KR20230155184A - Flame velocity control gas burner to prevent flashback and controlling method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 역화방지를 위한 화염속도 조절 연소기 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료와 산화제가 예혼합 연소되어 출구단에서 화염이 형성되는 연소기에 있어서, 연료와 산화제가 예혼합되는 예혼합 챔버; 상기 예혼합 챔버의 출구단에 형성되는 복수의 출력구; 및 공급되는 연료와 산화제에 따른 부하 조건에 따라 상기 출력구에서 출력되는 를 연료-산화제 출구속도를 조절하는 출구속도 조절부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 역화방지를 위한 화염속도 조절 연소기에 관한 것이다. The present invention relates to a flame speed control combustor to prevent flashback and a control method thereof. More specifically, in a combustor in which fuel and oxidizer are premixed and burned to form a flame at the exit end, an example in which fuel and oxidizer are premixed. mixing chamber; a plurality of output ports formed at an outlet end of the premixing chamber; and an outlet speed control unit that adjusts the fuel-oxidant outlet speed output from the output port according to load conditions according to the supplied fuel and oxidant. .
Description
본 발명은 역화방지를 위한 화염속도 조절 연소기 및 그 제어방법에 관한 것이다. The present invention relates to a flame speed control combustor for preventing flashbacks and a method for controlling the same.
화력발전이란 화석연료의 연소에 의해 발생하는 고온 고압의 연소가스가 회전체인 터빈을 돌리고 그 동력이 교 류발전기에 전달되어 전기를 얻는 방식을 말한다. 그리고, 엔진이란 열에너지를 기계적 에너지로 바꾸는 장치를 말한다. 이와 같이 연료를 연소시켜 전기를 얻거나 동력을 얻는 방식은 다양한 분야에 적용되어 사용되고 있다. 일례로, 대한민국 등록특허공보 제10-1080928호(2011.11.01.)에는 외부로부터 연소공기를 공급받아 연료공급부 에 의해 공급된 연료를 연소시키는 연소통을 구비하는 연소장치에 대해 개시하고 있다.Thermal power generation refers to a method in which high-temperature, high-pressure combustion gas generated by the combustion of fossil fuels turns a rotating turbine and the power is transmitted to an alternator to generate electricity. And, an engine is a device that converts heat energy into mechanical energy. This method of obtaining electricity or power by burning fuel is being applied and used in various fields. For example, Republic of Korea Patent Publication No. 10-1080928 (2011.11.01.) discloses a combustion device provided with a combustion vessel that receives combustion air from the outside and combusts the fuel supplied by the fuel supply unit.
그러나, 화석연료를 연소시킬 때 다량 배출되는 질소산화물은 가장 심각한 대기오염물질로 분류되며, 대기로 배 출된 후 광화학 반응에 의해 응축되어 미세먼지가 발생하게 되는 등 사회적 문제가 지속되고 있으며, 화력발전 및 엔진의 주 연료로 사용되고 있는 화석연료가 고갈되어 감에 따라 이를 대체할 수 있는 연료 및 대체연료를 안전하게 연소시킬 수 있는 연소장치가 필요한 실정이다. 이를 해결하기 위해 대체연료로 수소를 이용하고자 하나 폭발 등과 같은 안전사고의 위험성이 높다는 문제점이 있었다.However, nitrogen oxides, which are emitted in large quantities when burning fossil fuels, are classified as the most serious air pollutants, and after being discharged into the atmosphere, they are condensed through photochemical reactions to generate fine dust, which is a continuing social problem, and thermal power generation. As fossil fuels used as the main fuel for engines are depleted, there is a need for fuels that can replace them and combustion devices that can safely burn alternative fuels. To solve this problem, hydrogen was attempted to be used as an alternative fuel, but there was a problem with the high risk of safety accidents such as explosions.
수소 전소 또는 수소-LNG 등 예혼합 연소시스템 설계시 가장 최우선으로 고려해야 하는 인자는 역화방지(Flashback)이다. LNG의 화염전파속도는 60cm/s, 암모니아는 12cm/s이고, 수소는 약 290cm/s로 상당히 화염속도가 빠른 편이다.The most important factor to consider when designing a premixed combustion system such as hydrogen combustion or hydrogen-LNG is flashback. The flame propagation speed of LNG is 60 cm/s, ammonia is 12 cm/s, and hydrogen has a fairly fast flame speed of about 290 cm/s.
화염전파속도가 높은 수소의 경우 역화의 가능성이 매우 높으며, 만일 역화가 발생하게 되면 연소정지, 시설의 파괴 및 인명피해 등이 발생할 수 있게 된다.도 1은 안정된 연소상태(a)와 역화가 발생한 경우의 연소상태(b)를 모식적으로 나타낸 단면도를 도시한 것이다. In the case of hydrogen, which has a high flame propagation speed, the possibility of backfire is very high, and if a backfire occurs, combustion may stop, destruction of facilities, and casualties may occur. Figure 1 shows the stable combustion state (a) and the state in which a backfire occurred. It shows a cross-sectional view schematically showing the combustion state (b) in the case.
역화 방지를 위해서 여러가지 기술 및 특허가 출원되고 있다. 대한민국 등록특허 10-2281567은 역화현상을 방지할 수 있는 수소가스 연소장치(Hydrogen gas burner for flashback prevention)에 대한 것으로, 역화 가능성이 높은 수소 연소기에 대해 공기와의 예혼합(premix) 공간을 최소화하여 역화를 방지하고 있다. Various technologies and patents are being applied for to prevent backfires. Republic of Korea registered patent 10-2281567 is about a hydrogen gas burner for flashback prevention, which minimizes the premix space with air for hydrogen combustors with a high possibility of flashback. Preventing backfire.
그러나, 연소기는 연료를 100, 80,50, 30 등 부분 부하 운전을 할 수 있도록 설계된다. 즉 공급되는 연료와 공기의 양이 달라질 수 있다. 이는 연소기 출구에서 연료-공기 출구속도가 달라지게 된다. 만일 부하가 낮을 때 연료-공기 출구속도가 화염 전파속도보다 현저하게 낮아지게 되면 역화가 발생하게 된다.However, the combustor is designed to operate at partial load, such as 100, 80, 50, or 30 fuel. In other words, the amount of fuel and air supplied may vary. This causes the fuel-air outlet velocity to change at the combustor outlet. If the fuel-air outlet velocity becomes significantly lower than the flame propagation velocity at low loads, a backfire will occur.
따라서 이러한 달라지는 부하조건에 따라 역화를 방지할 수 있는 연소기의 개발이 요구되었다. Therefore, the development of a combustor that can prevent backfire according to these changing load conditions was required.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 부하조건에 따라 연소기 출구 면적을 조절하여 출구속도가 화염전파속도보다 낮아지는 것을 방지하여 역화가 일어나지 않게 할 수 있는, 역화방지를 위한 화염속도 조절 연소기 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다. Therefore, the present invention was developed to solve the above-described conventional problems. According to an embodiment of the present invention, the combustor outlet area is adjusted according to load conditions to prevent the outlet speed from being lower than the flame propagation speed, thereby preventing backfire. The purpose is to provide a flame speed control combustor and its control method to prevent flashbacks, which can prevent flashbacks from occurring.
본 발명의 실시예에 따르면, 연소기 출력단의 출력구 부분을 부분적으로 블락 시킴으로써 연료-공기 출구속도를 조절하여, 출구속도가 화염전파속도보다 낮아지는 것을 방지하여 역화가 일어나지 않게 할 수 있는, 역화방지를 위한 화염속도 조절 연소기 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다. According to an embodiment of the present invention, the fuel-air outlet speed is adjusted by partially blocking the output port portion of the combustor output stage, thereby preventing backfire from occurring by preventing the outlet speed from being lower than the flame propagation speed. The purpose is to provide a flame speed control combustor and its control method.
본 발명의 실시예에 따르면, 연소기 출력단 출력구 부분에 개구 정도를 조절하여 연료-공기 출구속도를 조절하여 출구속도가 화염전파속도보다 낮아지는 것을 방지하여 역화가 일어나지 않게 할 수 있는, 역화방지를 위한 화염속도 조절 연소기 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다. According to an embodiment of the present invention, by adjusting the degree of opening in the output port portion of the combustor output end, the fuel-air outlet speed is adjusted to prevent the outlet speed from being lower than the flame propagation speed, thereby preventing backfire from occurring. The purpose is to provide a flame speed control combustor and its control method.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Meanwhile, the technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly apparent to those skilled in the art from the description below. It will be understandable.
본 발명의 제1목적은 연료와 산화제가 예혼합 연소되어 출구단에서 화염이 형성되는 연소기에 있어서, 연료와 산화제가 예혼합되는 예혼합 챔버; 상기 예혼합 챔버의 출구단에 형성되는 복수의 출력구; 및 공급되는 연료와 산화제에 따른 부하 조건에 따라 상기 출력구에서 출력되는 를 연료-산화제 출구속도를 조절하는 출구속도 조절부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 역화방지를 위한 화염속도 조절 연소기로서 달성될 수 있다. The first object of the present invention is to provide a combustor in which fuel and oxidizer are premixed and combusted to form a flame at the outlet end, comprising: a premix chamber in which fuel and oxidizer are premixed; a plurality of output ports formed at an outlet end of the premixing chamber; and an outlet speed control unit that adjusts the fuel-oxidant outlet speed output from the output port according to the load conditions according to the supplied fuel and oxidant. You can.
그리고 화염의 전파속도에 기반하여 상기 출구속도가 설정된 값이상으로 유지되도록 상기 출구속도 조절부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. And it may be characterized by including a control unit that controls the outlet speed adjusting unit to maintain the outlet speed above a set value based on the propagation speed of the flame.
또한 상기 연료는 수소를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. Additionally, the fuel may be characterized as containing hydrogen.
그리고 화염의 역화를 감지하는 역화감지부; 및 상기 역화감지부에서 역화가 감지된 경우 상기 출구속도가 증가되도록 상기 출구속도 조절부를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. And a flashback detection unit that detects backfire of the flame; and a control unit that controls the exit speed controller to increase the exit speed when a backfire is detected by the backfire detection unit.
또한 상기 출구속도 조절부는, 상기 부하조건에 따라 상기 출력구 일부를 개폐시키는 블락수단을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the outlet speed control unit may include a blocking means that opens and closes a portion of the output port according to the load condition.
그리고 상기 출구속도 조절부는,상기 부하조건에 따라 상기 출력구 개방정도를 조절하는 개구조절수단으로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the outlet speed control unit may be comprised of an opening control means that adjusts the opening degree of the output port according to the load conditions.
또한 상기 연료의 공급량과 산화제의 공급량을 기반으로 상기 부하조건을 산출하는 부하조건 산출부; 상기 연료의 공급량과 산화제의 공급량을 기반으로 화염 전파속도를 산출하는 화염전파속도 산출부; 및 상기 부하조건과 화염전파속도에 기반하여 상기 출구속도 조절부를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. Additionally, a load condition calculation unit that calculates the load condition based on the supply amount of fuel and the supply amount of oxidizer; A flame propagation speed calculation unit that calculates the flame propagation speed based on the supply amount of fuel and the supply amount of oxidizer; and a control unit that controls the outlet speed control unit based on the load condition and flame propagation speed.
본 발명의 제2목적은 연료와 산화제가 예혼합 연소되어 출구단에서 화염이 형성되는 연소기에서 역화를 방지하기 위한 제어방법으로서, 예혼합 챔버에서 연료와 산화제가 예혼합되고 연소되는 단계; 상기 예혼합 챔버의 출구단에 형성되는 복수의 출력구를 통해 화염이 전방측으로 발생되어 전파되는 단계; 및 출구속도 조절부가 공급되는 연료와 산화제에 따른 부하 조건에 따라 상기 출력구에서 출력되는 연료-산화제 출구속도를 조절하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 역화방지를 위한 화염속도 조절 연소기의 제어방법으로서 달성될 수 있다. A second object of the present invention is a control method for preventing flashback in a combustor in which a fuel and an oxidizer are premixed and burned to form a flame at the outlet end, comprising the steps of premixing and burning a fuel and an oxidizer in a premixing chamber; A flame is generated and propagated forward through a plurality of output ports formed at the outlet end of the premix chamber; And a step of adjusting the fuel-oxidant outlet speed output from the outlet according to the load conditions according to the fuel and oxidant supplied by the outlet speed control unit; A control method of a flame speed control combustor to prevent flashback, comprising a step. It can be achieved as.
그리고 상기 조절하는 단계는, 제어부가 화염의 전파속도에 기반하여 상기 출구속도가 설정된 값이상으로 유지되도록 상기 출구속도 조절부를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다. And the adjusting step may be characterized in that the controller controls the exit speed adjusting unit so that the exit speed is maintained above a set value based on the propagation speed of the flame.
또한 역화감지부가 화염의 역화를 감지하는 단계; 및 상기 역화감지부에서 역화가 감지된 경우 제어부가 상기 출구속도가 증가되도록 상기 출구속도 조절부를 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, a backfire detection unit detects backfire of the flame; And when a backfire is detected by the backfire detection unit, the control unit controls the exit speed adjusting unit to increase the exit speed.
그리고 상기 조절하는 단계는, 블락수단이 상기 부하조건에 따라 상기 출력구 일부를 개폐시켜 상기 출구속도를 조절하여 역화를 방지하는 것을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The adjusting step may include preventing backfire by allowing the block means to open and close a portion of the output hole according to the load condition to adjust the outlet speed.
또한 상기 조절하는 단계는, 개구조절수단을 통해 상기 부하조건에 따라 상기 출력구 개방정도를 조절하여 역화를 방지하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the adjusting step may be characterized in that backfire is prevented by adjusting the degree of opening of the output hole according to the load condition through an opening control means.
그리고 부하조건 산출부가 상기 연료의 공급량과 산화제의 공급량을 기반으로 상기 부하조건을 산출하는 단계; 및 화염전파속도 산출부가 상기 연료의 공급량과 산화제의 공급량을 기반으로 화염 전파속도를 산출하는 단계를 포함하고, 상기 조절하는 단계에서, 제어부가 상기 부하조건과 화염전파속도에 기반하여 상기 출구속도 조절부를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다. And a load condition calculation unit calculating the load condition based on the supply amount of fuel and the supply amount of oxidizer; and a flame propagation speed calculation unit calculating the flame propagation speed based on the supply amount of fuel and the oxidizing agent, and in the adjusting step, the control unit adjusts the outlet speed based on the load condition and the flame propagation speed. It may be characterized by controlling wealth.
본 발명의 실시예에 따른 역화방지를 위한 화염속도 조절 연소기 및 그 제어방법에 따르면, 부하조건에 따라 연소기 출구 면적을 조절하여 출구속도가 화염전파속도보다 낮아지는 것을 방지하여 역화가 일어나지 않게 할 수 있는 효과를 갖는다. According to the flame speed control combustor for preventing flashback and its control method according to an embodiment of the present invention, it is possible to prevent flashback from occurring by controlling the outlet area of the combustor according to load conditions to prevent the exit speed from being lower than the flame propagation speed. It has an effect.
본 발명의 실시예에 따른 역화방지를 위한 화염속도 조절 연소기 및 그 제어방법에 따르면, 연소기 출력단의 출력구 부분을 부분적으로 블락 시킴으로써 연료-공기 출구속도를 조절하여, 출구속도가 화염전파속도보다 낮아지는 것을 방지하여 역화가 일어나지 않게 할 수 있는 효과를 갖는다. According to the flame speed control combustor for flashback prevention and its control method according to an embodiment of the present invention, the fuel-air outlet speed is adjusted by partially blocking the output port of the combustor output stage, so that the exit speed is lower than the flame propagation speed. It has the effect of preventing backfires from occurring by preventing loss.
본 발명의 실시예에 따른 역화방지를 위한 화염속도 조절 연소기 및 그 제어방법에 따르면, 연소기 출력단 출력구 부분에 개구 정도를 조절하여 연료-공기 출구속도를 조절하여 출구속도가 화염전파속도보다 낮아지는 것을 방지하여 역화가 일어나지 않게 할 수 있는 효과를 갖는다. According to the flame speed control combustor for preventing flashback and its control method according to an embodiment of the present invention, the fuel-air outlet speed is adjusted by adjusting the degree of opening in the output port portion of the output end of the combustor so that the exit speed is lower than the flame propagation speed. It has the effect of preventing backfires from occurring.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Meanwhile, the effects that can be obtained from the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below. You will be able to.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 안정된 연소상태(a)와 역화가 발생한 경우의 연소상태(b)를 모식적으로 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 역화방지를 위한 화염속도 조절 연소기의 제어방법의 흐름도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제어부의 신호흐름을 나타낸 블록도,
도 4a는 연료+공기 유량이 높을 때, 본 발명의 제1실시예에 따른 역화방지를 위한 화염속도 조절 연소기의 측단면도,
도 4b는 도 4a의 A-A 단면도,
도 5a는 연료+공기 유량이 낮을 때, 본 발명의 제1실시예에 따른 역화방지를 위한 화염속도 조절 연소기의 측단면도,
도 5b는 도 5a의 B-B 단면도,
도 6a는 연료+공기 유량이 높을 때, 본 발명의 제2실시예에 따른 역화방지를 위한 화염속도 조절 연소기의 측단면도,
도 6b는 연료+공기 유량이 중간일 때, 본 발명의 제2실시예에 따른 역화방지를 위한 화염속도 조절 연소기의 측단면도,
도 6c는 연료+공기 유량이 낮을 때, 본 발명의 제2실시예에 따른 역화방지를 위한 화염속도 조절 연소기의 측단면도를 도시한 것이다. The following drawings attached to this specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical idea of the present invention along with the detailed description of the invention, so the present invention is limited only to the matters described in such drawings. It should not be interpreted as such.
1 is a cross-sectional view schematically showing a stable combustion state (a) and a combustion state when backfire occurs (b);
Figure 2 is a flowchart of a control method of a flame speed control combustor to prevent flashback according to an embodiment of the present invention;
Figure 3 is a block diagram showing the signal flow of the control unit according to an embodiment of the present invention;
Figure 4a is a side cross-sectional view of a flame speed control combustor for preventing flashback according to the first embodiment of the present invention when the fuel + air flow rate is high;
Figure 4b is a cross-sectional view taken along line AA of Figure 4a;
Figure 5a is a side cross-sectional view of a flame speed control combustor for preventing flashback according to the first embodiment of the present invention when the fuel + air flow rate is low;
Figure 5b is a cross-sectional view taken along line BB of Figure 5a;
Figure 6a is a side cross-sectional view of a flame speed control combustor for preventing flashback according to the second embodiment of the present invention when the fuel + air flow rate is high;
Figure 6b is a side cross-sectional view of the flame speed control combustor for flashback prevention according to the second embodiment of the present invention when the fuel + air flow rate is medium;
Figure 6c shows a side cross-sectional view of a flame speed control combustor for preventing flashback according to the second embodiment of the present invention when the fuel + air flow rate is low.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.The above objects, other objects, features and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments related to the attached drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content will be thorough and complete and so that the spirit of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.In this specification, when an element is referred to as being on another element, it means that it may be formed directly on the other element or that a third element may be interposed between them. Also, in the drawings, the thickness of components is exaggerated for effective explanation of technical content.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.Embodiments described herein will be explained with reference to cross-sectional views and/or plan views, which are ideal illustrations of the present invention. In the drawings, the thicknesses of films and regions are exaggerated for effective explanation of technical content. Therefore, the shape of the illustration may be changed depending on manufacturing technology and/or tolerance. Accordingly, embodiments of the present invention are not limited to the specific form shown, but also include changes in form produced according to the manufacturing process. For example, an area shown as a right angle may be rounded or have a shape with a predetermined curvature. Accordingly, the regions illustrated in the drawings have properties, and the shapes of the regions illustrated in the drawings are intended to illustrate a specific shape of the region of the device and are not intended to limit the scope of the invention. In various embodiments of the present specification, terms such as first and second are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are merely used to distinguish one component from another. Embodiments described and illustrated herein also include complementary embodiments thereof.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for describing embodiments and is not intended to limit the invention. As used herein, singular forms also include plural forms, unless specifically stated otherwise in the context. As used in the specification, 'comprises' and/or 'comprising' does not exclude the presence or addition of one or more other elements.
아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.In describing specific embodiments below, various specific details have been written to explain the invention in more detail and to aid understanding. However, a reader with sufficient knowledge in the field to understand the present invention can recognize that it can be used without these various specific details. In some cases, it is mentioned in advance that when describing the invention, parts that are commonly known but are not significantly related to the invention are not described in order to prevent confusion without any reason in explaining the invention.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 역화방지를 위한 화염속도 조절 연소기의 구성, 기능 및 제어방법에 대해 설명하도록 한다. Hereinafter, the configuration, function, and control method of the flame speed control combustor for flashback prevention according to an embodiment of the present invention will be described.
먼저 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 역화방지를 위한 화염속도 조절 연소기의 제어방법의 흐름도를 도시한 것이다. 그리고 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제어부(40)의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다. First, Figure 2 shows a flowchart of a control method of a flame speed control combustor for flashback prevention according to an embodiment of the present invention. And Figure 3 shows a block diagram showing the signal flow of the
본 발명의 실시예에 따른 역화방지를 위한 화염속도 조절 연소기(100)는 연료와 산화제가 예혼합 연소되어 출구단(11)에서 화염이 형성되는 연소기로서 부하조건에 따라 출구속도를 조절하여 역화를 방지할 수 있는 것을 특징으로 한다. The flame
본 발명의 실시예에 따른 역화방지를 위한 화염속도 조절 연소기(100)는, 연료와 산화제가 예혼합되는 예혼합 챔버(10)와, 예혼합 챔버(10)의 출구단(11)에 형성되는 복수의 출력구(12)와, 공급되는 연료와 산화제에 따른 부하 조건에 따라 출력구(12)에서 출력되는 연료-산화제 출구속도를 조절하는 출구속도 조절부(20)를 포함하여 구성된다. The flame
연료공급부를 통해 연료가 공급되고, 산화제 공급부를 통해 산화제가 공급되어 예혼합 챔버(10)에서 연료와 산화제가 예혼합되고 연소되게 된다(S1). 이때 연료공급량 측정부를 통해 연소기로 공급되는 연료의 양을 측정할 수 있으며, 산화제 공급량 측정부를 통해 공급되는 산화제의 양을 측정할 수 있다. 그리고 예혼합 챔버(10)의 출구단(11)에 형성되는 복수의 출력구(12)를 통해 화염이 전방측으로 발생되어 전파되게 된다(S2). 그리고 출구속도 조절부(20)는 공급되는 연료와 산화제에 따른 부하 조건에 따라 출력구(12)에서 출력되는 연료-산화제 출구속도를 조절하게 된다(S3).Fuel is supplied through the fuel supply unit, and the oxidant is supplied through the oxidizer supply unit, so that the fuel and the oxidant are premixed and burned in the premix chamber 10 (S1). At this time, the amount of fuel supplied to the combustor can be measured through the fuel supply quantity measuring unit, and the amount of oxidant supplied can be measured through the oxidizing agent supply measuring unit. Then, the flame is generated and propagated forward through a plurality of
그리고 본 발명의 실시예에서 산화제는 공기일 수 있고, 연료는 수소를 포함할 수 있다. And in an embodiment of the present invention, the oxidizing agent may be air, and the fuel may include hydrogen.
그리고 제어부(40)는 화염의 전파속도에 기반하여 연료+산화제 출구속도가 설정된 값이상으로 유지되도록 출구속도 조절부(20)를 제어하여 역화를 방지하게 된다. 구체적으로 부하에 따라 출력구(12)의 출구면적을 조절하여 출구속도가 화염전파속도보다 낮아지는 것을 방지하여 역화가 일어나지 않도록 한다. In addition, the
또한 본 발명의 실시예에서는 역화감지부(30)를 통해 화염의 역화를 감지하도록 구성될 수 있다. 이때, 제어부(40)는 역화감지부(30)에서 역화가 감지된 경우 출구속도가 증가되도록 출구속도 조절부(20)를 제어할 수 있다. Additionally, in an embodiment of the present invention, it may be configured to detect a backfire of a flame through the backfire
그리고 본 발명의 실시예에서는 부하조건 산출부(41)를 통해 연료의 공급량과 산화제의 공급량을 기반으로 부하조건을 산출할 수 있다. 이러한 부하조건은 연료+산화제의 유량일 수 있다. 또한 화염전파속도 산출부(42)는 연료의 공급량과 산화제의 공급량을 기반으로 화염 전파속도를 산출할 수 있다. 따라서 제어부(40)는 산출된 부하조건과 화염전파속도에 기반하여 출구속도 조절부(20)를 제어하여 화염이 발생되지 않도록 할 수 있다. And in an embodiment of the present invention, the load condition can be calculated based on the supply amount of fuel and the supply amount of oxidizer through the load
본 발명의 실시예에서의 출구속도 조절부(20)는 부하에 따라 연소기 출력구(12)의 면적을 조절하여 출구속도가 화염전파속도보다 낮아지는 것을 방지하여 역화가 일어나지 않게 할 수 있다.The outlet
본 발명의 제1실시예에서는 연소기의 출력구(12) 부분을 부분적으로 블락 시킴으로써 연료-공기 출구속도를 조절할 수 있다. In the first embodiment of the present invention, the fuel-air outlet speed can be adjusted by partially blocking the
도 4a는 연료+공기 유량이 높을 때, 본 발명의 제1실시예에 따른 역화방지를 위한 화염속도 조절 연소기의 측단면도를 도시한 것이다. 그리고 도 4b는 도 4a의 A-A 단면도를 도시한 것이다. 또한 도 5a는 연료+공기 유량이 낮을 때, 본 발명의 제1실시예에 따른 역화방지를 위한 화염속도 조절 연소기의 측단면도를 도시한 것이다. 그리고 도 5b는 도 5a의 B-B 단면도를 도시한 것이다. Figure 4a shows a side cross-sectional view of a flame speed control combustor for flashback prevention according to the first embodiment of the present invention when the fuel + air flow rate is high. And Figure 4b shows a cross-sectional view taken along line A-A of Figure 4a. In addition, Figure 5a shows a side cross-sectional view of a flame speed control combustor for flashback prevention according to the first embodiment of the present invention when the fuel + air flow rate is low. And Figure 5b shows a cross-sectional view taken along line B-B of Figure 5a.
본 발명의 제1실시예에 따른 출구속도 조절부(20)는, 부하조건에 따라 출력구(12) 일부를 개폐시키는 블락수단(21)으로 구성될 수 있다. 블락수단(21)이 부하조건에 따라 상기 출력구(12) 일부를 개폐시켜 상기 출구속도를 조절하여 역화를 방지하게 된다. 이러한 블락수단(21)은 일부 출력단에 대응하는 위치에 구비될 수 있으며, 블락수단(21)을 왕복 구동시키기 위한 구동부를 포함하게 된다. The outlet
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 부하가 높은 경우 즉, 연료+산화제의 유량이 높을 상태인 경우, 모든 출력단의 개방하고, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 부하가 낮은 경우 즉, 연료+산화제의 유량이 낮은 때, 블락수단(21)을 작동시켜 출력구(12) 일부를 닫아 출구속도를 증가시켜 역화를 방지하게 된다. As shown in Figures 4a and 4b, when the load is high, that is, when the flow rate of fuel + oxidizer is high, all output stages are opened, and as shown in Figures 5a and 5b, when the load is low, that is, , when the flow rate of fuel + oxidizer is low, the block means (21) is operated to close a part of the output port (12) to increase the outlet speed to prevent backfire.
또한 앞서 언급한 바와 같이, 화염전파속도 산출부(42)에 의해 산출된 화염전파속도와, 부하조건 산출부(41)에 의해 산출된 부하조건의 정도에 따라 복수의 블락수단(21) 중 일부만을 구동시켜 출력구(12)의 총면적을 조절하여 부하조건에 따라 출구속도를 보다 정밀하게 제어할 수 있다. In addition, as mentioned above, only some of the plurality of blocking means 21 are used depending on the flame propagation speed calculated by the flame propagation
본 발명의 제2실시예에서는 연소기 출력구(12) 부분에 열린 정도를 조절하여 연료-공기 출구속도를 조절할 수 있다. In the second embodiment of the present invention, the fuel-air outlet speed can be adjusted by adjusting the degree of opening of the
도 6a는 연료+공기 유량이 높을 때, 본 발명의 제2실시예에 따른 역화방지를 위한 화염속도 조절 연소기의 측단면도를 도시한 것이다. Figure 6a shows a side cross-sectional view of a flame speed control combustor for preventing flashback according to the second embodiment of the present invention when the fuel + air flow rate is high.
도 6b는 연료+공기 유량이 중간일 때, 본 발명의 제2실시예에 따른 역화방지를 위한 화염속도 조절 연소기의 측단면도를 도시한 것이다. Figure 6b shows a side cross-sectional view of a flame speed control combustor for flashback prevention according to the second embodiment of the present invention when the fuel + air flow rate is medium.
도 6c는 연료+공기 유량이 낮을 때, 본 발명의 제2실시예에 따른 역화방지를 위한 화염속도 조절 연소기의 측단면도를 도시한 것이다. Figure 6c shows a side cross-sectional view of a flame speed control combustor for preventing flashback according to the second embodiment of the present invention when the fuel + air flow rate is low.
본 발명의 제2실시예에 따른 출구속도 조절부(20)는, 부하조건에 따라 출력구(12) 개방정도를 조절하는 개구조절수단(22)으로 구성될 수 있다. 개구조절수단(22)을 통해 부하조건에 따라 출력구(12) 개방정도를 조절하여 역화를 방지할 수 있게 된다. The outlet
이러한 개구조절수단(22)의 전방 끝단에는 테이퍼부(23)가 형성되며, 복수의 출력구(12) 각각에 대응되는 위치에 구비될 수 있다. 또한 복수의 개구조절수단(22)을 길이방향으로 왕복 구동시키는 구동부를 포함한다. 따라서 개구조절수단(22)과 출력구(12) 간의 이격거리, 개구조절수단(22)의 테이퍼부(23)를 통해 출력구(12)의 개구정도를 조절하여 연료+산화제 출구속도를 조절할 수 있게 된다. A tapered
도 6a에 도시된 바와 같이, 부하가 높은 경우 즉, 연료+산화제의 유량이 높을 상태인 경우, 모든 출력단의 개방하고, 도 6b에 도시된 바와 같이, 부하가 중간정도인 경우 즉, 연료+산화제의 유량이 중간일 때, 개구조절수단(22)을 작동시켜 출력구(12)와의 이격거리를 감소시키거나, 출력구(12)의 면적을 감소시켜 출구속도를 증가시켜 역화를 방지하게 된다. 그리고 도 6c에 도시된 바와 같이, 부하가 낮은 경우 즉, 연료+산화제의 유량이 낮을 때, 개구조절수단(22)을 작동시켜 출력구(12)의 면적을 더욱 감소시켜 출구속도를 증가시켜 역화를 방지하게 된다. As shown in Figure 6a, when the load is high, that is, when the flow rate of fuel + oxidizer is high, all output stages are opened, and as shown in Figure 6b, when the load is medium, that is, when the flow rate of fuel + oxidizer is high, all output stages are opened. When the flow rate is medium, the opening control means 22 is operated to reduce the separation distance from the
또한 앞서 언급한 바와 같이, 화염전파속도 산출부(42)에 의해 산출된 화염전파속도와, 부하조건 산출부(41)에 의해 산출된 부하조건의 정도에 따라 복수의 개구조절수단(22) 중 일부만을 구동시켜 출력구(12)의 총면적을 조절하거나, 개구조절수단(22)이 출력구(12)의 개구면적을 조절하여 부하조건에 따라 출구속도를 보다 정밀하게 제어할 수 있다. In addition, as mentioned above, according to the flame propagation speed calculated by the flame propagation
또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.In addition, the apparatus and method described above are not limited to the configuration and method of the above-described embodiments, but all or part of each embodiment can be selectively combined so that various modifications can be made. It may be composed.
10:예혼합챔버
11:출구단
12:출력구
20:출구속도 조절부
21:블락수단
22:개구조절수단
23:테이퍼부
30:역화감지부
40:제어부
41:부하조건산출부
42:화염전파속도 산출부
100:역화방지를 위한 화염속도 조절 연소기10: Premixing chamber
11:Exit end
12:Output port
20: Exit speed control unit
21: Block means
22: Opening control means
23: Taper part
30: Backfire detection unit
40: Control unit
41: Load condition calculation unit
42: Flame propagation speed calculation unit
100: Flame speed control combustor to prevent backfire
Claims (13)
연료와 산화제가 예혼합되는 예혼합 챔버;
상기 예혼합 챔버의 출구단에 형성되는 복수의 출력구; 및
공급되는 연료와 산화제에 따른 부하 조건에 따라 상기 출력구에서 출력되는 를 연료-산화제 출구속도를 조절하는 출구속도 조절부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 역화방지를 위한 화염속도 조절 연소기.
In a combustor in which fuel and oxidizer are premixed and combusted to form a flame at the outlet end,
a premixing chamber in which fuel and oxidizer are premixed;
a plurality of output ports formed at an outlet end of the premixing chamber; and
A flame speed control combustor for preventing flashback, comprising: an outlet speed control unit that adjusts the fuel-oxidant outlet speed output from the output port according to load conditions according to the supplied fuel and oxidant.
화염의 전파속도에 기반하여 상기 출구속도가 설정된 값이상으로 유지되도록 상기 출구속도 조절부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 역화방지를 위한 화염속도 조절 연소기.
According to clause 1,
A flame speed control combustor for preventing flashback, comprising a control unit that controls the outlet speed control unit to maintain the outlet speed above a set value based on the propagation speed of the flame.
상기 연료는 수소를 포함하는 것을 특징으로 하는 역화방지를 위한 화염속도 조절 연소기.
According to clause 2,
A flame speed control combustor for preventing flashback, characterized in that the fuel contains hydrogen.
화염의 역화를 감지하는 역화감지부; 및 상기 역화감지부에서 역화가 감지된 경우 상기 출구속도가 증가되도록 상기 출구속도 조절부를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 역화방지를 위한 화염속도 조절 연소기.
According to clause 1,
A backfire detection unit that detects backfire of flames; and a control unit that controls the outlet speed controller to increase the outlet speed when a flashback is detected by the flashback detection unit.
상기 출구속도 조절부는,
상기 부하조건에 따라 상기 출력구 일부를 개폐시키는 블락수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 역화방지를 위한 화염속도 조절 연소기.
According to clause 1,
The outlet speed control unit,
A flame speed control combustor for preventing flashback, comprising a block means for opening and closing a portion of the output port according to the load conditions.
상기 출구속도 조절부는,
상기 부하조건에 따라 상기 출력구 개방정도를 조절하는 개구조절수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 역화방지를 위한 화염속도 조절 연소기.
According to clause 1,
The outlet speed control unit,
A flame speed control combustor for backfire prevention, characterized in that it consists of an opening control means for adjusting the opening degree of the output port according to the load conditions.
상기 연료의 공급량과 산화제의 공급량을 기반으로 상기 부하조건을 산출하는 부하조건 산출부;
상기 연료의 공급량과 산화제의 공급량을 기반으로 화염 전파속도를 산출하는 화염전파속도 산출부; 및
상기 부하조건과 화염전파속도에 기반하여 상기 출구속도 조절부를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 역화방지를 위한 화염속도 조절 연소기.
According to claim 5 or 6,
a load condition calculation unit that calculates the load condition based on the supply amount of fuel and the supply amount of oxidizer;
A flame propagation speed calculation unit that calculates the flame propagation speed based on the supply amount of fuel and the supply amount of oxidizer; and
A flame speed control combustor for preventing flashback, further comprising a control unit that controls the outlet speed control unit based on the load condition and flame propagation speed.
예혼합 챔버에서 연료와 산화제가 예혼합되고 연소되는 단계;
상기 예혼합 챔버의 출구단에 형성되는 복수의 출력구를 통해 화염이 전방측으로 발생되어 전파되는 단계; 및
출구속도 조절부가 공급되는 연료와 산화제에 따른 부하 조건에 따라 상기 출력구에서 출력되는 연료-산화제 출구속도를 조절하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 역화방지를 위한 화염속도 조절 연소기의 제어방법.
As a control method for preventing backfire in a combustor where fuel and oxidizer are premixed and combusted to form a flame at the outlet end,
premixing and combusting fuel and oxidizer in a premixing chamber;
A flame is generated and propagated forward through a plurality of output ports formed at the outlet end of the premix chamber; and
A method of controlling a flame speed control combustor to prevent flashback, comprising: an outlet speed control unit adjusting the fuel-oxidant outlet speed output from the output port according to load conditions according to the fuel and oxidant supplied.
상기 조절하는 단계는, 제어부가 화염의 전파속도에 기반하여 상기 출구속도가 설정된 값이상으로 유지되도록 상기 출구속도 조절부를 제어하는 것을 특징으로 하는 역화방지를 위한 화염속도 조절 연소기의 제어방법.
According to clause 8,
The adjusting step is a method of controlling a flame speed control combustor to prevent flashback, characterized in that the control unit controls the outlet speed control unit to maintain the outlet speed above a set value based on the propagation speed of the flame.
역화감지부가 화염의 역화를 감지하는 단계; 및 상기 역화감지부에서 역화가 감지된 경우 제어부가 상기 출구속도가 증가되도록 상기 출구속도 조절부를 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 역화방지를 위한 화염속도 조절 연소기의 제어방법.
According to clause 8,
A backfire detection unit detecting backfire of a flame; And when a flashback is detected by the flashback detection unit, the control unit controls the outlet speed controller to increase the outlet speed.
상기 조절하는 단계는, 블락수단이 상기 부하조건에 따라 상기 출력구 일부를 개폐시켜 상기 출구속도를 조절하여 역화를 방지하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 역화방지를 위한 화염속도 조절 연소기의 제어방법.
According to clause 8,
The adjusting step is a method of controlling a flame speed control combustor to prevent flashback, characterized in that the block means opens and closes a portion of the output port according to the load condition to control the outlet speed to prevent backfire.
상기 조절하는 단계는, 개구조절수단을 통해 상기 부하조건에 따라 상기 출력구 개방정도를 조절하여 역화를 방지하는 것을 특징으로 하는 역화방지를 위한 화염속도 조절 연소기의 제어방법.
According to clause 8,
The controlling step is a method of controlling a flame speed control combustor for preventing flashback, characterized in that the controlling step prevents backfire by adjusting the opening degree of the output port according to the load condition through an opening control means.
부하조건 산출부가 상기 연료의 공급량과 산화제의 공급량을 기반으로 상기 부하조건을 산출하는 단계; 및
화염전파속도 산출부가 상기 연료의 공급량과 산화제의 공급량을 기반으로 화염 전파속도를 산출하는 단계를 포함하고,
상기 조절하는 단계에서, 제어부가 상기 부하조건과 화염전파속도에 기반하여 상기 출구속도 조절부를 제어하는 것을 특징으로 하는 역화방지를 위한 화염속도 조절 연소기의 제어방법.
According to claim 11 or 12,
A load condition calculation unit calculating the load condition based on the supply amount of fuel and the supply amount of oxidizer; and
A flame propagation speed calculation unit includes a step of calculating the flame propagation speed based on the supply amount of fuel and the supply amount of oxidizer,
In the adjusting step, a control method of a flame speed control combustor for flashback prevention, characterized in that the control unit controls the outlet speed control unit based on the load condition and the flame propagation speed.
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2022
- 2022-05-03 KR KR1020220054715A patent/KR20230155184A/en not_active Application Discontinuation
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| E90F | Notification of reason for final refusal |