KR20230169254A - 연료가스노즐 및 이것을 구비한 가스 버너 - Google Patents

Abstract

연료가스를 희석공기로 균일하게 희석하여, 그을음의 발생을 방지하는 것이 가능한 연료가스노즐 및 이것을 구비한 가스 버너를 제공한다. 노 내(4a)로의 연료가스의 분출방향을 따르는 하류관부(6a)와, 분출방향과 교차하는 방향으로 설치되고, 하류관부(6a)와 접속된 상류관부(6b)와, 상류관부(6b)와 하류관부(6a)로 형성되는 굴곡부(6c)와, 굴곡부(6c)에 분출방향과 반대측으로 연장된 연장부(6d)를 구비하고, 연료가스가 상류관부(6b)로부터 하류관부(6a)를 향해 유통하는 공급본관(6)과, 연장부(6d)로부터 연료가스의 분출방향을 따라 삽입되어, 공급본관(6)의 하류관부(6a) 내에, 연료가스의 분출방향을 향해 희석공기를 분출하는 희석공기 분출관(7)을 구비하고, 희석공기 분출관(7)에는, 해당 희석공기 분출관(7)의 내경보다 작은 구경의 희석공기 분출구멍(7b)이 복수 설치되고, 희석공기 분출관(7)의 분출헤드부(7a)는, 희석공기 분출관(7)의 삽입방향으로, 연장부(6d)측의 상류관부(6b)의 내벽면으로부터, 상류관부(6b)의 관축(C)까지의 범위(R)에 위치한다.

Description

연료가스노즐 및 이것을 구비한 가스 버너

본 발명은, 연료가스를 희석공기로 균일하게 희석하고, 그을음의 발생을 방지하는 것이 가능한 연료가스노즐 및 이것을 구비한 가스 버너에 관한 것이다.

가스 버너는, 종래 여러 가지의 것이 개발되고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1의 「버너 타일리스 가스 버너」는, 연소용 공기를 접선방향으로 공급하는 연소용 공기 공급구를 후부에 구비한 내면 원형의 연소용 공기공급관과, 이 연소용 공기공급관의 중심에 배설하고, 선단에 직진용 가스분출구멍 및 선단 근방의 외주면에 방사상 가스분출구멍을 각각 복수개 갖는 연료가스공급관과, 이 연료가스공급관에 직각으로 장착되는 제1 플랜지부와 이 플랜지부의 외주부로부터 상기 연료가스공급관과 소정의 간격을 두고 전방으로 돌출하는 통부와 이 통부 선단에 직각으로 설치한 제2 플랜지부로 이루어지고, 상기 제1, 제2 플랜지부에는 연소용 공기공급관과 평행한 복수의 관통구멍을 가지며, 상기 제2 플랜지부가 상기 방사상 가스분출구멍과 거의 동일한 레벨에 위치하도록 장착되는 스테빌라이저와, 이 스테빌라이저의 전방으로 돌출해 설치한 점화플러그와, 상기 연소용 공기공급관의 선단부에 교환가능하게 장착되어 상기 스테빌라이저의 지름보다 큰 내경의 컨버터로 구성되어 있다.

특허문헌 2의 「축열식 버너 및 그 저NOx 연소방법」은, 1차 연료노즐을, 연소용 공기의 노즐 내에서 연소용 공기의 흐름 주위로부터 분사가능하게 설치하는 동시에, 2차 연료노즐은, 그 배관 선단의 분출구에, 분사하는 2차 연료의 주위로부터 보염공기를 공급가능한 유로를 포함하는 보염기구를 설치하고, 연소용 공기와는 다른 장소로부터 연소용 공기노즐과 거의 평행하게 노 내에 직접 취입(吹入)가능하게 하고 있다.

특허문헌 2에서는, 연료에 전체 공기유량의 0.5 ∼ 5% 정도의 공기를 혼합하면, 그을음의 발생을 방지할 수 있다고 하고 있다.

특허문헌 3의 「블래스트 버너의 벤츄리 믹서 혼합비 조절장치」는, 노즐로부터 벤츄리를 향해 가압공기를 분출시킴으로써, 그 제트가 가진 에너지에 의해 저압의 연료가스를 상기 벤츄리 내로 흡인하여 혼합기를 만드는 블래스트 버너의 벤츄리 믹서에 있어서, 상기 노즐로부터의 가압공기의 분출에 따라 흡인력을 받는 연료가스입구부에, 내외 이중의 밸브부재로 이루어지고, 또한, 이 내외의 양 밸브부재를 축선방향으로 상대이동이 자유롭게 구성한 가스조절밸브를 설치하고, 이 가스조절밸브의 내측 밸브부재 또는 외측 밸브부재 중 어느 한쪽에는, 양자의 상대 이동방향에 따른 슬릿을 형성함으로써, 내외 양 밸브부재의 축선방향 상대이동에 의해 가스의 통과면적을 변경하여 흡인가스량을 조정할 수 있도록 구성하고 있다.

특허문헌 4의 「질소산화물 발생량 저감용 프리믹스 버너」는, 벤츄리 믹서를 향해 연소용 공기를 분출시킴으로써 저압 공급되는 연료가스를 상기 벤츄리 믹서 내에 흡인혼합해 연소를 실시하도록 구성하는 프리믹스 버너에 있어서, 상기 벤츄리 믹서를 향해 분출하는 연소용 1차 공기를, 디퓨저 출구부에서의 공기비가 1.0 이하가 되도록 제어하는 밸브를 연소용 공기공급계에 설치하는 동시에, 이 제어밸브보다 하류의 공기공급계 부분으로부터 2차 공기공급계를 분기해 연소부족 공기를 2차 공기로 하고, 프리믹스된 혼합가스보다 하류 위치에서 연소실 내로 분출하도록 구성하고 있다.

특허문헌 5의 「버너의 연소분위기 제어장치」는, 공기를 통과시키고 있는 벤츄리 믹서에 제로 거버너를 거쳐 연소가스를 공급해 혼합가스를 얻는 버너의 연소분위기 제어장치에 있어서, 상기 벤츄리 믹서의 출구측 혼합실에 2차 압력조정 가스도입관의 선단측이 접속되고, 상기 2차 압력조정 가스도입관에는 2차 압력조정밸브가 접속해 구성되어 있다.

일본국 특허 제2944579호 공보 일본국 특허공개 2006-308249호 공보 일본국 실개소 51-3433호 공보 일본국 실개소 54-98631호 공보 일본국 실공평 2-16139호 공보

특허문헌 1은, 연소용 공기공급구를 후부에 구비한 연소용 공기공급관과, 연소 공기공급관의 중심에 연료가스공급관이 배설된 가스 버너를 개시하고, 특허문헌 2는, 연료분출구로부터 분출하는 연료의 주위로부터 보염공기를 공급가능한 유로를 포함하는 보염기구를 설치하여, 연소용 공기와는 다른 장소로부터 노 내에 직접 취입가능한 연료노즐(연료가스노즐)을 개시하고, 공기도입관을 접속하는 구성이기는 하지만, 연료가스와 공기가 충분히 혼합되지 않고, 연료가스를 적절하게 희석할 수 없고, 그을음의 발생을 충분히 방지할 수 없다.

이 때문에, 연료가스와 공기를 혼합시키는 구성으로서, 특허문헌 3에서는, 노즐로부터 벤츄리를 향해 가압공기를 분출시킴으로써, 저압의 연료가스를 벤츄리 내에 흡인해 혼합기를 만드는 벤츄리 믹서를 구비하는 것, 특허문헌 4에서는, 저압공급되는 연료가스를 벤츄리 믹서 내에 흡인혼합해 연소를 실시하는 것, 특허문헌 5에서는, 벤츄리 믹서에 제로 거버너를 거쳐 연료가스를 공급해 혼합가스를 얻도록 하고 있다.

배경기술의 벤츄리 믹서를 이용한 연료노즐은, 유로의 중심에 설치되는 벤츄리로부터 공기가 분출되기 때문에, 연료가스와 연소공기 혼합의 분포(혼합 비율)가 유로의 중앙과, 그 주위가 달라져서, 화염이 안정되지 않는다는 과제가 있었다.

본 발명은 상기 종래의 과제를 감안해 창안된 것으로, 연료가스를 희석공기로 균일하게 희석하고, 그을음의 발생을 방지하는 것이 가능한 연료가스노즐 및 이것을 구비한 가스 버너를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 연료가스노즐은, 연소공기와 혼합되는 연료가스를 공급하는 연료가스노즐로서, 노 내로의 연료가스의 분출방향을 따르는 하류관부와, 이 분출방향과는 교차하는 방향으로 설치되어 이 하류관부와 접속된 상류관부와, 이들 상류관부와 하류관부의 접속에 의해 형성되는 굴곡부와, 이 굴곡부에 이 분출방향과는 반대측으로 연장된 연장부를 구비하고, 연료가스가 이 상류관부로부터 이 하류관부를 향해 유통하는 연료가스 유로와, 상기 연장부로부터 연료가스의 분출방향을 따라 삽입되어, 이 연료가스 유로의 상기 하류관부 내에, 연료가스의 분출방향을 향해 희석공기를 분출하는 희석공기 분출관을 구비하고, 이 희석공기 분출관에는, 해당 희석공기 분출관의 내경보다 작은 구경의 희석공기 분출구멍이 복수 설치되고, 상기 희석공기 분출관의 삽입 선단은, 이 희석공기 분출관의 삽입방향으로, 상기 연장부측의 상기 상류관부의 내벽면으로부터, 이 상류관부의 관축까지의 범위에 위치하는 것을 특징으로 한다.

상기 희석공기 분출관은, 평탄한 면상의 분출헤드부를 가지고, 이 분출헤드부에 상기 희석공기 분출구멍이 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 희석공기 분출구멍으로부터 분출되는 희석공기의 유속은, 상기 연료가스 유로 내를 유통하는 연료가스의 유속보다 큰 것을 특징으로 한다.

상기 희석공기 분출관 내의 압력은, 상기 연료가스 유로 내의 압력보다 높은 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관한 연료가스노즐을 구비한 가스 버너는, 상기 연료가스노즐과, 연소공기를 공급하는 연소공기노즐로 구성한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관한 연료가스노즐 및 이것을 구비한 가스 버너에 있어서는, 연료가스를 희석공기로 균일하게 희석하여, 그을음의 발생을 방지할 수 있다. 상세하게는, 희석공기 분출관의 삽입 선단은, 희석공기 분출관의 삽입방향으로, 연장부측 상류관부의 내벽면으로부터, 상류관부의 관축까지의 범위에 위치하므로, 혼합 불균일이 일어나기 어렵다.

도 1은, 본 발명에 관한 연료가스노즐 및 이것을 구비한 가스 버너의 바람직한 일실시형태를 나타내는 측단면도이다.
도 2는, 도 1 중, A부 확대도이다.
도 3은, 도 2 중, B방향에서 본 단면도이다.
도 4는, 본 발명에 관한 연료가스노즐의 일반적인 버너에의 적용예를 설명하는 측단면도이다.

이하, 본 발명에 관한 연료가스노즐 및 이것을 구비한 가스 버너의 바람직한 일실시형태를, 첨부도면을 참조해 상세히 설명한다.

본 실시형태에서는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 가스 버너의 일례로서, 축열 부(1)를 갖는 리제너레이티브 버너(regenerative burners)(2)를 나타내고, 해당 리제너레이티브 버너(2)에 연료가스노즐(3)을 구비한 경우에 대해 설명한다.

리제너레이티브 버너(2)는 예를 들면, 가열로(4)의 노 내(4a)에 배치되는 워크(도시하지 않음)를 사이에 두고 대향하는 노 벽(4b)에 각각 설치되어 있다. 또한, 도 1은, 대향하는 노 벽(4b)의 한쪽에 설치되어 있는 리제너레이티브 버너(2)를 나타내고 있다.

리제너레이티브 버너(2)는, 노 내(4a)로의 연소공기의 공급과 노 내(4a)로부터의 배기가스의 배출을 교대로 반복하는 급배기노즐(연소공기노즐)(5)과, 급배기노즐(5)에 인접해 배치되고, 노 내(4a)를 향해, 연소공기와 혼합되는 연료가스를 공급하는 연료가스노즐(3)을 구비하여 구성된다.

도시예에서는, 급배기노즐(5)은 거의 수평으로 배치되고, 연료가스노즐(3)은, 연료가스가 급배기노즐(5)로부터의 연소공기에 혼합되도록 경사지게 배치된다.

연료가스노즐(3)은, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 노 내(4a)에 연료가스를 공급하는 가스분출구멍(3a)을 가지고, 연료가스의 유로를 형성하는 공급본관(6)과, 공급본관(6) 내에 삽입되어, 희석공기(희석용의 공기; 이하 동일)를 공급하는 희석공기 분출관(7)으로 구성된다.

공급본관(6)은, 가스분출구멍(3a)을 가지고, 노 벽(4b)을 관통해 설치되고, 가스분출구멍(3a)으로부터의 연료가스의 노 내(4a)로의 분출방향을 따르는 하류관부(6a)와, 노 벽(4b)으로부터 노 외로 돌출하고 있는 하류관부(6a)와 접속되고, 분사방향과 교차하는 방향으로 연장해 설치된 상류관부(6b)를 구비한다.

연료가스는, 공급본관(6)의 상류관부(6b)로부터 하류관부(6a)를 향해, 공급본관(6)의 굴곡진 연료가스의 유로 내를 유통한다.

공급본관(6)에는, 상류관부(6b)측에, 연료가스의 공급량을 조정하기 위한 조정밸브(미도시)가 설치되어 있다.

하류관부(6a)는, 방향이 다른 상류관부(6b)의 접속에 의해 형성되는 굴곡부(6c)에, 가스분출구멍(3a)측과는 반대측으로 연장된 연장부(6d)를 구비하고, 이 연장부(6d)의 선단에는, 장착플랜지(6e)가 설치되어 있다.

희석공기 분출관(7)은, 연장부(6d)로부터, 공급본관(6)의 하류관부(6a) 내에, 가스분출구멍(3a)으로부터 분출되는 연료가스의 분출방향을 따라 삽입된다.

희석공기 분출관(7)은, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 하류관부(6a)의 내경(D1)보다 작은 외경(D2)으로 형성된다.

희석공기 분출관(7)의 삽입 선단에는, 하류관부(6a)를 유통하는 연료가스의 유통방향을 향해 희석공기를 분출해 공급하기 위한 분출헤드부(7a)가 설치되어 있다.

분출헤드부(7a)는, 평탄한 면상으로, 희석공기 분출관(7)의 내경(D3)보다 작은 구경(D4)의 희석공기 분출구멍(7b)이 복수 설치되어 있다.

희석공기 분출관(7)에는, 도시하지 않지만, 적어도 분출헤드부(7a)보다 상류측에, 희석공기의 공급량을 조절하기 위한 조절밸브가 설치되어 있다.

희석공기 분출관(7)에는, 분출헤드부(7a)와는 반대측에, 플랜지(7c)가 설치되어 있다. 플랜지(7c)는, 희석공기 분출관(7)을 연장부(6d)로부터 공급본관(6) 내에 삽입했을 때, 장착플랜지(6e)와 맞닿아지고, 볼트·너트로, 장착플랜지(6e)와 접합된다.

희석공기 분출관(7)은, 플랜지(7c)가 장착플랜지(6e)에 접합되었을 때, 분출헤드부(7a)가, 공급본관(6)의 굴곡부(6c) 혹은 그 주변에 위치된다.

본 실시형태에서는, 공급본관(6)과 희석공기 분출관(7)을 플랜지 접합해 접속하는 예를 나타내고 있는데, 나사접합 등, 그 외의 접속구조를 채용해도 되는 것은 당연하다.

또한, 희석공기 분출관(7)의 삽입 선단인 분출헤드부(7a)의 위치는, 해당 희석공기 분출관(7)의 삽입방향에 있어서, 상류관부(6b)의, 연장부(6d)측의 내벽면으로부터, 해당 상류관부(6b)의 중심선(관축)(C)까지의 범위(R)에 위치하도록 하면, 혼합 불균일이 일어나기 어렵고, 바람직하다.

희석공기 분출관(7) 내에서의 희석공기의 압력은, 공급본관(6) 내의 연료가스의 압력보다 높게 설정된다.

또한, 희석공기 분출관(7)으로부터 분출되는 희석공기는, 희석공기 분출관(7)의 내경(D3)보다 작은 구경(D4)의 복수의 희석공기 분출구멍(7b)으로부터 분출되어, 공급본관(6) 내를 유통하는 연료가스의 흐름보다 빠르게 설정된다.

이와 같이, 희석공기 분출구멍(7b)으로부터 분출되는 희석공기의 유속은, 공급본관(6) 내를 유통하는 연료가스의 유속보다 크다.

본 실시형태의 연료가스노즐(3)에 의하면, 연료가스가 유통하는 공급본관(6) 내에 희석공기 분출관(7)을 설치하고 있으므로, 희석공기를 공급본관(6) 내에 공급하여, 공급본관(6) 내의 연료가스를 균일한 분포로 희석공기에 의해 희석하고, 연소공기와의 연소에 있어서의 그을음의 발생을 방지할 수 있다.

이 때, 희석공기 분출관(7)은, 연료가스의 유통방향으로 희석공기를 공급하므로, 연료가스의 유통을 방해하는 일은 없다.

또한, 희석공기 분출관(7) 선단의 분출헤드부(7a)에 설치되어 있는 희석공기 분출구멍(7b)은, 희석공기 분출관(7)의 내경(D3)보다 작은 구경(D4)이므로, 희석공기를 희석공기 분출관(7)으로부터 빠른 속도로 분출시킬 수 있다.

또한, 희석공기 분출구멍(7b)은, 평탄한 면상의 분출헤드부(7a)에 복수 설치되어 있으므로, 희석공기를, 1개소에 집중하지 않도록, 분산시켜 분출할 수 있고, 희석공기를 분포가 잘 되게 연료가스에 혼합할 수 있다.

이 때문에, 복수의 희석공기 분출구멍(7b)으로부터 공급본관(6) 내로 분출되는 희석공기로, 혼합 불균일 없이, 연료가스를 균일하게 희석하여, 연소공기와의 연소에서의 그을음의 발생을 방지할 수 있다.

또한, 희석공기 분출구멍(7b)으로부터 분출되는 희석공기의 유속은, 공급본관(6) 내를 유통하는 연료가스의 유속보다 크기 때문에, 희석공기를 공급본관(6) 내에 의해 힘차게 분출시킬 수 있다. 이 때문에, 연료가스를 효율적으로 희석할 수 있다. 또한, 연료가스가 희석공기 분출관(7) 내로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 희석공기 분출관(7) 내의 압력은, 공급본관(6) 내의 압력보다 높기 때문에, 희석공기를 확실하게 공급본관(6) 내로 분출시킬 수 있다. 그리고 이것에 의해서도 또한, 연료가스가 희석공기 분출관(7) 내로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

본 실시형태의 리제너레이티브 버너(2)에 의하면, 연료가스를 균일하게 희석할 수 있는 연료가스노즐(3)과, 연소공기를 공급하는 급배기노즐(5)로 구성했기 때문에, 안정된 화염을 형성할 수 있고, 또한, 그을음의 발생을 억제할 수도 있다.

상기 실시형태에서는, 연료가스노즐(3)을 리제너레이티브 버너(2)에 구비하는 예에 대해 설명했는데, 리제너레이티브 버너(2) 이외의 가스 버너에도 적용가능한 것은 당연하다. 도 4에는, 보통의 일반적인 버너(8)에의 본 발명의 적용예가 나타나 있다.

일반적인 버너(8)에서는, 노 내(4a)로 연통되는 연소공기노즐(9)의 내부에, 연료가스노즐(3)이 설치되어 있다. 연료가스노즐(3)은, 상술한 바와 같이, 공급본관(6)과, 희석공기 분출관(7)으로 구성된다. 희석공기 분출관(7)은, 공급본관(6) 내에, 상술한 연장부(6d)에 상당하는 부위로부터, 상기 실시형태와 마찬가지로 삽입해 설치된다. 이와 같은 구성이더라도, 상기 실시형태와 마찬가지의 작용효과를 발휘하는 것은 당연하다.

또한, 상기 실시형태는, 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것으로, 본 발명을 한정해 해석하기 위한 것은 아니다. 본 발명은, 그 취지를 일탈하지 않고, 변경, 개량될 수 있는 동시에, 본 발명에는 그 등가물이 포함되는 것은 말할 것도 없다.

1 --- 축열부
2 --- 리제너레이티브 버너
3 --- 연료가스노즐
3a --- 가스분출구멍
4 --- 가열로
4a --- 노 내
4b --- 노 벽
5 --- 급배기노즐
6 --- 공급본관
6a --- 하류관부
6b --- 상류관부
6c --- 굴곡부
6d --- 연장부
6e --- 장착플랜지
7 --- 희석공기 분출관
7a --- 분출헤드부
7b --- 희석공기 분출구멍
7c --- 플랜지
8 --- 일반적인 버너
9 --- 연소공기노즐
D1 --- 하류관부의 내경
D2 --- 희석공기 분출관의 외경
D3 --- 희석공기 분출관의 내경
D4 --- 희석공기 분출구멍의 구경

Claims (6)

1. 연소공기와 혼합되는 연료가스를 공급하는 연료가스노즐로서,
   노 내로의 연료가스의 분출방향을 따르는 하류관부와, 이 분출방향과는 교차하는 방향으로 설치되어 이 하류관부와 접속된 상류관부와, 이들 상류관부와 하류관부의 접속에 의해 형성되는 굴곡부와, 이 굴곡부에 이 분출방향과는 반대측으로 연장된 연장부를 구비하고, 연료가스가 이 상류관부로부터 이 하류관부를 향해 유통하는 연료가스 유로와,
   상기 연장부로부터 연료가스의 분출방향을 따라 삽입되고, 이 연료가스 유로의 상기 하류관부 내에, 연료가스의 분출방향을 향해 희석공기를 분출하는 희석공기 분출관을 구비하고,
   이 희석공기 분출관에는, 해당 희석공기 분출관의 내경보다 작은 구경의 희석공기 분출구멍이 복수 설치되고,
   상기 희석공기 분출관의 삽입 선단은, 이 희석공기 분출관의 삽입방향으로, 상기 연장부측의 상기 상류관부의 내벽면으로부터, 이 상류관부의 관축까지의 범위에 위치되는 것을 특징으로 하는 연료가스노즐.
2. 청구항 1의 기재에 있어서,
   상기 희석공기 분출관은, 평탄한 면상의 분출헤드부를 가지고, 이 분출헤드부에 상기 희석공기 분출구멍이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 연료가스노즐.
3. 청구항 1 또는 2의 기재에 있어서,
   상기 희석공기 분출구멍으로부터 분출되는 희석공기의 유속은, 상기 연료가스 유로 내를 유통하는 연료가스의 유속보다 큰 것을 특징으로 하는 연료가스노즐.
4. 청구항 1 또는 2의 기재에 있어서,
   상기 희석공기 분출관 내의 압력은, 상기 연료가스 유로 내의 압력보다 높은 것을 특징으로 하는 연료가스노즐.
5. 청구항 3의 기재에 있어서,
   상기 희석공기 분출관 내의 압력은, 상기 연료가스 유로 내의 압력보다 높은 것을 특징으로 하는 연료가스노즐.
6. 청구항 1 또는 2에 기재된 연료가스노즐과, 연소공기를 공급하는 연소공기노즐로 구성한 것을 특징으로 하는 연료가스노즐을 구비한 가스 버너.