어 있다. 또한, 이 경우도, 도시는 하지 않지만, 버너 헤드(7)의 내부에 연료 공급관이 설치되어 있어도 된다.In addition, the
이상 설명한 본 실시형태에 관한 도 1의 버너 장치(1)에 의하면, 대입경의 소결 금속 입자로 형성되는 것에 의해 큰 구멍 직경을 가지는 내측 층(51)에 의해 예비혼합기체(M)가 정류되고, 예비혼합이 촉진된다. 또한, 소입경의 소결 금속 입자로 형성되는 것에 의해 작은 구멍 직경을 가지는 외측 층(53)을 통과할 때, 예비혼합기체(M)의 유속이 증대하고, 연소 영역(R)에 고속의 예비혼합기체(M)가 분사된다. 따라서, NOx의 발생을 억제할 수 있고, 또한 역화를 방지할 수 있다.According to the
그리고, 본 실시형태에 관한 버너 장치(1)는, 전술한 보일러 장치나 가스 터빈뿐만 아니라, 다른 종류의 동력 장치에도 적용할 수 있다.In addition, the
이상과 같이, 도면을 참조하면서 호적한 실시형태를 설명하였으나, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위 내에서, 각종 추가, 변경 또는 삭제가 가능하다. 따라서, 그와 같은 것도 본 발명의 범위 내에 포함된다.As described above, preferred embodiments have been described with reference to the drawings, but various additions, changes, or deletions may be made without departing from the spirit of the present invention. Accordingly, such things are also included within the scope of the present invention.
1 : 버너 장치
3 : 예비혼합 통로
7 : 버너 헤드
11 : 외주 연료 공급 통로(연료 가스 공급 통로)
13 : 외주 연료 공급관(연료 가스 공급관)
19 : 중심 연료 공급 통로(연료 가스 공급 통로)
21 : 외주 연료 공급관(연료 가스 공급관)
25 : 연료 공급 통로(연료 가스 공급 통로)
51 : 내측 층
53 : 외측 층
A : 공기(조연 가스)
F : 연료(연료 가스)
M : 예비혼합기체
R : 연소 영역1: burner device
3: premix passage
7: burner head
11: Outer fuel supply passage (fuel gas supply passage)
13: Outer fuel supply pipe (fuel gas supply pipe)
19: central fuel supply passage (fuel gas supply passage)
21: external fuel supply pipe (fuel gas supply pipe)
25: fuel supply passage (fuel gas supply passage)
51: inner layer
53: outer layer
A: Air (assisting gas)
F: fuel (fuel gas)
M: premixed gas
R: combustion area
Claims (4)
연료 가스와 조연 가스를 예비혼합하는 예비혼합 통로; 및
상기 예비혼합 통로로부터의 예비혼합기체를 통과시켜 연소 영역에 분사하는, 소결 금속으로 이루어지는 다공질의 버너 헤드;
를 포함하고,
상기 버너 헤드가,
상기 예비혼합 통로에 면하는 내측 층(inner layer)으로서, 입경이 큰 소결 금속으로 이루어지는 내측 층과,
상기 연소 영역에 면하는 외측 층(outer layer)으로서, 상기 내측 층보다 입경이 작은 소결 금속으로 이루어지는 외측 층
을 가지는,
버너 장치.A burner device for supplying a premixed gas of fuel gas and supporting combustion gas to a combustion region,
A premixing passage for premixing the fuel gas and the supporting combustion gas; And
A porous burner head made of a sintered metal for spraying into a combustion region by passing the premixed gas from the premixing passage;
Including,
The burner head,
As an inner layer facing the premixing passage, an inner layer made of a sintered metal having a large particle diameter;
As an outer layer facing the combustion region, an outer layer made of a sintered metal having a smaller particle diameter than the inner layer
Having,
Burner device.
상기 버너 헤드의 내부에, 상기 예비혼합 통로에 연료 가스를 공급하는 연료 가스 공급 통로를 형성하는 연료 가스 공급관 중 적어도 일부가 설치되어 있는, 버너 장치.The method of claim 1,
A burner device, wherein at least a portion of a fuel gas supply pipe forming a fuel gas supply passage for supplying fuel gas to the premix passage is provided inside the burner head.
상기 버너 헤드가, 원통형의 상기 버너 장치의 주위벽을 형성하고 있고, 상기 연료 가스 공급관이, 상기 버너 헤드의 내부에 설치된 복수의 외주 연료 가스 공급관을 포함하고, 상기 복수의 외주 연료 가스 공급관이, 상기 버너 장치의 축심(軸心) 방향으로 평행하게 연장되고, 또한 상기 버너 헤드의 주위 방향으로 등간격으로 배치되어 있는, 버너 장치.The method of claim 2,
The burner head forms a peripheral wall of the cylindrical burner device, the fuel gas supply pipe includes a plurality of peripheral fuel gas supply pipes provided inside the burner head, and the plurality of peripheral fuel gas supply pipes, A burner device that extends in parallel in the axial direction of the burner device and is disposed at equal intervals in the circumferential direction of the burner head.
각 외주 연료 가스 공급관이, 상기 버너 헤드의, 예비혼합기체의 흐름 방향에서의 상류측에 연료 가스 입구를 가지고,
상기 연료 가스 공급관이, 상기 버너 장치의 축심 상에 설치된 중심 연료 가스 공급관으로서, 상기 복수의 외주 연료 가스 공급관에 상기 버너 헤드의, 예비혼합기체의 흐름 방향에서의 하류 단부(端部)에서 연통(連通)하고, 상기 버너 헤드의 상기 상류측에 상기 예비혼합 통로로의 연료 가스 출구를 가지는 중심 연료 가스 공급관을 더 포함하는, 버너 장치.The method of claim 3,
Each outer circumferential fuel gas supply pipe has a fuel gas inlet on the upstream side of the burner head in the flow direction of the premixed gas,
The fuel gas supply pipe is a central fuel gas supply pipe provided on an axial center of the burner device, and communicates with the plurality of outer fuel gas supply pipes at a downstream end of the burner head in the flow direction of the premixed gas ( And a central fuel gas supply pipe having a fuel gas outlet to the premix passage on the upstream side of the burner head.
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