KR900000949B1 - 연소 버어너 - Google Patents

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KR900000949B1
KR900000949B1 KR1019860005080A KR860005080A KR900000949B1 KR 900000949 B1 KR900000949 B1 KR 900000949B1 KR 1019860005080 A KR1019860005080 A KR 1019860005080A KR 860005080 A KR860005080 A KR 860005080A KR 900000949 B1 KR900000949 B1 KR 900000949B1
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데쓰오 아끼야마
사이지 아리다
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쥬우가이로 고오교오 가부시기 가이샤
마에가와 히로마사
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Abstract

내용 없음.

Description

연소 버어너
제1도는 본 발명에 실시되는 버어너장치의 길이방향의 개략 단면도.
제2도는 버어너 조립체에 관련한 연소공기와 가스연료의 압력평형 제어회로를 표시하는 도면.
제3도는 연소공기의 온도와로의 온도간의 관계를 표시하는 그래프.
제4도는 예열된 연소공기의 압력과 온도차이간의 관계를 표시하는 그래프.
제5도는 가스연료의 압력과 예열된 연소공기의 온도간의 관계를 표시하는 그래프.
제6도는 가스량의 흐름율과 가스연료의 압력간의 관계를 표시하는 그래프.
제7도는 로내측의 공기비율과 온도간의 관계를 표시하는 그래프.
제8도는 본 발명의 다른 양호한 실시를 표시하는 제1도에 유사한 도면.
제9도는 제8도에 표시된 버어너의 내부의 확대된 스케일의 부분 횡단면도.
제10도는 제9도의 선 X-X에 따라 취한 단면도.
제11도는 짧은 불길을 내는 한 위치의 노즐을 표시하는 버어너의 부분의 종 단면도.
제12도는 확대된 스케일로 노즐의 그 위치를 표시하는 제11도에 유사한 도면.
제13도는 긴 불길을 내는 다른 위치의 노즐을 표시하는 제11도에 유사한 도면.
제14도는 확대된 스케일로 노즐의 그러한 다른 위치를 표시하는 제13도에 유사한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
3 : 예열통로 5 : 가스공급 튜우브
6 : 노즐 7 : 배렬
8 : 환상의 공간 9 : 구멍
10 : 배기덕트 11 : 배기통로
12 : 이덕터 15 : 목구멍부위
16 : 연소실 18 : 혼합실
30 : 주름진벽 31, 32 : 난류가속기
40 : 압축스프링 41 : 볼트
본 발명은 일반으로 연소버어너에 관한 것이고, 더욱 특별하게 배출되어야 하는 배기가스의 열이 연소공기와 가스연료를 예열하게 사용되는 형의 연소 버어너장치에 관한 것이다.
버어너장치는 가스연료의 압력과 연소공기의 압력이 평행밸브수단에 의하여 서로가 평형하게 되어 있다는 것이 잘 알려져 있다. 다른 한편으로 에너지절약의 목적으로 배기가스로부터 회수된 열에 의하여 예열된 후의 연소공기를 사용하는 것이 근래의 경향이다.
그러나, 압력평형체어를 사용하는 선행기술의 버어너장치에서 연소공기가 예열될 때 연소공기는 압력의 증가를 수반하여 팽창하고, 그것은 가스연료의 압력의 증가를 일으킨다. 결과적으로 공기의 비율은 실질적으로 변하고 낮은 연소 효과를 가지는 매연의 방출의 원인을 구성한다.
상술의 견지에서 연소공기가 가스연료의 압력이 서로에 평형되게 제어되는 데에서 선행기술의 버어너장치는 공기 비율의 변화에 대한 보상을 위하여 연소공기공급선과 가스연료 공급선의 각각에 대하여 특별하게 설계된 고가의 보상장비의 사용을 필요로 하는 문제를 가진다.
본 발명은 선행기술의 버어너장치의 본래의 문제에서 배기가스의 열의 사용에 의하여 연소공기만의 예열에 공헌하는 것을 발견하는데에 기초를 두고 있다. 따라서, 본 발명의 본질적인 목적은 연소공기와 가스연료가 배기가스부터 방출되는 열의 이용에 의하여 연소공기-연료의 혼합물을 제공하게 그들이 함께 혼합되기에 앞서 예열되는 개량된 버어너조립체를 제공하는 것이다.
이 목적을 위하여, 본 발명에 따라 연소공기와 가스연료가 압력평형제어장치에 의하여 제어되는 형의 버어너장치는, 가스연료공급튜우브의 외부에 배치된 내부배럴 및 연소공기예열통로수단이 가스연료공급튜우브의 외부에 마련되고 고리형공간이 가스연료공급튜우브의 외부구실을 하며 내부배럴의 적어도 하나의 구멍을 통하는 예열통로수단과 연통되게 하고 배기가스추출장치로 마련된 배기통로수단 그리고 예열통로수단에 인접하여 배치된 배기통로수단이 마련되어 있다.
본 발명에 따른 구조를 가지고, 온도에 의하여 영향을 받게되는 압력의 손실이 증가되어 가스연료의 흐름의 비율을 저하되게 하고, 그것에 의하여 일정한 공기-연료혼합물을 유지하는 것을 가능하게 만든다.
본 발명의 이것 및 다른 목적과 양상이, 첨부한 도면을 참조로 하여 그것의 양호한 실시와 관련하여 후속의 설명에서 명맥하게 된다.
제1도를 참조하면 참조번호(1) 및 (2)는 버어너타일(1)과 버어너타일(1) 외부에 마련된 버어너케이스를 표시하고, 양자는 로 구조물(A)에 맞추어진다. 버어너케이스(2)는 가스공급노즐(6)에 형성된 내부단을 가지고 외측으로부터 버어너케이스(2)의 내부로 연장하는 가스공급튜우브(5)를 지지하고, 튜우브(5)와 내부배럴(7)간에 환상의 공간(8)으로 가스공급튜우브(5)를 외부로 둘러싸도록 그안에 설치된 내부배럴(7)을 역시 갖는다.
도면에 표시된 바와 같이 가스공급노즐(6)로부터 떨어진 내부배럴(7)의 일단은 케이스(2)의 벽에 의하여 닫혀지고, 한편으로 노즐(6)에 인접한 타단은 노즐(6)과 동축관계로 열려있게 되고, 그것의 폐쇄단에 인접한 상기 배럴(7)의 실질적으로 중간부분은 구멍(9)을 하고 있다.
버어너케이스(2)는 연소공기의 흐름을 위하여 배럴(7)의 외부케이스(2)내에 이루어진 예열통로(3)와 연통하는 연소공기공급구(4)를 형성하고, 한쪽으로 연소공기는 다음의 설명에서 명백해지는 방법으로 예열된다.
참조번호(10)은 원통형 내외부벽(10a),(10b)으로 그들간에 이루어진 배기통로(11)를 가진 환상의 배기덕트를 표시하고, 배럴(7)과 동축관계로 그것의 외부에 위치된다. 이 배기덕트(10)는 버어너케이스(2)내에 부분적으로 연장하고 버어너 타이루(1)내에 부분적으로 연장하여, 버어너타일(1)에 단단하게 고착된 외부벽(10b)과 같은 위치에 지지되어 있고, 그안에 있는 연소실(16)을 가진 연소실형성구조(14)의 목구멍부위(15)에 고착된 내부벽(10a)을 가진 위치에 지지된다.
내외부벽(10a),(10b)은 연소실형성구조(14)로부터 떨어진 일단에서 함께 연결되어서 환상의 배기통로(11)가 연소실형성구조(14)로부터 떨어진 일단에서 닫히고, 타단에서 개방되어 버어너타일(1)과 연소실형성구조(14)간에 환상의 배기구(17)를 이룬다. 배기가스의 배출을 위하여 이덕터(eductor) (12)가 환상의 배기통로(11)의 길이방향을 횡단하는 방향으로 상부로 돌출하고, 환상의 배기통로(11)와 연통하며, 상기 이덕터(12)는 공기를 안으로 분사하기 위하여 그것에 설치된 흡입기(13)를 가지고, 외측으로 배출되게 되는 고온 배기가스를 내측부터 이덕터(12)를 통하여 상방으로 끌어내게 하였다.
버어너장치(T)는 연소실형성 구조(14)와 내부벽(10a)간의 조인트에 인접한 내부벽(10a)과 가스공급노즐(6) 앞부분 구실을 하는 혼합실(18)이 있어 그 혼합실(18)은, 한쪽에서 환상의 공간(8)과 가스공급튜우브(5) 모두에 연통되고, 다른쪽으로는 목구멍부위(15)를 통하여 연소실(16)과 연통된다.
압력평형시스템, 즉 연소공기의 압력과 가스연료의 압력을 평형하기 위한 제어시스템이 이제 제2도를 특별히 참조하여 설명된다.
가스연료는, 모두 거기에 배설된 감소밸브(V1), 압력평형밸브(V29) 및 조절밸브(V3)를 가진 연료공급선(P1)을 통하여 버어너장치(T)의 가스공급튜우브(5)에 공급된다. 다른 한쪽으로, 연소공기는 압력조절기(21)를 거처 송풍기(20)로부터 오는 공기공급선(P2)을 통하여 공기공급구(4)에 공급되며 로온도조절기(22)와 조작적으로 연합된 제어밸브(V4)와 조절밸브(V5)가 공기공급선(P2)에 모두 배설되어 있다.
압력조절기(21)와 제어밸브(V4)간의 공기공급선(P2)의 부분은 흡입기(13)에 압축된 공기의 공급을 위하여 분기선(P3)을 통하여 흡입기(13)와 연통된다. 압력평형밸브(V2)는 압력응답형의 것이고, 그러므로 그러한 밸브(V2)의 개구는, 공기 공급구(4) 쪽으로의 연소공기의 흐름의 방향에 관하여 제어밸브(V4)의 하류의 공기공급선(P2)의 부분을 통하여 흐르는 연소공기의 압력에 반응하여 자동적으로 조절된다. 이후, 제2도에 표시된 유체회로를 포함하는 버어너장치(T)의 조작이 설명된다.
가스공급튜우브(5)를 통하여 흐르고 안으로 공급되는 가스연료는 혼합실(18)을 경유하여 목구멍부위(15)를 통하여 연소실(16)쪽으로 노즐(6)로부터 분사된다. 가스연료가 노즐(6)로부터 외측으로 나올때 그것은 부분적으로 예열통로(3)를 통하고, 부분적으로 환상의 공간(8)을 통하여 그곳에 공급된 연소공기와 혼합실(18)내에서 혼합되고, 결과적인 공기-연료혼합물이 연소실(16)에서 연소된다.
다른 한편으로, 로내측의 공기-연료혼합물의 연소시에 산출되는 배기가스는 이덕터(12)의 조작에 의하여 배기덕트(10)를 통하여 외측에 배출된다.
배기가스가 배기덕트(10)를 통하여 흐를 때, 배기덕트(10)는 예열통로(3)를 통하여 흐르는 연소공기를 예열하는 열교환기로서 작용한다. 내부배럴(7)의 벽에 이루어진 구멍(9)은 예열된 연소공기의 부분이 가스공급튜우브(5)의 벽앞의 환상의 공간(8)으로 흐르게 되어, 따라서 튜우브(5)를 통하여 흐르는 가스연료는 가스공급 튜우브(5) 주위의 환상의 공간(8)에 흐르는 예열된 연소공기에 의하여 예열된다.
가스공급튜우브(5)에 흐르는 가스연료가 환상의 공간(8)에 흐르는 예열된 연소공기로서 열교환에 의하여 예열되는 사실은 가스공급튜우브(5) 내측의 가스연료의 압력이 예열된 가스연료의 온도팽창의 결과로서 증가하기 때문에 유효한 것이고, 압력평형밸브(V2)의 개방은 그렇게 크게 변하게 되지 않는다.
이것은 선행기술에 대하여 대조적이고, 그것에 따르면 예열된 연소공기의 온도팽창의 결과로서, 제어밸브(V4)의 연소공기 하류의 압력의 증가케 하며 압력평형밸브(V2)의 개방으로 가스연료의 압력의 증가의 결과와 합치되게 증가하게 하여 그러한 확대신장으로 공기비율을 변하게 한다. 연소실(16)과 연통하는 혼합실(18)의 개구가 예시된 실시예서 사용된 바와 같이 목구멍부위(15)에 의하여 막아지거나 제한되면 혼합실(18) 내측의 압력은 가스연료에 대하여 배압으로서 작용되고, 그러므로 공기비율의 변화는 유리하게 최소로 할 수 있다는 것을 알아야 한다.
상술된 바와 같이, 본 발명에 따르면 열회수형의 버어너방치는 가스공급튜우브와 노즐이 이덕터에 의하여 로에서부터 배출되는 고온의 배기가스와 연소공기간의 열고환을 용이하게 하기 위한 복열장치의 벽에 의하여 둘러싸여져 있는 대신에 복열장치의 내부배럴에 의하여 둘러쌓여져 있고, 그와 동시에, 소위 압력평형 조정장치를 써서 압력평형밸브가 가스공급선에 배치되어 가스공급튜우브에 가게 되어 있기 때문에 제어모우터가, 제어밸브를 제어하게 온도조절기로부터의 신호에 반응할 수 있게 구동되고, 그것에 의하여 연소공기의 압력(Pa)을 변하게 하고, 연소공기가 역시 가스공급선의 압력평형밸브를 조절하게 하였다.
따라서, 이 장치를 가지고 온도변화가 연소공기와 가스연료에서 생기지 않는다고 가상하며, 연료가스의 양의 흐름은 다음식에 따라 변한다.
[수학식 1]
Figure kpo00001
여기에서, Pg2는 버어너장치의 입구의 가스연료의 압력을 표시하고, Pb는 버어너장치의 입구의 연소공기의 압력을 표시하고, K는 정수를 표시한다. 간결의 목적을 위하여, 로내부의 온도는 하중이 버어너장치에 부과되어 있는 동안 상승하는 것으로 가정한다.
그때, 제3도에 표시된 바와 같이 로입구
Figure kpo00002
의 온도가 높을수록, 예열된 연소공기의 온도
Figure kpo00003
는 높아지고, 그러므로, 공기압력의 차이(Pb-PF)는 제4도 및 제5도에 표시된 바와 같이 압력(Pg1) 및 (Pg2)의 가스입력의 결과적인 증가로 증가한다. 압력(Pg2)의 증가는 제6도에 표시된 바와 같이 가스량 흐름율의 증가를 가져와, 결과로서 그러한 내용으로의 공기-연료혼합율의 변화는 확대하여 검은 연기의 배출과 불필요한 에너지의 소모를 가져온다.
그러나, 본 발명에 따르면 노즐은 목구멍부위ⓧ의 상류에 위치되어, 목구멍부위의 공기압력의 차이는 ＂배압＂으로서 가스연료의 흐름에 부가된다. 더욱이, 내부배럴은 가스연료의 흐름이 역시 예열될 수 있도록 가스공급튜우브 주위의 환상의 공간으로 예열된 연소공기의 일부의 공급을 가능하게 하기 위하여 하나 또는 그 이상의 구멍을 가지고 형성된다. 따라서 제6도에 표시된 바와 같이 버어너장치의 입구ⓧ에서 가스압력(Pg2)의 변화의 기정양을 주기 위하여 본 발명의 버어너장치의 목구멍부위에 의하여 나타나는 저항은 크고, 그러므로 본 발명의 버어너장치의 가스량 흐름을
Figure kpo00004
의 변화는 가스압력의 증가가 목구멍부위가 없는 버어너장치의 증가와 동일하다고 하여도 선행기술의 버어너장치의 그것보다 적다. 따라서 본 발명에 따르면 공기 비율의 편차는 유리하게 최소로 된다.
제7도는 로온도ⓩ에 관한 공기- 연료혼합율(ε)의 변화를 표시하고, 여기에서 쇄선은 온도보정이 없는 선행기술의 버어너장치의 압력평형시스템에 의하여 실행된 것을 표시하고, 실선은 온도보정이 없는 본 발명의 버어너장치의 압력평형시스템에 의하여 실행된 것을 표시한다.
본 발명에 따른 버어너장치에서 공기-연료혼합율(ε)은 실질적으로 로온도의 변화에 관계없이 일정하다는 것이 쉽게 알게된다. 이후, 본 발명의 다른 실시가 제8도 내지 제14도를 참조로 하여 설명되나, 제1도 내지 제7도에 표시된 것과 유사한 것은 간단하게 하기 위하여 제1도 내지 제7도에 사용된 동일한 참조부호에 의하여 표시된다.
제8도를 참조하면, 버어너에 공급되는 매기온도의 연소공기가 배기가스로부터 흡수된 열을 가지고, 버어너장치의 내부에 제공된 열교환기에 의하여 예열된다. 예열된 연소 공기는 로에 뻗는 불길을 산출하게 가스연료와 목구멍부위(15)에서 혼합된다. 로내에서 생긴 배기가스는 이덕터(12)에 의하여 열교환기로 끌어내어 진다. 열교환기의 외부크기를 최소로 하기 위하여, 열교환기의 열전도부분, 즉 내부벽(10a)은 전체의 표면적을 증대하기 위하여 종래적으로 사용된 바와 같이 부분적으로(30)에서 주름짓게 되고, 그와 동시에 난류가속기(31) 및 (32)가 열전달율을 증가시키기 위하여 또한 유체의 흐름을 조장하기 위하여 주름진벽(30)의 골짜기 부위에 사용된다.
제9도 및 제10도에서 잘 보이는 바와 같이, 난류가속기(31) 및 (32)는 코일로 된 강철봉의 형으로 각기 사용되고, 각기 예열된 연소공기의 흐름과 배기가스의 흐름에 노출된 난류가속기(31) 및 (32)를 가진 주름진벽(30) 주위에 방사상으로 외측으로 또한 내측으로 코일모양으로 감겨진다.
제10도에 잘 표시된 바와 같이 배기가스 또는 예열된 연소공기의 흐름의 방향에 관하여 각각의 난류가속기(31) 또 (32)를 형성하는 코일로 된 강철봉의 각각의 회선의 하류에서, 주름진벽(30)의 골짜기 부위를 통하여 축방향으로 배기가스 또는 예열된 연소공기의 흐름을 조장하기 위하여 난류소용돌이가 형성된다. 난류열전달율은 나체배럴의 사용에 의하여 표시되었든 15 내지 25Kcal/m Hr℃에 반하여 35내지 50Kcal/m Hr℃로 증가된다. 상술된 효과 때문에 관류식 열교환기는 크기를 콤팩트하게 할 수 있다.
제8도에 표시된 구조를 가지고, 연소실(16)에 산출되는 불길의 길이는 조절될 수 있다. 이 목적을 위하여, 혼합실(18)에 인접한 그것의 자유단에서 구실을 하는 노즐(6)을 가진 가스공급튜우브(5)는 그것의 축방향으로의 이동을 위하여 지지되고, 그것의 위치는 가스공급튜우브(5)를 한방향으로 예로서, 제8도에 표시된 바와 같이 좌측으로 작용하는 압축스프링(40)의 길이를 조절하게 볼트(41)를 돌리는 것에 의하여 조절된다. 스프링(40)과 볼트의 조합하여 사용하는 대신에 수력 또는 전기실린더가 사용되어도 좋고, 이 경우에서 가스공급튜우브(5)의 위치, 따라서 불길의 길이는 원격장소에서 제어될 수 있다.
제11도 및 제2도에서 잘 표시된 바와 같이 노즐(6)이 배럴(7)의 환상의 개구단에 인접하여 놓여지는 위치에 가스공급튜우브가 축방향으로 후퇴될 때 및 그렇게되는 한, 노즐(6)로부터 외축으로 나오는 가스연료는 방사상으로 외측으로 신속하게 방산되면서 배럴(7)의 환상의 개구단의 환상의 모서리에 충돌하고, 그후 방산된 가스연료는 배럴(7)과 환상의 배기덕트(10)의 내벽(10a)간의 공간을 통하여 또한 배럴(7)을 통하여 그것에 흐르는 연소공기와 혼합실(18)에서 혼합된다.
그렇게 형성된 공기-연료혼합물은 목구멍부위(15)를 통하여 연소실로 불어 넣어서 짧은 길이의 예민한 불길을 낸다. 다른 한쪽으로, 가스공급튜우브(5)가 노즐(6)이 목구멍부위(15)쪽으로 돌출하는 다른위치에 축방향으로 우측으로 움직일 때, 노즐(6)로부터 외측으로 나오는 가스연료 배럴(7)을 통하여 주로 혼합실(18)로 흐르는 연소공기와 혼합되나, 공기와 연료의 균일한 혼합은 목구멍부위(15)내에서 아직 완성되지 않고, 그러므로 연소실(16)내에 형성된 불길은 진하게 만들어진 공기-연효혼합물의 불길이고, 제13도 및 제14도에서 잘 표시된 바와 같이 밝고 길이가 길다.
본 발명의 실시에서 불길의 최대 적용길이는 최소 적용불길 길이의 2배로 만들어진다.
본 발명의 양호한 실시의 상기 설명으로부터 연소공기와 가스연료는 예열되므로, 본 발명에 따른 버어너장치는 연소공기와 가스연료간의 질량 흐름율의 비율을 일정한 치로 실질적으로 유지하기 위하여 비싼 장비의 사용을 필요로 하지 않고, 염가의 압력평형제어장치의 사용은 공기비유를 안정시키기 위하여 충분하고 효과적이다.
본 발명은 첨부한 도면을 참조로 하여 예시의 방법으로 충분히 설명되었지만, 여러 변경 및 수정은 기술적으로 그 기술사항이 명백함을 알아주기 바란다.
그러므로, 그러한 변경과 수정이 본 발명의 범위에서 떠나지 않으면 그들은 그것에 포함되는 것으로서 해석되어야 한다.

Claims (6)

  1. 연소공기와 가스연료가 둘다 압력평형제어장치에 의하여 제어되는 형의 버어너장치에 있어서, 가스연료의 공급을 위한 가스공급튜우브(5)와, 이 가스공급튜우브(5)와 내부배럴(7)간에 환상의 공간(8) 구실을 하는 가스공급튜우브(7)를 둘러싸고, 그 안에서 적어도 하나의 구멍을 가진 내부배럴(7)과, 이 내부배럴(7)의 외부에 배치되고, 구멍을 통하여 환상의 공간(8)과 연통하는 연소공기예열통로(3)과 배기가스를 배출하기 위하여 배기가스 추출장치를 마련한 배기통로(11)로 이루어지는 버어너장치.
  2. 제1항에 있어서, 가스공급튜우브(5)는 그것의 자유단에 가스공급노즐(5)을 가지며, 혼합실(18), 목구멍 부위(15) 및 연소실(16)이 가스공급노즐(6)의 전방에서 멀리 떨어지는 순서로 이루어지는 버어너장치.
  3. 제1항에 있어서, 연소공기예열통로(3)과 배기통로(11)는 일반으로 그들간을 분리하는 공통의 원통형내부벽(10a)을 가지며, 상기 공통의 원통형내부벽(10a)은 주름진 벽(30)이고, 더욱이 공통의 주름진벽(30)의 대향하는 측의 하나에 배치된 적어도 하나의 난류가속기(31)(32)를 가진 버어너장치.
  4. 제1항에 있어서 가스공급튜우브(5)는 조절할 수 있게 축 방향으로 움직이도록 지지되고, 더욱이 내부배럴(7)에 관련한 가스공급튜우브(5)의 위치를 조절하기 위한 조정부를 가지는 버어너장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 가스공급튜우브(5)는 조절할 수 있게 축방향으로 움직이도록 지지되고, 더욱이 내부배럴(7)에 관련한 가스공급튜우브(5)의 위치를 조절하기 위한 조정부를 가지는 버어너장치.
  6. 제3항에 있어서, 상기 가스공급튜우브(5)는 조절할 수 있게 축방향으로 움직이게 지지되고, 더욱이 내부배럴(7)에 관련한 가스공급튜우브의 위치를 조정하기 위한 조정부를 가지는 버어너장치.
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