WO2022124751A1 - 역화현상을 방지할 수 있는 수소가스 연소장치 - Google Patents

역화현상을 방지할 수 있는 수소가스 연소장치 Download PDF

Info

Publication number
WO2022124751A1
WO2022124751A1 PCT/KR2021/018425 KR2021018425W WO2022124751A1 WO 2022124751 A1 WO2022124751 A1 WO 2022124751A1 KR 2021018425 W KR2021018425 W KR 2021018425W WO 2022124751 A1 WO2022124751 A1 WO 2022124751A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
flow pipe
flow
hydrogen
air
pipe
Prior art date
Application number
PCT/KR2021/018425
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
이기만
강연세
안지환
Original Assignee
순천대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 순천대학교 산학협력단 filed Critical 순천대학교 산학협력단
Priority to JP2022544218A priority Critical patent/JP7299424B2/ja
Publication of WO2022124751A1 publication Critical patent/WO2022124751A1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C5/00—Disposition of burners with respect to the combustion chamber or to one another; Mounting of burners in combustion apparatus
    • F23C5/02—Structural details of mounting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C5/00—Disposition of burners with respect to the combustion chamber or to one another; Mounting of burners in combustion apparatus
    • F23C5/08—Disposition of burners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/48—Nozzles
    • F23D14/58—Nozzles characterised by the shape or arrangement of the outlet or outlets from the nozzle, e.g. of annular configuration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/62—Mixing devices; Mixing tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/72—Safety devices, e.g. operative in case of failure of gas supply
    • F23D14/82—Preventing flashback or blowback
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2209/00—Safety arrangements
    • F23D2209/10—Flame flashback
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the present invention is a hydrogen gas combustion device capable of preventing a flashback phenomenon. More specifically, it prevents a flashback phenomenon that may occur during combustion of hydrogen gas, which is a clean fuel, and prevents a flashback phenomenon that enables a safe combustion process of hydrogen gas. It relates to a hydrogen gas combustion device that can do this.
  • Thermal power generation refers to a method in which high-temperature and high-pressure combustion gas generated by the combustion of fossil fuels turns a turbine, which is a rotating body, and the power is transmitted to an AC generator to obtain electricity.
  • the engine refers to a device that converts thermal energy into mechanical energy.
  • the method of obtaining electricity or power by burning fuel has been applied and used in various fields.
  • Republic of Korea Patent Publication No. 10-1080928 discloses a combustion device having a combustion vessel for receiving combustion air from the outside and burning the fuel supplied by the fuel supply unit.
  • the present invention has been devised to solve the problems of the prior art as described above, and it prevents the flashback phenomenon that may occur during combustion of hydrogen gas, which is a clean fuel, and prevents the flashback phenomenon that allows the hydrogen gas to be safely combusted.
  • An object of the present invention is to provide a hydrogen gas combustion device that can do this.
  • a first flow pipe serving as a pre-mixing pipe function serving as a pre-mixing pipe function
  • a second flow pipe formed in communication with the inner circumferential surface of the first flow pipe and the second flow pipe
  • the second flow pipe according to a preferred embodiment of the present invention is characterized in that it communicates vertically with the inner circumferential surface of the first flow pipe.
  • the second flow pipe according to a preferred embodiment of the present invention is characterized in that the communication with the inner circumferential surface of the first flow pipe in an inclined manner.
  • the second flow pipe according to a preferred embodiment of the present invention is provided at the air outlet, which is an end of the second flow pipe, characterized in that it includes a lip for guiding the flow direction of the jetted air.
  • the first flow pipe according to a preferred embodiment of the present invention is characterized in that it includes a protrusion formed to protrude from the inner circumferential surface of the first flow pipe in the central direction of the first flow pipe.
  • the hydrogen gas combustion device capable of preventing the flashback phenomenon of the present invention is in the inner circumferential surface of the premix pipe where the mixer exists in the premix combustor, which is always exposed to the risk of safety accidents such as the flashback phenomenon. It is effective to provide a hydrogen gas combustion device capable of preventing a flashback phenomenon, which can minimize the flashback phenomenon by providing various types of devices for disturbing the wall boundary layer.
  • the hydrogen gas combustion device capable of preventing the flashback phenomenon of the present invention maintains smooth combustion by dividing the combustion air from the lower and upper ends of the pre-mixing pipe as primary mixing and secondary mixing, thereby maintaining smooth combustion and producing secondary mixed air. It is effective in destroying the wall boundary layer of the upper wall of the pre-mixing pipe and providing the effect of preventing backfire in the hydrogen gas combustion device.
  • the hydrogen gas combustion device capable of preventing the flashback of the present invention uses a protrusion protruding in the center direction from the outlet of the premixing pipe in addition to the embodiment using secondary mixed air to destroy the boundary layer on the wall to prevent flashback.
  • the preventing embodiment there is an advantage that it can be easily applied to an existing premixed combustion device.
  • FIG. 1A is a cross-sectional view showing the configuration of a combustion device according to a first embodiment of the present invention.
  • 1B is a cross-sectional view showing the configuration of a combustion device according to the first embodiment and another embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the configuration of the combustion device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is an enlarged perspective view of the configuration of a combustion device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an enlarged perspective view of the configuration of a combustion device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an enlarged perspective view of the configuration of a combustion device according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 6A is an enlarged cross-sectional view of the configuration of a combustion device according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 (b) is an enlarged cross-sectional view of the configuration of the combustion device according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 7A is an enlarged cross-sectional view of the configuration of a combustion device according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 (b) is an enlarged cross-sectional view showing the configuration of the first flow pipe and the second flow pipe of the combustion device according to the sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 (c) is an enlarged cross-sectional view showing the configuration of the first flow pipe and the second flow pipe of the combustion device according to the sixth embodiment and another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 (d) is an enlarged cross-sectional view showing the configuration of the first flow pipe and the second flow pipe of the combustion apparatus according to the sixth embodiment and another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view of the configuration of a combustion device according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing the configuration of a combustion device according to a seventh embodiment of the present invention.
  • Figure 10 (a) is a view showing the flow rate of the fluid inside the conventional tube.
  • FIG 10 (b) is a view showing the velocity gradient of the fluid in the first flow tube of the combustion device according to the seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 (c) is a view showing the velocity gradient of the fluid in the first flow tube of the combustion apparatus according to the seventh embodiment and another embodiment of the present invention.
  • 11A is an enlarged cross-sectional view of the configuration of a combustion device according to a seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 (b) is an enlarged cross-sectional view showing the configuration of the first flow pipe and the second flow pipe of the combustion device according to the seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 (c) is an enlarged cross-sectional view showing the configuration of the first flow pipe and the second flow pipe of the combustion apparatus according to the seventh embodiment and another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 (d) is an enlarged cross-sectional view showing the configuration of the first flow pipe and the second flow pipe of the combustion apparatus according to the seventh embodiment and another embodiment of the present invention.
  • 11 (e) is an enlarged cross-sectional view showing the configuration of the first flow pipe and the second flow pipe of the combustion device according to the seventh embodiment and another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing the configuration of a first flow pipe of a combustion device according to an eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 13A is an enlarged cross-sectional view of the configuration of a combustion device according to an eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 (b) is an enlarged cross-sectional view showing the configuration of the first flow pipe and the second flow pipe of the combustion device according to the eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 (c) is an enlarged cross-sectional view showing the configuration of the first flow pipe and the second flow pipe of the combustion apparatus according to the eighth embodiment and another embodiment of the present invention.
  • the second flow pipe 20 which is a hydrogen supply pipe, provided in a shape surrounding at least a portion of the outer circumferential surface of 10, and the first flow pipe 10 and the second flow pipe 20 are provided at the ends of the first flow pipe 10
  • the chamber 30 and the chamber ( 30) includes an ignition device 40 for igniting the mixer, and the hydrogen ejected through the second flow tube 20 is mixed and combusted to surround the air ejected through the first flow tube 10 It has a diffusion combustion nozzle structure.
  • the fuel flowing through the second flow pipe 20 is used for combustion, and hydrogen is exemplified in the present invention, but is not limited thereto.
  • the burner casing 90 is provided.
  • the burner casing 90 has an empty space therein, has a cylindrical body, and has a cross-sectional area that becomes smaller toward the end of the burner casing 90 .
  • the burner casing 90 is provided at the base of the burner casing 90, and communicates with the second flow pipe 20 to supply hydrogen to the second flow pipe 20.
  • a plurality of hydrogen supply parts 60 Including, the plurality of hydrogen supply units 60 are in communication with a fuel pipe 62 for supplying hydrogen, which is a fuel, to the base of the burner casing 90 from the outside.
  • the igniter ( 40) is provided.
  • the chamber 30 as a combustion chamber space is provided.
  • the chamber 30 has a shape corresponding to the burner casing 90 and is provided inside the burner casing 90 , and a nozzle case part 80 to be described later is provided at the base of the chamber 30 .
  • an air supply unit 50 is provided between the chamber 30 and the burner casing 90 to allow external air to flow into the first flow pipe 10 . That is, the air supply unit 50 serves as a passage through which the external air flows to the first flow pipe 10 .
  • a fan (not shown) or a compressor (not shown) for allowing the external air to flow may be provided in the air supply unit 50 .
  • the nozzle case part 80 is provided inside the burner casing 90 , is formed in a cylindrical shape, and serves to fix the first flow pipe 10 and the second flow pipe 20 .
  • the chamber 30 is formed to extend from the edge of the nozzle case part 80 , and the nozzle case part 80 is provided to be spaced apart from the burner casing 90 by a predetermined distance.
  • one end of the nozzle case part 80 is opened so that the external air flowing through the air supply part 50 and flowing into the burner casing 90 can flow into the first flow pipe 10 .
  • It includes a nozzle lower case 81 having an empty space therein, and a nozzle upper case 82 provided on the upper portion of the nozzle lower case 81 and spaced apart from the nozzle lower case 81 by a predetermined distance. do.
  • a step is formed at the end of the nozzle lower case 81 in the direction toward the nozzle upper case 82 . That is, the step is formed on the upper surface of the nozzle lower case 81 by protruding in the upper direction of the nozzle lower case 81 along the upper surface edge of the nozzle lower case 81 .
  • the step difference is fixed to the lower surface of the nozzle upper case 82 , so that an empty space is provided between the nozzle lower case 81 and the nozzle upper case 82 .
  • the hydrogen supply unit 60 includes a plurality of hydrogen supply pipes 61 provided to allow hydrogen to flow, and the plurality of hydrogen supply pipes 61 include the nozzle lower case 81 and the nozzle upper case 82 . ) to communicate with the space between the nozzle lower case 81 and the nozzle upper case 82 to allow hydrogen to flow into the space.
  • the second flow pipe 20 is formed to pass through the nozzle upper case 82 and communicates with the space between the nozzle lower case 81 and the nozzle upper case 82 . That is, the hydrogen supplied from the hydrogen supply unit 60 passes through the hydrogen supply pipe 61 and flows into the space between the nozzle lower case 81 and the nozzle upper case 82, and then the second flow pipe 20. It passes through and is supplied to the chamber 30 .
  • the plurality of hydrogen supply pipes 61 are radially arranged with respect to the center of the hydrogen supply unit 60, so that the hydrogen supplied from the hydrogen supply unit 60 is uniformly dispersed, and the nozzle lower case 81 and Flow into the space between the nozzle upper case (82).
  • a filter (not shown) for removing foreign substances in the external air supplied from the outside may be provided inside the nozzle lower case 81 .
  • a perforated plate 70 may be provided inside the nozzle lower case 81 to keep the amount of air supplied to the chamber 30 constant. That is, the perforated plate 70 serves to induce a rectification effect so that a certain amount of air is uniformly and continuously supplied to the chamber 30, and optimization is performed in consideration of the pressure drop. It can be rough, and it can be replaced by honeycomb and perforated plate form of various shapes.
  • the nozzle case part 80 may include a plurality of through holes 83 formed to penetrate the nozzle case part 80 . Accordingly, it is possible to more uniformly supply the combustion air to the chamber 30 , and there is an advantage in that the amount of combustion air supplied to the chamber 30 for the same time can be increased. That is, by selectively providing the plurality of through-holes 83 according to the amount of air required for combustion, the amount of combustion air supplied to the chamber 30 may be adjusted.
  • the first flow pipe 10 is provided to pass through the nozzle lower case 81 and the nozzle upper case 82 , and the external air is supplied to the chamber 30 .
  • the second flow pipe 20 is provided to pass through the nozzle upper case 82 , and hydrogen supplied between the nozzle lower case 81 and the nozzle upper case 82 passes through the second flow pipe 20 . to be supplied to the chamber 30 through the
  • the first flow pipe 10 and the second flow pipe 20 are formed in a cylindrical shape. That is, the first flow pipe 10 and the second flow pipe 20 are formed to have a concentric circular cross section having the same center.
  • the second flow pipe 20 is formed to have a larger diameter than that of the first flow pipe 10 , and is provided to surround the outer circumferential surface of the first flow pipe 10 . Therefore, the hydrogen fuel ejected through the second flow tube 20 due to the high momentum of the combustion air ejected at high speed through the first flow tube 10 is the combustion air jet of the first flow tube 10 . Unlike general diffusion combustion, it is combusted in a way that can induce pre-mixing performance as it is introduced in the form of an entire envelope and quickly mixed with the combustion air.
  • the hydrogen ejected through the second flow tube 20 is radially arranged around the combustion air ejected through the first flow tube 10 provided in the center, and the ejected hydrogen fuel is directed toward the combustion air.
  • a diffusion combustion structure or premixing performance is induced, thereby improving the combustion rate of hydrogen as fuel.
  • the pre-mixing performance is improved by the diffusion combustion jet structure or the partial pre-mixer formation to induce complete combustion of hydrogen, which is the fuel ejected through the second flow tube 20, so that the chamber 30 is It is possible to prevent safety accidents such as explosions due to the residual hydrogen remaining in the interior.
  • the second flow tube 220 is formed to have a polygonal cross section.
  • the first flow pipe 210 is formed to have a circular cross section, and at least a portion of an outer circumferential surface of the first flow pipe 210 is provided in contact with the inner circumferential surface of the second flow pipe 220 .
  • the second flow pipe 220 is formed to have a triangular cross section, and the first flow pipe 210 is inserted into the second flow pipe 220 . That is, based on the cross section, the first flow pipe 210 is provided to be inscribed with the second flow pipe 220 .
  • the flow path of the second flow pipe 220 is divided into three by the first flow pipe 210 with a triangular cross section.
  • the hydrogen fuel ejected through the second flow tube 220 is mixed in a form that surrounds the combustion air ejected through the first flow tube 210 as a whole, and is ejected through the second flow tube 220
  • Hydrogen is divided into three and has the advantage of maintaining a constant ratio of air and hydrogen supplied to the chamber 30 .
  • the first flow pipe 210 is fixed inside the second flow pipe 220 and can be more firmly supported. That is, structural stability can be improved by a structure in which the outer circumferential surface of the first flow pipe 210 is fixed or supported by the second flow pipe 220 .
  • This embodiment is different from the second embodiment in that the second flow pipe 320 for discharging hydrogen for combustion is formed to have a rectangular cross section.
  • the description of the second embodiment is used for the configuration overlapping with the second embodiment.
  • the second flow tube 320 may be formed to have a rectangular cross section. That is, the second flow pipe 320 is formed to have a rectangular cross section, and the first flow pipe 310 is inserted into the second flow pipe 320 . That is, based on the cross-section, the first flow pipe 310 is provided to be inscribed with the second flow pipe 320 . Accordingly, hydrogen in the space between the nozzle lower case 81 and the nozzle upper case 82 is supplied to the chamber 30 through the second flow pipe 320 . In other words, the flow path of the second flow pipe 320 has a rectangular cross section and is divided into four by the first flow pipe 310 .
  • the hydrogen fuel ejected through the second flow tube 320 is mixed in a form that surrounds the combustion air ejected through the first flow tube 310 as a whole, and is ejected through the second flow tube 320 Hydrogen is divided into four and has the advantage of maintaining a constant ratio of air and hydrogen supplied to the chamber 30 . That is, compared to the second embodiment, the second flow pipe 320 is formed to have a rectangular cross section, so that a thinner hydrogen layer is formed around the combustion air, so that the fuel hydrogen and the combustion air are more By rapidly mixing with each other and burning, it is possible to improve the combustion rate of hydrogen.
  • hydrogen ejected from the second flow pipe 320 can be more uniformly sprayed compared to the triangular cross section.
  • the first flow pipe 210 is fixed inside the second flow pipe 220 and can be more firmly supported.
  • the second flow pipe 320 is formed to have a rectangular cross section, and is supported in a manner to be inserted into the first flow pipe 310, so that the second flow pipe 320 is inserted. The flow rate of hydrogen ejected into the chamber 30 through the is divided, so that it is possible to reduce the risk of an explosion that may occur while a large amount of hydrogen is burned at once.
  • the amount of hydrogen ejected from the second flow pipe 320 can be dispersed and reduced. That is, when the flow rate of hydrogen is the same, the amount of hydrogen that is ejected can be adjusted by adjusting each number of cross-sections of the second flow pipe 320 .
  • This embodiment is different from the first embodiment in that the second flow pipe 420 for discharging hydrogen for combustion is provided in a portion spaced apart from the outer circumferential surface of the first flow pipe 410 for discharging air for combustion.
  • the description of the first embodiment is used for the configuration overlapping with the first embodiment.
  • the second flow pipe 420 is provided to be spaced apart from the outer peripheral surface of the first flow pipe 410 by a predetermined distance.
  • the first flow pipe 410 and the second flow pipe 420 are formed to have a circular cross-section, and the second flow pipe 420 has a plurality of radial shapes based on the center of the first flow pipe 410 . can be arranged as Accordingly, hydrogen flowing between the nozzle lower case 81 and the nozzle upper case 82 is uniformly distributed through the plurality of second flow tubes 420 and flows into the chamber 30 .
  • hydrogen ejected through the second flow tube 420 is radially arranged around the air ejected through the first flow tube 410 to form the mixture, so that the When the mixer is ignited, the hydrogen fuel jets ejected from the radially arranged second flow tube 420 are rapidly introduced into and mixed with the combustion air ejected from the first flow tube 410 at high speed and are combusted of hydrogen as fuel. There is an advantage that can improve the combustion rate.
  • the second flow pipe 420 is provided to be spaced apart at an angle of 45 degrees with respect to the center of the adjacent second flow pipe 420 and the first flow pipe 410 .
  • the number of the second flow pipes 420 is A problem in that the time and cost required for manufacturing increases rapidly, and the distance between the second flow pipe 420 and the adjacent second flow pipe 420 becomes narrow, and the nozzle connected to the second flow pipe 420 There is a problem in that the strength of the upper case 82, etc. is lowered, so that it can be vulnerable to fatigue fractures and the like.
  • the second flow pipe 420 is provided to be spaced apart to exceed an angle of 45 degrees with respect to the center of the adjacent second flow pipe 420 and the first flow pipe 410, the second flow pipe 420 is The ejected hydrogen fuel does not completely cover the surface of the combustion air ejected through the first flow tube 410, so that the mixture between the fuel hydrogen and the combustion air is poor, resulting in a decrease in the combustion rate of hydrogen; There is a problem in that the flame in the chamber 30 is not stabilized. Accordingly, the second flow pipe 420 is provided to be spaced apart at an angle of 45 degrees with respect to the center of the adjacent second flow pipe 420 and the first flow pipe 410 . At this time, there is also an advantage that the hydrogen ejected from the second flow tube 420 can be more uniformly sprayed.
  • this embodiment is provided between the chamber 30 and the end of the first flow pipe 410 for discharging combustion air and the second flow pipe 420 for discharging hydrogen for combustion
  • the air ejected through the first flow tube 410 and hydrogen, which is the fuel ejected through the second flow tube 420 is immediately before the exit, which is the end of the first flow tube 410 and the second flow tube 420, or
  • it further includes a premixing unit 530 that forms a space that can be premixed nearby.
  • the description of the first embodiment is used for the configuration overlapping with the first embodiment.
  • the hydrogen gas combustion apparatus of the present invention is provided between the ends of the first and second flow pipes 410 and 420 and the chamber 30 , through the first flow pipe 410 .
  • the first flow pipe 410 and the second flow pipe 420 Immediately before or near the exit, which is the end of the first flow pipe 410 and the second flow pipe 420, before the blown air and the hydrogen fuel jetted through the second flow pipe 420 are jetted into the chamber 30, which is the combustion chamber.
  • It further includes a pre-mixing unit 530 that forms a space so that combustion air and hydrogen, which is a fuel, can be pre-mixed with each other in advance.
  • the pre-mixing part 530 may be formed to extend over the upper part of the nozzle upper case 82 , and the pre-mixing part 530 may include the first flow pipe 410 and the second flow pipe 420 and It includes a plurality of pre-mixing holes 531 formed in communication with each other. That is, the combustion air ejected through the first flow tube 410 and the hydrogen fuel ejected through the second flow tube 420 are premixed before combustion while passing through the premixing hole 531, and the chamber After flowing to (30) and becoming the mixer, the mixer is ignited by the ignition device (40).
  • the combustion air ejected through the first flow tube 410 and the hydrogen fuel ejected through the second flow tube 420 are first mixed in the premixing hole 531, and the chamber 30
  • the mixing rate of air and hydrogen can be improved by being flowed to and mixed secondary.
  • the length of the pre-mixing hole 531 is formed to be longer than the length of the second flow tube 420 , so that hydrogen ejected through the second flow tube 420 is ejected through the first flow tube 410 . Make sure it is sufficiently mixed with the air.
  • the length of the premixing hole 531 may be adjusted in consideration of the degree of premixing or the degree of risk (sensitivity) of a mixture in which hydrogen and air are mixed.
  • the length in the longitudinal direction of the premixing hole 531 may be formed to be 5 to 10 times the diameter of the first flow pipe 410 .
  • the length in the longitudinal direction of the premixing hole 531 is formed to be less than 5 times the diameter of the first flow pipe 410, there is a problem in that the mixing ratio of combustion air and fuel hydrogen is reduced, and the If the length in the longitudinal direction of the premixing hole 531 is formed to exceed 10 times the diameter of the first flow pipe 410, the mixing rate of air and hydrogen can be increased, but an excessive amount of the mixer is used in the premixing hole ( 531) increases the risk of explosion, and there is a problem in that the structural stability of the pre-mixing unit 530 is reduced.
  • a spiral flow path in the form of a screw thread may be formed on the inner circumferential surface of the pre-mixing hole 531 .
  • a swirling flow path is provided on the inner circumferential surface of the pre-mixing hole 531 to induce the air and hydrogen flowing through the portion adjacent to the inner circumferential surface of the pre-mixing hole 531 to perform a spiral swirling flow.
  • the mixing rate can be further improved.
  • the premixing hole 531 may be formed in a tapered shape having a larger diameter of the lower surface of the premixing hole 531 .
  • the pre-mixing hole 531 is formed in a tapered shape that gradually decreases in diameter as it goes upward, so that the combustion air and hydrogen fuel flowing to the lower part of the pre-mixing hole 531 are in the above example.
  • the speed may be gradually increased toward the upper direction of the mixing hole 531 . Accordingly, the mixture of air and hydrogen that has passed through the pre-mixing hole 531 is ejected into the chamber 30 at a faster speed, thereby reducing the backfire of the flame.
  • the second flow pipe 620 in the form of a hole for discharging hydrogen for combustion is formed in communication with the inner peripheral surface of the first flow pipe 610 for discharging air for combustion.
  • the description of the first embodiment is used for the configuration overlapping with the first embodiment.
  • the second flow pipe 620 is formed in communication with the inner circumferential surface of the first flow pipe 610, and hydrogen fuel passes through the second flow pipe 620 to the first flow pipe ( 610) is ejected in the form of a jet in cross, and accordingly, the hydrogen that passes through the second flow pipe 620 and is ejected in the vertical direction into the first flow pipe 610 is the first flow pipe At 610, mixing is promoted quickly.
  • the second flow pipe 620 may be in vertical communication with the inner circumferential surface of the first flow pipe 610 . That is, hydrogen that has passed through the second flow pipe 620 in a direction perpendicular to the air flowing through the first flow pipe 610 is ejected.
  • the method of the sixth embodiment described above has the advantage of facilitating selective conversion to a diffusion combustion method or a premixed combustion method suitable for use.
  • the second flow pipe 620 may be formed under the first flow pipe 610 . That is, the second flow pipe 620 is located at a point 1/4 of the length of the first flow pipe 610 in the longitudinal direction. Accordingly, the combustion air flowing through the first flow pipe 610 and the hydrogen fuel supplied into the first flow pipe 610 through the second flow pipe 620 are transferred to the upper part of the first flow pipe 610 . It can have a sufficient distance and time for mixing while flowing, and there is an advantage of a hydrogen gas combustion device having an improved mixing rate by induced sufficient pre-mixing of fuel and air.
  • the second flow pipe 620 may be formed in a central portion of the first flow pipe 610 . That is, the second flow pipe 620 is located at 2/4 of the length of the first flow pipe 610 in the longitudinal direction. In this case, there is an advantage of providing a hydrogen gas combustion device with improved premixing performance while having the characteristics of diffusion combustion.
  • the second flow pipe 620 may be formed on the first flow pipe 610 . That is, the second flow pipe 620 is located at 3/4 of the length of the first flow pipe 610 in the longitudinal direction. In this way, it has the advantage of becoming the most stable hydrogen gas combustion device from backfire of the flame like the characteristic of the diffusion combustion method. Accordingly, in this way, the sixth embodiment described above has the advantage of facilitating the selective conversion from the diffusion combustion method to the premix combustion method suitable for use.
  • a plurality of the second flow pipe 620 may be arranged radially with respect to the center of the first flow pipe 610 .
  • the second flow pipe 620 is provided to be spaced apart at an angle of 45 degrees with respect to the center of the adjacent second flow pipe 620 and the first flow pipe 610 .
  • the number of the second flow pipe 620 is As the distance between the second flow pipe 620 and the adjacent second flow pipe 620 narrows, the problem that time and cost required for manufacturing increases rapidly, and the partial structure of the nozzle upper case 82 decreases.
  • the second flow pipe 620 is provided to be spaced apart from each other by an angle of more than 45 degrees with respect to the center of the adjacent second flow pipe 620 and the first flow pipe 610, the nozzle upper case 82 of a limited area ), there is a problem in that the number of the first flow pipe 610 that can be provided in may be limited to a small number. Accordingly, the second flow pipe 620 is provided to be spaced apart at an angle of 45 degrees with respect to the center of the adjacent second flow pipe 620 and the first flow pipe 610 .
  • the hydrogen supply pipe 61-1 does not communicate with the nozzle case part 80, but directly to the burner casing 90 before the first flow pipe 610.
  • the difference is that hydrogen is injected. Therefore, unlike other embodiments, in the seventh embodiment, a premixer in which combustion air and hydrogen are mixed flows in the first flow pipe 610, and the second flow pipe 620 in the seventh embodiment is auxiliary air There is a difference in that air, not hydrogen, is injected to the inner wall surface of the first flow pipe 610 through which the premixer flows through the supply pipe 51 .
  • the description of the first embodiment is referred to.
  • the hydrogen supply pipe 61-1 may communicate with the inner space of the casing 90 . That is, the hydrogen supply pipe 61-1 does not communicate with the nozzle case part 80, but communicates with the space between the nozzle case part 80 and the casing 90. Therefore, the hydrogen fuel passing through the hydrogen supply pipe 61-1 and the combustion air supplied through the air supply unit 50 may be pre-mixed in the space between the nozzle case unit 80 and the casing 90 .
  • the air supply unit 50 communicates with the nozzle case unit 80 , and the combustion air supplied through the air supply unit 50 is supplied to the nozzle case unit. (80) It may further include the auxiliary air supply pipe 51 to be able to flow into the interior. In other words, at least a portion of the combustion air supplied through the air supply unit 50 flows to the nozzle case unit 80 through the auxiliary air supply pipe 51 . Part of the air flowing to the nozzle case part 80 through the auxiliary air supply pipe 51 is again injected into the first flow pipe 610 through the second flow pipe 620 . In this case, the air flowing into the first flow pipe 610 from the second flow pipe 620 may serve to destroy the wall boundary layer inside the first flow pipe 610 .
  • the fluid flowing in the pipe or duct has no flow velocity on the wall, which is the inner peripheral surface of the pipe or duct, and is stopped or stagnated.
  • a wall boundary layer in the form of a thin film having a velocity gradient is formed near the wall due to the influence of the wall regardless of the velocity of the fluid, and a very slow flow velocity is distributed near the wall.
  • It has a flow structure in which the flow velocity increases from the center of the pipe or duct. That is, referring to Figure 10 (a), the flow velocity of the fluid attached to the inner peripheral wall of the pipe or duct is '0', and the flow velocity above the center of the pipe has a parabolic structure in which it is maximum.
  • a wall boundary layer (not shown) is formed near the pipe wall, and in this wall boundary layer, the flow velocity is very small due to the viscous force between the wall and the fluid, so that 1
  • the fuel and air which are combustible fluids flowing into the tube before the end of the flow tube 610, are ejected into the chamber 30 in a pre-mixed state
  • the ejection velocity of the mixer is lowered, the flow in the center of the tube or duct
  • the speed is high, the flow velocity is low in the wall boundary layer side, so there is a problem that the flame burns and enters the wall boundary layer side, causing a backfire phenomenon or safety accidents such as explosion.
  • the effect of destroying the wall boundary layer may vary depending on the distance from the point at which air is vertically ejected from the second flow pipe 620 to the first flow pipe 610 and the end of the first flow pipe 610 . Therefore, it is possible to determine the location of the outlet of the first flow pipe 620 through a separate optimization.
  • the second flow pipe 620 - 1 may be in communication with the inner peripheral surface of the first flow pipe 610 in an oblique manner. That is, the second flow pipe 620-1 is formed to be inclined in a direction toward the flow direction of the mixer inside the first flow pipe 610, so that the air passing through the first flow pipe 620-1 is moved to the first flow pipe.
  • the low flow velocity gradient of the boundary layer near the inner circumferential wall can be intensively destroyed by controlling the depth of the air penetrating into the mixer inside the first flow pipe 610 when ejected to the 610 .
  • it may be used as a method of adjusting the distance between the ejection point of the second flow pipe 620-1 and the end of the first flow pipe 610 described above.
  • the second flow pipe 620 is provided at the air outlet, which is an end of the second flow pipe 620, and a plurality of ribs ( lip) 621 .
  • the lip 621 may have a plate shape having a rectangular cross-section and may be formed to extend from an end of the second flow pipe 620 in an upper direction of the first flow pipe 610 .
  • the lip 621 is formed by being bent in an 'L' shape, and the hydrogen fuel flowing through the second flow pipe 620 interferes with the lip 621 and the first flow pipe 610 .
  • the lip 621 guides the air that has passed through the second flow pipe 620 to flow directly along the wall surface of the first flow pipe 610 in the upward direction.
  • the first flow tube 610 - 1 may be formed in a shape in which an inner diameter becomes smaller as it goes toward an end.
  • the first flow pipe 610 - 1 is formed in a shape in which the inner diameter becomes smaller and smaller along the flow direction of the fluid flowing inside the first flow pipe 610 - 1 . That is, the first flow tube 610 - 1 is formed in a shape in which the inner diameter becomes smaller as it goes upward. Accordingly, the flow rate of the combustion air or hydrogen fuel or the mixer flowing through the inside of the first flow pipe 610 - 1 is gradually increased and ejected into the chamber 30 , thereby further narrowing the first flow pipe 610 . -1) It has the advantage of creating an environment where it is difficult for the flame to burn inside and backfire occurs.
  • FIG. 12 in this embodiment, compared to the seventh embodiment, the auxiliary air supply pipe 51 connected to the air supply unit 50 is removed, and the nozzle lower case 81 and the nozzle There is a difference in that the space between the upper case 82 does not affect the combustion of the mixture of air and hydrogen. Accordingly, no additional fluid is introduced into the first flow pipe 610 of the seventh embodiment for discharging a premix of hydrogen and air as fuel.
  • the description of the seventh embodiment is referred to.
  • the first flow pipe 610 is a protrusion 820 formed to protrude from the inner circumferential surface of the first flow pipe 610 toward the center of the first flow pipe 610. ) is included.
  • the protrusion 820 may be provided on an upper portion of the first flow tube 610 to be formed as a rectangular parallelepiped. That is, the mixture of air and hydrogen introduced into the first flow tube 610 flows upward and interferes with the protrusion 820 .
  • the air and hydrogen mixture flowing through the first flow pipe 610 interferes with the protrusion 820 , and the wall boundary layer of the mixer flow formed thinly around the inner peripheral wall of the first flow pipe 610 is destroyed and the wall
  • the wall boundary layer of the mixer flow formed thinly around the inner peripheral wall of the first flow pipe 610 is destroyed and the wall
  • a plurality of the protrusions 820 may be provided in a radial shape with respect to the center of the first flow tube 610 .
  • the protrusion 820 may be provided to be spaced apart from the adjacent protrusion 820 at an angle of 60 degrees with respect to the center of the first flow pipe 610 .
  • the number of the protrusions 820 increases and production is required. There is a problem in that the time and cost to be made are rapidly increased.
  • the protrusion 820 is provided to be spaced apart at an angle exceeding 60 degrees with respect to the center of the adjacent protrusion 820 and the first flow pipe 610, the air flowing through the first flow pipe 610 and There is a region that cannot sufficiently disturb the wall boundary layer formed around the hydrogen mixer and the inner peripheral wall of the first flow pipe 610, so that the flame burns into this portion and the possibility of backfire occurs increases. There is a problem. Accordingly, the protrusion 820 is provided to be spaced apart from the adjacent protrusion 820 and the center of the first flow pipe 610 at an angle of 60 degrees.
  • the protrusion 820 - 1 may be formed in a triangular prism shape having a triangular cross section.
  • the bottom surface of the protrusion 820 - 1 may be provided in a direction opposite to the flow direction of the mixer flowing inside the first flow pipe 610 as shown in the inverted triangle shape of FIG. 12( c ). That is, the bottom surface of the protrusion 820 - 1 is formed in a direction toward the top of the first flow pipe 610 . In other words, the end of the protrusion 820 - 1 comes into contact with the combustion air first.
  • the protrusion 820 - 1 can further reduce the interference of the protrusion with respect to the mixer flowing along the first flow pipe compared to the cuboid-shaped protrusion.
  • the interference of this protrusion on the flow of the mixer may be related to the performance of disturbing the wall boundary layer, and like the shape of the protrusions 820 and 820-1, the cross-sectional shape of the protrusion may vary from polygons such as triangles and squares to circles, etc. It can be adjusted by changing the shape.
  • the protrusions 820 and 820 - 1 may have different effects of destroying the wall boundary layer depending on the distance to the end of the first flow pipe 610 , the protrusions 820 and 820 are separately optimized. -1) can be determined.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Gas Burners (AREA)
  • Pre-Mixing And Non-Premixing Gas Burner (AREA)
  • Combustion Of Fluid Fuel (AREA)

Abstract

본 발명은 역화현상을 방지할 수 있는 수소가스 연소장치로써, 보다 상세하게 예혼합관의 기능을 겸하는 제1유동관과 제1유동관 입구 단부에서 일부 공기를 제1유동관 내부의 예혼합기에 분사하는 제2유동관과 돌기부가 구비되며, 상기 제1유동관을 통해 유입된 공기와 수소가 혼합되어 충분히 예혼합된 혼합기를 형성토록 하며, 혼합기가 연소 처리될 수 있도록 공간을 형성하는 챔버와 상기 챔버 내에 상기 혼합기를 점화시키는 점화장치를 포함하고, 상기 제2유동관은, 상기 제1유동관의 내주면에 연통되어 형성되어, 상기 제1유동관 내부를 통과하는 혼합기의 벽면에 일부 공기를 주입하여 벽경계층을 교란시키며, 상기 돌기부는 상기 제1유동관 단부에서 상기 제1유동관의 중심방향으로 돌출되어 상기 제1유동관 내부 유동의 벽경계층을 파괴하여 역화를 방지 또는 억제하는 것을 특징으로 한다.

Description

역화현상을 방지할 수 있는 수소가스 연소장치
본 발명은 역화현상을 방지할 수 있는 수소가스 연소장치로써 더욱 자세하게는, 청정 연료인 수소가스의 연소 시 발생할 수 있는 역화현상을 방지하고, 안전하게 수소가스를 연소처리할 수 있도록 하는 역화현상을 방지할 수 있는 수소가스 연소장치에 관한 것이다.
화력발전이란 화석연료의 연소에 의해 발생하는 고온 고압의 연소가스가 회전체인 터빈을 돌리고 그 동력이 교류발전기에 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 연료공급부에 의해 공급된 연료를 연소시키는 연소통을 구비하는 연소장치에 대해 개시하고 있다.
그러나, 화석연료를 연소시킬 때 다량 배출되는 질소산화물은 가장 심각한 대기오염물질로 분류되며, 대기로 배출된 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.
본 발명은 상술한 바와 같은 선행 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 청정 연료인 수소가스의 연소 시 발생할 수 있는 역화현상을 방지하고, 안전하게 수소가스를 연소처리할 수 있도록 하는 역화현상을 방지할 수 있는 수소가스 연소장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 여기에 언급되지 않은 본 발명이 해결하려는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 역화현상을 방지할 수 있는 수소가스 연소장치에 있어서, 예혼합관 기능을 겸하는 제1유동관과 상기 제1유동관의 내주면에 연통되어 형성되는 제2유동관과 상기 제1유동관의 단부에 구비되고, 상기 제1유동관에 유입된 공기와 수소가 혼합되어 형성된 혼합기가 연소될 수 있는 공간을 형성하는 챔버와 상기 챔버 내에 상기 혼합기를 점화시키는 점화장치를 포함하고, 상기 제2유동관을 통과하여 상기 제1유동관의 내부로 유동된 유체가 상기 제1유동관의 내주면에 형성되는 경계층의 유동 구조를 교란시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 상기 제2유동관은, 상기 제1유동관의 내주면에 수직으로 연통되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 상기 제2유동관은, 상기 제1유동관관의 내주면에 경사지게 연통되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 상기 제2유동관은, 상기 제2유동관의 단부인 공기의 출구에 구비되어, 분출되는 공기의 유동방향을 안내하는 립을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 상기 제1유동관은, 상기 제1유동관의 내주면으로부터 상기 제1유동관의 중심방향으로 돌출되어 형성되는 돌기부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명의 역화현상을 방지할 수 있는 수소가스 연소장치는 항상 역화현상 등의 안전사고의 위험성에 노출되어 있는 예혼합 연소기에서 혼합기가 존재하는 예혼합관의 내주면에 벽 경계층(Wall boundary layer)을 교란시키는 여러 종류의 장치들을 구비하여 역화현상을 최소화할 수 있는, 역화현상을 방지할 수 있는 수소가스 연소장치를 제공하는데 그 효과가 있다.
또한, 본 발명의 역화현상을 방지할 수 있는 수소가스 연소장치는 예혼합관 하단과 상단에서 연소용 공기를 1차 혼합과 2차 혼합으로서 나누어 유입시킴으로서 원활한 연소를 유지함과 동시에 2차 혼합 공기를 이용하여 예혼합관 상단 벽면의 벽 경계층을 파괴하고 수소가스 연소장치에 역화를 방지하는 효과를 제공하는데 그 효과가 있다.
또한, 본 발명의 역화현상을 방지할 수 있는 수소가스 연소장치는 2차 혼합 공기를 이용하는 실시예 외에도, 예혼합관 출구에 중심 방향으로 돌출되어 있는 돌기부를 이용하여 벽면의 경계층을 파괴하여 역화를 방지하는 실시예의 경우에는 기존의 예혼합 연소 장치에도 쉽게 적용하여 사용할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 여기에 언급되지 않은 본 발명의 효과는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1의 (a)는 본 발명의 제1실시예에 따른 연소장치의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 1의 (b)는 본 발명의 제1실시예와 다른 실시예에 따른 연소장치의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 연소장치의 구성을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 연소장치의 구성을 확대하여 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 연소장치의 구성을 확대하여 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 연소장치의 구성을 확대하여 나타낸 사시도이다.
도 6의 (a)는 본 발명의 제5실시예에 따른 연소장치의 구성을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 6의 (b)는 본 발명의 제5실시예에 따른 연소장치의 구성을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 7의 (a)는 본 발명의 제6실시예에 따른 연소장치의 구성을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 7의 (b)는 본 발명의 제6실시예에 따른 연소장치의 제1유동관 및 제2유동관 구성을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 7의 (c)는 본 발명의 제6실시예와 다른 실시예에 따른 연소장치의 제1유동관 및 제2유동관 구성을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 7의 (d)는 본 발명의 제6실시예와 또 다른 실시예에 따른 연소장치의 제1유동관 및 제2유동관 구성을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제6실시예에 따른 연소장치의 구성을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제7실시예에 따른 연소장치의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 10의 (a)는 종래의 관 내부 유체의 유동속도를 나타낸 도면이다.
도 10의 (b)는 본 발명의 제7실시예에 따른 연소장치의 제1유동관 내의 유체의 속도구배를 나타낸 도면이다.
도 10의 (c)는 본 발명의 제7실시예와 다른 실시예에 따른 연소장치의 제1유동관 내의 유체의 속도구배를 나타낸 도면이다.
도 11의 (a)는 본 발명의 제7실시예에 따른 연소장치의 구성을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 11의 (b)는 본 발명의 제7실시예에 따른 연소장치의 제1유동관 및 제2유동관 구성을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 11의 (c)는 본 발명의 제7실시예와 다른 실시예에 따른 연소장치의 제1유동관 및 제2유동관 구성을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 11의 (d)는 본 발명의 제7실시예와 또 다른 실시예에 따른 연소장치의 제1유동관 및 제2유동관 구성을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 11의 (e)는 본 발명의 제7실시예와 또 다른 실시예에 따른 연소장치의 제1유동관 및 제2유동관 구성을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제8실시예에 따른 연소장치의 제1유동관의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 13의 (a)는 본 발명의 제8실시예에 따른 연소장치의 구성을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 13의 (b)는 본 발명의 제8실시예에 따른 연소장치의 제1유동관 및 제2유동관 구성을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 13의 (c)는 본 발명의 제8실시예와 다른 실시예에 따른 연소장치의 제1유동관 및 제2유동관 구성을 확대하여 나타낸 단면도이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시 예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 역화현상을 방지할 수 있는 수소가스 연소장치에 있어서, 연소용 공기가 유동하는 제1유동관(10)과 상기 제1유동관(10)의 외주면의 적어도 일부를 감싸는 형태로 구비되는 수소 공급관인 제2유동관(20)과 상기 제1유동관(10) 및 제2유동관(20)의 단부에 구비되어, 상기 제1유동관(10)을 통해 유입된 연소용 공기와 상기 제2유동관(20)을 통해 유입된 연료인 수소가 분출되면서 혼합되어 혼합기가 형성되고, 연소될 수 있도록 하는 공간을 형성하는 챔버(30)와 상기 챔버(30) 내에 상기 혼합기를 점화시키는 점화장치(40)를 포함하고, 상기 제2유동관(20)을 통해 분출된 수소가 상기 제1유동관(10)을 통해 분출된 공기를 감싸는 형태로 혼합되어 연소되는 확산 연소형 노즐 구조를 가진다. 이때, 상기 제2유동관(20)을 통해 유동하는 것은 연소에 활용되는 연료로써, 본 발명에서 수소를 예로 들고 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
먼저, 버너케이싱(90)이 마련된다. 상기 버너케이싱(90)은 내부에 빈 공간이 형성되고, 원기둥 형상의 몸체를 가지되, 상기 버너케이싱(90)의 단부를 향할수록 단면적이 점점 더 작아지는 형태로 형성된다. 이때, 상기 버너케이싱(90)은 상기 버너케이싱(90)의 기저부에 구비되고, 상기 제2유동관(20)과 연통되어 상기 제2유동관(20)에 수소를 공급하는 복수개의 수소공급부(60)를 포함하며, 상기 복수개의 수소공급부(60)는 상기 버너케이싱(90) 기저부에 연료인 수소를 외부에서 공급해주는 연료배관(62)과 연통되어 있다. 또한, 상기 버너케이싱(90)의 기저부의 중심에는 상기 챔버(30)와 연통되어 상기 제1유동관(10)과 제2유동관(20)에서 분출된 혼합기를 점화시키는 역할을 수행하는 상기 점화장치(40)가 구비된다.
다음으로, 연소실 공간인 상기 챔버(30)가 마련된다. 상기 챔버(30)는 상기 버너케이싱(90)과 대응되는 형상으로 상기 버너케이싱(90)의 내부에 구비되고, 상기 챔버(30)의 기저부에는 후술할 노즐케이스부(80)가 구비된다. 상기 챔버(30)의 내부에는 상기 제1유동관(10)을 통해 유입된 연소용 공기와 상기 제2유동관(20)을 통해 유입된 수소연료가 혼합될 수 있는 공간이 형성된다. 또한, 상기 챔버(30)와 버너케이싱(90) 사이에는 외부의 공기가 상기 제1유동관(10)으로 유동될 수 있도록 하는 공기공급부(50)가 마련된다. 즉, 상기 공기공급부(50)는 상기 외부의 공기가 상기 제1유동관(10)으로 유동되도록 하는 통로역할을 수행하는 것이다. 이때, 상기 공기공급부(50)에는 상기 외부의 공기를 유동시킬 수 있도록 하는 팬(도면 미도시) 또는 압축기(도면 미도시)가 마련될 수 있다.
다음으로, 노즐케이스부(80)가 마련된다. 상기 노즐케이스부(80)는 상기 버너케이싱(90)의 내부에 구비되고, 원기둥 형상으로 형성되며, 상기 제1유동관(10) 및 제2유동관(20)을 고정시키는 역할을 수행한다. 여기서, 상기 챔버(30)는 상기 노즐케이스부(80)의 테두리로부터 연장되어 형성되며, 상기 노즐케이스부(80)는 상기 버너케이싱(90)과 기설정된 간격만큼 이격되어 구비된다.
또한, 상기 노즐케이스부(80)는 상기 공기공급부(50)를 통과하여 상기 버너케이싱(90)의 내부로 유동된 상기 외부의 공기가 상기 제1유동관(10)으로 유동될 수 있도록 일단부가 개방되고, 내부에 빈 공간이 형성되는 노즐하부케이스(81)와 상기 노즐하부케이스(81)의 상부에 상기 노즐하부케이스(81)와 기설정된 간격만큼 이격되어 구비되는 노즐상부케이스(82)를 포함한다. 이때, 상기 노즐하부케이스(81)의 단부에는 상기 노즐상부케이스(82)를 향하는 방향으로 단차가 형성된다. 즉, 상기 노즐하부케이스(81)의 상부면에는 상기 노즐하부케이스(81)의 상부면 가장자리를 따라 상기 노즐하부케이스(81)의 상부방향으로 돌출되어 상기 단차가 형성되는 것이다. 또한, 상기 단차는 상기 노즐상부케이스(82)의 하부면에 고정됨으로써, 상기 노즐하부케이스(81)와 노즐상부케이스(82) 사이에는 빈 공간이 마련된다.
여기서, 상기 수소공급부(60)는 수소가 유동될 수 있도록 마련되는 복수개의 수소공급관(61)을 포함하며, 상기 복수개의 수소공급관(61)은 상기 노즐하부케이스(81)와 노즐상부케이스(82) 사이의 공간과 연통되어 상기 노즐하부케이스(81)와 노즐상부케이스(82) 사이의 공간으로 수소가 유동되도록 한다. 또한, 상기 제2유동관(20)은 상기 노즐상부케이스(82)를 관통하여 형성되며, 상기 노즐하부케이스(81)와 노즐상부케이스(82) 사이의 공간과 연통된다. 즉, 상기 수소공급부(60)로부터 공급된 수소는 상기 수소공급관(61)을 지나 상기 노즐하부케이스(81)와 노즐상부케이스(82) 사이의 공간으로 유동된 후, 상기 제2유동관(20)을 통과하여 상기 챔버(30)로 공급되는 것이다. 이때, 상기 복수개의 수소공급관(61)은 상기 수소공급부(60)의 중심을 기준으로 방사형으로 배열되어, 상기 수소공급부(60)로부터 공급된 수소가 균일하게 분산되어 상기 노즐하부케이스(81)와 노즐상부케이스(82) 사이의 공간으로 유동되도록 한다.
또한, 상기 노즐하부케이스(81)의 내부에는 외부로부터 공급된 상기 외부의 공기 중의 이물질을 제거하는 필터(도면 미도시)가 구비될 수 있다. 또한, 상기 노즐하부케이스(81)의 내부에는 상기 챔버(30)로 공급되는 공기의 양을 일정하게 하는 타공판(70)이 구비될 수 있다. 즉, 상기 타공판(70)은 일정한 양의 공기가 균일하게 지속적으로 상기 챔버(30)로 공급되도록 정류효과(Rectification Effect)를 유도하는 역할을 수행하며, 압력강하(Pressure Drop)를 고려하여 최적화를 거칠 수 있으며, 허니컴과 다양한 형상의 타공판 형태 등으로 대체될 수 있다.
또한, 도 1의 (b)를 참조하면, 상기 노즐케이스부(80)는 상기 노즐케이스부(80)를 관통하여 형성되는 복수개의 관통홀(83)을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 챔버(30)로 연소용 공기가 보다 더 균일하게 공급되도록 할 수 있으며, 동일한 시간 동안 상기 챔버(30)로 공급되는 연소용 공기의 양을 증가시킬 수 있는 이점이 있다. 즉, 연소에 필요한 공기의 양에 따라 상기 복수개의 관통홀(83)을 선택적으로 구비하여, 상기 챔버(30)로 공급되는 연소용 공기의 양을 조절할 수도 있는 것이다.
다음으로, 상기 제1유동관(10)은 상기 노즐하부케이스(81) 및 노즐상부케이스(82)를 관통하도록 구비되며, 상기 외부의 공기가 상기 챔버(30)로 공급되도록 한다. 또한, 상기 제2유동관(20)은 상기 노즐상부케이스(82)를 관통하도록 구비되며, 상기 노즐하부케이스(81)와 노즐상부케이스(82) 사이로 공급된 수소가 상기 제2유동관(20)을 통해 상기 챔버(30)로 공급되도록 한다. 또한, 상기 제1유동관(10) 및 제2유동관(20)은 원기둥 형상으로 형성된다. 즉, 상기 제1유동관(10) 및 제2유동관(20)은 동일한 중심을 가지는 동심원형의 단면을 가지도록 형성되는 것이다. 여기서, 상기 제2유동관(20)은 상기 제1유동관(10) 보다 더 큰 직경을 가지도록 형성되어, 상기 제1유동관(10)의 외주면을 감싸는 형태로 구비된다. 따라서, 상기 제1유동관(10)을 통해 고속으로 분출된 연소용 공기의 높은 운동량으로 인해 상기 제2유동관(20)을 통해 분출된 수소연료는 상기 제1유동관(10)의 연소용 공기제트를 전체적으로 감싸는 형태로 유입되면서 연소용 공기와 빠르게 혼합됨으로써 일반적인 확산연소와는 다르게 예혼합 성능을 유도할 수 있는 방식으로 연소되는 것이다. 결과적으로, 중앙에 구비되는 상기 제1유동관(10)을 통해 분출된 연소용 공기를 중심으로 상기 제2유동관(20)을 통해 분출된 수소가 방사형으로 배열되어 분출된 수소연료가 연소용 공기쪽으로 빠르게 유입되어 혼합되는 부분 예혼합기(Partial Premixture)가 형성되도록 함으로써, 상기 점화장치(40)에 의해 상기 혼합기가 점화되면 확산연소 구조이나 예혼합 성능을 유도함으로써, 연료인 수소의 연소율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다. 다시 말하면, 확산연소형 제트(Jet) 구조이나 부분 예혼합기 형성에 의한 예혼합 성능이 향상되어 상기 제2유동관(20)을 통해 분출된 연료인 수소의 완전 연소를 유도함으로써, 상기 챔버(30) 내에 남아있는 잔여 수소로 인하여 폭발 등의 안전사고가 발생하는 것을 방지할 수 있는 것이다. 또한, 상기 제1유동관(10) 및 제2유동관(20)의 제작에 소요되는 시간 및 비용을 최소화할 수 있는 이점이 있다.
이하에서는, 본 발명의 제2실시예에 따른 역화현상을 방지할 수 있는 수소가스 연소장치에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 실시예는 상기 제1실시예와 비교하여, 연소용 수소를 방출시키는 제2유동관(220)이 다각형의 단면을 가지도록 형성된다는 점에서 차이가 있다. 본 실시예에서 상기 제1실시예와 중첩되는 구성에 대해서는 상기 제1실시예의 설명을 원용한다.
도 3을 참조하면, 상기 제2유동관(220)은 다각형의 단면을 가지도록 형성된다. 또한, 제1유동관(210)은 원형의 단면을 가지도록 형성되며, 상기 제1유동관(210)의 외주면의 적어도 일부는, 상기 제2유동관(220)의 내주면에 접하게 구비된다. 일례로, 상기 제2유동관(220)은 삼각형의 단면을 가지도록 형성되고, 상기 제1유동관(210)은 상기 제2유동관(220)에 삽입된다. 즉, 단면을 기준으로 상기 제1유동관(210)은 상기 제2유동관(220)에 내접되게 구비되는 것이다. 따라서, 상기 노즐하부케이스(81)와 노즐상부케이스(82) 사이의 공간에 있는 수소는 상기 제2유동관(220)을 통해 상기 챔버(30)로 공급된다. 다시 말하면, 상기 제2유동관(220)의 유로는 삼각형의 단면으로 상기 제1유동관(210)에 의해 3분할되는 것이다. 결과적으로, 상기 제2유동관(220)을 통해 분출된 수소연료가 상기 제1유동관(210)을 통해 분출된 연소용 공기를 전체적으로 감싸는 형태로 혼합되되, 상기 제2유동관(220)을 통해 분출되는 수소는 3분할되어 상기 챔버(30)에 공급되는 공기와 수소의 비율을 일정하게 유지할 수 있는 이점이 있다. 또한, 상기 제2유동관(220)의 내부에 상기 제1유동관(210)이 고정되어 보다 더 견고하게 지지될 수 있는 이점이 있다. 즉, 상기 제1유동관(210)의 외주면이 상기 제2유동관(220)에 고정 또는 지지되는 구조로 구조적 안정성을 향상시킬 수 있는 것이다.
이하에서는, 본 발명의 제3실시예에 따른 역화현상을 방지할 수 있는 수소가스 연소장치에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 실시예는 상기 제2실시예와 비교하여, 연소용 수소를 방출시키는 제2유동관(320)이 사각형의 단면을 가지도록 형성된다는 점에서 차이가 있다. 본 실시예에서 상기 제2실시예와 중첩되는 구성에 대해서는 상기 제2실시예의 설명을 원용한다.
도 4를 참조하면, 상기 제2유동관(320)은 사각형의 단면을 가지도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 제2유동관(320)은 사각형의 단면을 가지도록 형성되고, 제1유동관(310)은 상기 제2유동관(320)에 삽입된다. 즉, 단면을 기준으로 상기 제1유동관(310)은 상기 제2유동관(320)에 내접되게 구비되는 것이다. 따라서, 상기 노즐하부케이스(81)와 노즐상부케이스(82) 사이의 공간에 있는 수소는 상기 제2유동관(320)을 통해 상기 챔버(30)로 공급된다. 다시 말하면, 상기 제2유동관(320)의 유로는 사각형의 단면으로 상기 제1유동관(310)에 의해 4분할되는 것이다. 결과적으로, 상기 제2유동관(320)을 통해 분출된 수소연료가 상기 제1유동관(310)을 통해 분출된 연소용 공기를 전체적으로 감싸는 형태로 혼합되되, 상기 제2유동관(320)을 통해 분출되는 수소는 4분할되어 상기 챔버(30)에 공급되는 공기와 수소의 비율을 일정하게 유지할 수 있는 이점이 있다. 즉, 제2실시예와 비교하여 상기 제2유동관(320)이 사각형의 단면을 가지도록 형성되어, 연소용 공기의 주위로 보다 더 얇은 수소층이 형성되도록 하여 연료인 수소와 연소용 공기가 더욱 빠르게 서로 혼합되어 연소됨으로써, 수소의 연소율을 향상시킬 수 있는 것이다. 또한, 삼각형의 단면에 비하여 상기 제2유동관(320)으로부터 분출되는 수소가 더 균일하게 분사될 수 있는 이점이 있다. 또한, 상기 제2유동관(220)의 내부에 상기 제1유동관(210)이 고정되어 보다 더 견고하게 지지될 수 있는 이점이 있다. 또한, 제2실시예와 비교하여 상기 제2유동관(320)이 사각형의 단면을 가지도록 형성되고, 상기 제1유동관(310)의 내부에 삽입되는 형식으로 지지됨으로써, 상기 제2유동관(320)을 통해 상기 챔버(30)로 분출되는 수소의 유량이 분할되어 많은 양의 수소가 한번에 연소되면서 발생할 수 있는 폭발의 위험성을 감소시킬 수 있는 이점이 있다. 다시 말하면, 상기 제2유동관(320)의 단면의 각 수가 증가함에 따라 상기 제2유동관(320)으로부터 분출되는 수소의 양을 분산시켜 저감시킬 수 있는 것이다. 즉, 수소의 유동 속도가 동일한 경우, 상기 제2유동관(320)의 단면의 각 수를 조절함에 따라 분출되는 수소의 양을 조절할 수 있는 것이다.
이하에서는, 본 발명의 제4실시예에 따른 역화현상을 방지할 수 있는 수소가스 연소장치에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 실시예는 상기 제1실시예와 비교하여, 연소용 수소를 방출시키는 제2유동관(420)이 연소용 공기를 방출시키는 제1유동관(410)의 외주면으로부터 이격되는 부분에 구비된다는 점에서 차이가 있다. 본 실시예에서 상기 제1실시예와 중첩되는 구성에 대해서는 상기 제1실시예의 설명을 원용한다.
도 5를 참조하면, 상기 제2유동관(420)은 상기 제1유동관(410)의 외주면으로부터 기설정된 간격만큼 이격되어 구비된다. 일례로, 상기 제1유동관(410) 및 제2유동관(420)은 원형의 단면을 가지도록 형성되며, 상기 제2유동관(420)은 복수개로 상기 제1유동관(410)의 중심을 기준으로 방사형으로 배열될 수 있다. 따라서, 상기 노즐하부케이스(81)와 노즐상부케이스(82) 사이로 유동된 수소가 상기 복수개의 제2유동관(420)을 통해 균일하게 분배되어 상기 챔버(30)로 유동하게 된다. 따라서, 상기 제1유동관(410)을 통해 분출된 공기를 중심으로 상기 제2유동관(420)을 통해 분출된 수소가 방사형으로 배열되어 상기 혼합기가 형성되도록 함으로써, 상기 점화장치(40)에 의해 상기 혼합기가 점화되면 방사형으로 배열된 상기 제2유동관(420)에서 분출된 수소연료 제트들이 상기 제1유동관(410)에서 고속으로 분출된 연소용 공기 쪽으로 빠르게 유입과 혼합이 되면서 연소되어 연료인 수소의 연소율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
이때, 상기 제2유동관(420)은 인접한 제2유동관(420)과 상기 제1유동관(410)의 중심을 기준으로 45도 각도로 이격되어 구비된다. 여기서, 상기 제2유동관(420)이 인접한 제2유동관(420)과 상기 제1유동관(410)의 중심을 기준으로 45도 각도 미만으로 이격되어 구비되면, 상기 제2유동관(420)의 개수가 증가하여 제작에 소요되는 시간 및 비용이 급격히 증가하게 되는 문제점과, 상기 제2유동관(420)과 인접한 제2유동관(420) 사이의 거리가 좁아지게 되고 상기 제2유동관(420)과 연결되는 노즐상부케이스(82) 등 의 강도가 낮아져 피로골절 등에 취약해질 수 있는 문제점이 있다. 그리고, 복수개의 제2유동관(420)과 제1유동관(410)으로 이루어지는 노즐(5)에서 복수개의 상기 노즐(5) 간의 거리가 짧아지면, 복수개의 상기 노즐(5) 각각에 화염이 형성되지 않고, 하나로 합쳐져 큰 화염이 생성됨에 따라, 화염의 체류시간이 길어져 질소산화물의 배출량이 증가하게 되는 문제점이 있다. 또한, 상기 제2유동관(420)이 인접한 제2유동관(420)과 상기 제1유동관(410)의 중심을 기준으로 45도 각도를 초과하도록 이격되어 구비되면, 상기 제2유동관(420)을 통해 분출된 수소연료가 상기 제1유동관(410)을 통해 분출된 연소용 공기의 표면을 완전히 감싸지 못하게 되어 연료인 수소와 연소용 공기와의 혼합이 불량하게 되어 수소의 연소율이 감소하게 되는 문제점과, 상기 챔버(30) 내의 화염이 안정화되지 못하는 문제점이 있다. 따라서, 상기 제2유동관(420)은 인접한 제2유동관(420)과 상기 제1유동관(410)의 중심을 기준으로 45도 각도로 이격되어 구비되는 것이다. 이때, 상기 제2유동관(420)으로부터 분출되는 수소가 보다 더 균일하게 분사될 수 있는 이점도 있다.
이하에서는, 본 발명의 제5실시예에 따른 역화현상을 방지할 수 있는 수소가스 연소장치에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 실시예는 상기 제4실시예와 비교하여, 연소용 공기를 방출시키는 상기 제1유동관(410) 및 연소용 수소를 방출시키는 제2유동관(420)의 단부와 상기 챔버(30) 사이에 구비되어, 상기 제1유동관(410)을 통해 분출된 공기와 상기 제2유동관(420)을 통해 분출된 연료인 수소가 상기 제1유동관(410)과 제2유동관(420)의 단부인 출구 직전이나 근처에서 예혼합될 수 있는 공간을 형성하는 예혼합부(530)를 더 포함한다는 점에서 차이가 있다. 본 실시예에서 상기 제1실시예와 중첩되는 구성에 대해서는 상기 제1실시예의 설명을 원용한다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 수소가스 연소장치는 상기 제1유동관(410) 및 제2유동관(420)의 단부와 상기 챔버(30) 사이에 구비되어, 상기 제1유동관(410)을 통해 분출된 공기와 상기 제2유동관(420)을 통해 분출된 수소연료가 연소실인 상기 챔버(30)로 분출되기 전인 상기 제1유동관(410)과 제2유동관(420)의 단부인 출구 직전이나 근처에서 연소용 공기와 연료인 수소가 미리 서로 예혼합될 수 있도록 한 공간을 형성하는 예혼합부(530)를 더 포함한다. 여기서, 상기 예혼합부(530)는 상기 노즐상부케이스(82)의 상부에 연장되어 형성될 수 있으며, 상기 예혼합부(530)는 상기 제1유동관(410) 및 제2유동관(420)과 각각 연통되어 형성되는 복수개의 예혼합홀(531)을 포함한다. 즉, 상기 제1유동관(410)을 통해 분출된 연소용 공기와 상기 제2유동관(420)을 통해 분출된 수소연료는 상기 예혼합홀(531)을 통과하면서 연소 전에 미리 예혼합되고, 상기 챔버(30)로 유동되어 상기 혼합기가 된 후, 상기 혼합기가 상기 점화장치(40)에 의해 점화되도록 하는 것이다. 결과적으로, 상기 제1유동관(410)을 통해 분출된 연소용 공기와 상기 제2유동관(420)을 통해 분출된 수소연료는 상기 예혼합홀(531)에서 1차 혼합되고, 상기 챔버(30)로 유동되어 2차 혼합됨으로써 공기와 수소의 혼합율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 상기 예혼합홀(531)의 길이는, 상기 제2유동관(420)의 길이보다 더 길게 형성되어 상기 제2유동관(420)을 통해 분출된 수소가 상기 제1유동관(410)을 통해 분출된 공기와 충분히 혼합될 수 있도록 한다. 여기서, 예혼합(Premixing)의 정도나 수소와 공기가 혼합된 혼합기의 위험도(민감도)를 고려하여 상기 예혼합홀(531)의 길이를 조절할 수 있다. 일례로, 상기 예혼합홀(531)의 길이 방향의 길이는 상기 제1유동관(410)의 직경에 5배 내지 10배로 형성될 수 있다. 이때, 상기 예혼합홀(531)의 길이 방향의 길이가 상기 제1유동관(410)의 직경에 5배 미만으로 형성되면, 연소용 공기와 연료인 수소의 혼합율이 감소하게 되는 문제점이 있고, 상기 예혼합홀(531)의 길이 방향의 길이가 상기 제1유동관(410)의 직경에 10배를 초과하게 형성되면, 공기와 수소의 혼합율을 높일 수 있으나, 과도한 양의 혼합기가 상기 예혼합홀(531)에 체류하게 되어 폭발의 위험성이 높아지게 되고, 상기 예혼합부(530)의 구조적 안정성이 감소하게 되는 문제점이 있다.
또한, 상기 예혼합홀(531)의 내주면에는 나사산 형태의 선회(Swirl) 유로가 형성될 수 있다. 다시 말하면, 상기 예혼합홀(531)의 내주면으로 선회형 유로가 마련되어 상기 예혼합홀(531)의 내주면에 인접한 부분을 유동하는 공기와 수소가 나선형의 선회 유동을 하도록 유도함으로써, 공기와 수소의 혼합율을 보다 더 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 예혼합홀(531)은 상기 예혼합홀(531)의 하부면의 직경이 더 큰 테이퍼드(Tapered) 형상으로 형성될 수 있다. 다시 말하면, 상기 예혼합홀(531)은 상부방향으로 향할수록 직경이 점차적으로 작아지는 테이퍼드 형태로 형성되어, 상기 예혼합홀(531)의 하부로 유동된 연소용 공기 및 수소연료가 상기 예혼합홀(531)의 상부방향을 향할수록 속도가 점차적으로 증가될 수 있는 것이다. 이에 따라, 상기 예혼합홀(531)을 통과한 공기 및 수소의 혼합기가 보다 더 빠른 속도로 상기 챔버(30)로 분출됨으로써, 화염의 역화현상을 감소시킬 수 있는 이점이 있다.
이하에서는, 본 발명의 제6실시예에 따른 역화현상을 방지할 수 있는 수소가스 연소장치에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 실시예는 상기 제1실시예와 비교하여, 연소용 수소를 방출시키는 구멍(Hole)형태의 제2유동관(620)은 연소용 공기를 방출시키는 제1유동관(610)의 내주면에 연통되어 형성된다는 점에서 차이가 있다. 본 실시예에서 상기 제1실시예와 중첩되는 구성에 대해서는 상기 제1실시예의 설명을 원용한다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 제2유동관(620)은 상기 제1유동관(610)의 내주면에 연통되어 형성되며, 수소연료는 상기 제2유동관(620)을 통과하여 상기 제1유동관(610)의 내부로 횡분류(Jet in Cross) 형태로 분출되며, 이에 따라 상기 제2유동관(620)을 통과하여 상기 제1유동관(610)의 내부로 수직 방향으로 분출된 수소가 상기 제1유동관(610)에서 빠르게 혼합(Mixing)이 촉진되게 된다. 보다 상세하게는, 상기 제2유동관(620)은 상기 제1유동관(610)의 내주면에 수직으로 연통될 수 있다. 즉, 상기 제1유동관(610)의 내부를 유동하는 공기와 수직인 방향으로 상기 제2유동관(620)을 통과한 수소가 분출되는 것이다. 이렇게 연료인 수소가 연소용 공기가 유동하는 상기 제1유동관(610)으로 상기 횡분류 형태로 분출하게 되면 수소가 분출된 지점에서부터 빠르게 상기 제1유동관(610)의 내부로 유동하는 공기에 혼합되어, 상기 제1유동관(610)의 단부까지 혼합거리(Mixing Length)가 짧아도 연료인 수소와 연소용 공기가 잘 혼합된 혼합기(Mixture)를 형성하게 된다. 이때 상기 제2유동관(620)에서 수소가 분출되는 지점과 상기 제1유동관(610)의 단부까지 거리는 목표하는 수소와 공기의 혼합도(Mixing Degree)를 고려하여 거리를 조절할 수 있다. 이 경우 상기 제2유동관(620)의 분출 지점과 상기 제1유동관(610) 단부까지 거리를 짧게 하면 역화의 위험성을 줄이기 위한 확산연소 방식을 유도할 수 있으며, 상기 거리를 길게 하여 상기 제2유동관(620)의 분출 지점에서 분출된 수소가 상기 제1유동관(610) 내에서 충분하게 혼합되게 하면 예혼합연소 방식을 유도할 수 있어 혼합율이 향상된 수소가스 연소장치로의 전환이 용이하게 된다. 따라서 상술한 제6실시예의 방법은 용도에 적합하게 확산연소 방식이나 예혼합연소 방식으로 선택적으로 전환이 용이하게 하는 이점을 갖는다.
일례로, 도 7의 (b)를 참조하면, 상기 제2유동관(620)은 상기 제1유동관(610)의 하부에 형성될 수 있다. 즉, 상기 제2유동관(620)은 상기 제1유동관(610)의 길이방향의 길이의 1/4 지점에 위치한다. 따라서, 상기 제1유동관(610)을 유동하는 연소용 공기와 상기 제2유동관(620)을 통해 상기 제1유동관(610)의 내부로 공급된 수소연료가 상기 제1유동관(610)의 상부로 유동하면서 혼합될 수 있는 충분한 거리와 시간을 가질 수 있으며, 연료와 공기의 충분한 예혼합이 유도되어 혼합율이 향상된 수소가스 연소장치가 되는 이점이 있다.
또한, 도 7의 (c)를 참조하면, 상기 제2유동관(620)은 상기 제1유동관(610)의 중앙부에 형성될 수 있다. 즉, 상기 제2유동관(620)은 상기 제1유동관(610)의 길이방향의 길이의 2/4 지점에 위치한다. 이 경우에서는 확산 연소의 특성을 지니면서 예혼합 성능이 향상된 수소가스 연소장치가 되는 이점이 있다.
또한, 도 7의 (d)를 참조하면, 상기 제2유동관(620)은 상기 제1유동관(610)의 상부에 형성될 수 있다. 즉, 상기 제2유동관(620)은 상기 제1유동관(610)의 길이방향의 길이의 3/4 지점에 위치한다. 이렇게 되면, 확산 연소 방식의 특징처럼 화염의 역화로부터 가장 안정적인 수소가스 연소장치가 되는 이점을 갖는다. 따라서 이러한 방법으로 상술한 제6실시예는 용도에 적합하게 확산연소 방식에서 예혼합연소 방식으로 선택적으로 전환이 용이하게 하는 이점을 갖는다.
또한, 상기 제2유동관(620)은 복수개로 상기 제1유동관(610)의 중심을 기준으로 방사형으로 배열될 수 있다. 이때, 상기 제2유동관(620)은 인접한 제2유동관(620)과 상기 제1유동관(610)의 중심을 기준으로 45도 각도로 이격되어 구비된다. 여기서, 상기 제2유동관(620)이 인접한 제2유동관(620)과 상기 제1유동관(610)의 중심을 기준으로 45도 각도 미만으로 이격되어 구비되면, 상기 제2유동관(620)의 개수가 증가하여 제작에 소요되는 시간 및 비용이 급격히 증가하게 되는 문제점과, 상기 제2유동관(620)과 인접한 제2유동관(620) 사이의 거리가 좁아짐에 따라 상기 노즐상부케이스(82)의 일부 구조의 강도가 매우 낮아져 피로골절 등의 문제에 취약해질 수 있다는 문제점이 있다. 그리고, 복수개의 제2유동관(620)과 제1유동관(610)으로 이루어지는 노즐(5)에서 복수개의 상기 노즐(5) 간의 거리가 짧아지면, 상기 복수개의 노즐(5) 각각에 독립적인 화염이 형성되지 않고, 하나로 합쳐져 큰 화염이 생성됨에 따라, 화염의 체류시간이 길어져 질소산화물의 배출량이 증가하게 되는 문제점이 있다. 반대로, 상기 제2유동관(620)이 인접한 제2유동관(620)과 상기 제1유동관(610)의 중심을 기준으로 45도 각도를 초과하도록 이격되어 구비되면, 한정된 면적의 상기 노즐상부케이스(82)에 구비할 수 있는 상기 제1유동관(610)의 숫자가 적은 수로 한정될 수 있다는 문제점이 있다. 따라서, 상기 제2유동관(620)은 인접한 제2유동관(620)과 상기 제1유동관(610)의 중심을 기준으로 45도 각도로 이격되어 구비되는 것이다.
이하에서는, 본 발명의 제7실시예에 따른 역화현상을 방지할 수 있는 수소가스 연소장치에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 실시예는 상기 제1실시예와 비교하여, 수소공급관(61-1)이 상기 노즐케이스부(80)와 연통되지 않고, 상기 제1유동관(610) 이전에서 상기 버너케이싱(90)에 직접 수소를 분사한다는 차이가 있다. 따라서, 다른 실시예와 달리 제7실시예에서는 상기 제1유동관(610)에 연소용 공기와 수소가 혼합된 예혼합기가 유동하게 되며, 제7실시예에서의 제2유동관(620)은 보조공기공급관(51)을 통하여 상기 예혼합기가 유동하는 상기 제1유동관(610) 내부 벽면으로 수소가 아닌 공기를 분사한다는 차이가 있다. 이외에, 본 실시예에서 상기 제1실시예와 중첩되는 구성에 대해서는 상기 제1실시예의 설명을 원용한다.
먼저, 도 9를 참조하면, 상기 수소공급관(61-1)은 상기 케이싱(90)의 내부 공간과 연통될 수 있다. 즉, 상기 수소공급관(61-1)은 상기 노즐케이스부(80)와 연통되지 않고, 상기 노즐케이스부(80)와 케이싱(90) 사이의 공간과 연통된다. 따라서, 상기 수소공급관(61-1)을 통과한 수소연료와 상기 공기공급부(50)를 통해 공급된 연소용 공기가 상기 노즐케이스부(80)와 케이싱(90) 사이의 공간에서 예혼합될 수 있는 것이다. 즉, 상기 노즐케이스부(80)와 케이싱(90) 사이의 공간에서 연료인 수소와 연소용 공기가 예혼합된 혼합기가 상기 타공판(70)을 통과하여 상기 챔버(30)로 유동하게 됨으로써, 완벽한 예혼합기를 형성하고, 예혼합 연소를 유도시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 도 9와 도 11의 (a)를 참조하면, 상기 공기공급부(50)는 상기 노즐케이스부(80)와 연통되어 상기 공기공급부(50)를 통해 공급되는 연소용 공기가 상기 노즐케이스부(80) 내부로 유동할 수 있도록 하는 상기 보조공기공급관(51)을 더 포함할 수 있다. 다시 말하면, 상기 공기공급부(50)를 통해 공급되는 연소용 공기의 적어도 일부는 상기 보조공기공급관(51)을 통해 상기 노즐케이스부(80)로 유동하게 되는 것이다. 상기 보조공기공급관(51)을 통해 상기 노즐케이스부(80)로 유동하는 일부 공기는 다시 상기 제2유동관(620)을 통하여 제1유동관(610)으로 분사되게 된다. 이때, 상기 제2유동관(620)에서 상기 제1유동관(610) 내부로 유입되는 공기는 상기 제1유동관(610) 내부의 벽경계층을 파괴하는 역할을 수행할 수 있다.
일반적으로 관 및 덕트(Duct) 내 유동하는 유체는 관 혹은 덕트 내주면인 벽면(Wall) 위에서는 유동속도가 없고 정지 혹은 정체되게 된다. 다시 말하면, 벽면 근처에는 벽면의 영향으로 유체의 속도에 무관하게 속도 구배가 존재하는 얇은 막(Film) 형태의 벽경계층이 형성되어 벽 근처에서 매우 느린 유동속도가 분포되게 되며, 이러한 상기 벽경계층 이후부터 관 혹은 덕트 중심까지 유동속도가 증가되는 유동구조를 갖게 된다. 즉, 도 10의 (a)를 참조하면, 관이나 덕트의 내주면 벽면에 부착된 유체의 유동속도는 ‘0’이며 관 중심부위의 유동속도는 최대가 되는 포물선 구조를 띄게 된다. 이때, 관 벽면 가까이에 벽경계층(도면 미표시)이 형성되고, 이 벽경계층 내에서는 벽면과 유체와의 점성력(Viscous Force)에 의해서 유동의 속도가 매우 작게 되어 상기 제1유동관(610)처럼 상기 제1유동관(610) 단부 이전에 관 내부로 유동하는 가연성 유체인 연료와 공기가 미리 혼합된 혼합기 상태에서 상기 챔버(30) 내로 분출될 때 혼합기 분출속도가 낮아지게 되면, 상기 관 혹은 덕트 중심부에서는 유동 속도가 빠르지만 벽경계층 쪽은 유동 속도가 낮아 화염이 벽경계층 쪽으로 타고 들어감으로써 역화현상이 발생하거나 이로 인한 폭발 등의 안전사고가 발생할 수 있는 문제점이 있다.
이 경우, 상기 제2유동관(620)에서 상기 제1유동관(610)의 내부로 공기를 상기 횡분류(Jet in Cross) 형태로 분출하는 방법을 사용하면, 도 11의 (b)처럼 상기 제1유동관(610)과 수직으로 연통된 상기 제2유동관(620)을 통과한 공기가 상기 제1유동관(610)으로 분출되면서 상기 벽경계층을 파괴해 주는 효과로 인해, 도 10의 (b)의 속도 분포도처럼 상기 제1유동관(610) 내주면 가까이에는 도 9의 (a)처럼 유동속도가 ‘0’에 가까운 값이 아닌 일정 이상의 유동속도를 갖게 되어 상기 벽경계층 쪽으로 화염이 타고 들어가는 역화현상을 억제 또는 방지할 수 있다는 이점이 있다. 이때, 상기 제2유동관(620)에서 상기 제1유동관(610)으로 수직하게 공기가 분출되는 지점과 상기 제1유동관(610)의 단부까지의 거리에 따라 이러한 상기 벽경계층을 파괴 효과는 달라질 수 있으므로 별도의 최적화를 통해 상기 제1유동관(620)의 분출구 위치를 정할 수 있게 된다.
또한, 도 10의 (a) 및 도 11의 (c)를 참조하면, 제2유동관(620-1)은 상기 제1유동관(610)의 내주면에 경사지게 연통될 수 있다. 즉, 상기 제2유동관(620-1)은 상기 제1유동관(610) 내부의 혼합기 유동방향을 향하는 방향으로 경사지게 형성됨으로써, 상기 제1유동관(620-1)을 통과한 공기가 상기 제1유동관(610)에 분출 시 상기 제1유동관(610) 내부의 혼합기에 침투되는 공기의 깊이를 조절하여 내주면 벽 근처의 경계층의 낮은 유동 속도의 구배를 집중적으로 파괴할 수 있다는 이점이 있다. 또한, 상술한 상기 제2유동관(620-1)의 분출지점과 상기 제1유동관(610) 단부까지 거리를 조절하는 방법으로도 활용될 수 있다.
또한, 도 11의 (d)를 참조하면, 상기 제2유동관(620)은 상기 제2유동관(620)의 단부인 공기의 출구에 구비되어, 분출되는 공기의 유동방향을 안내하는 복수개의 립(lip)(621)을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 립(621)은 직사각형의 단면을 가지는 판 형상으로 상기 제2유동관(620)의 단부에서부터 상기 제1유동관(610)의 상부방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 다시 말하면, 상기 립(621)은 ‘ㄴ’자 형상으로 절곡되어 형성되며, 상기 제2유동관(620)을 통과하여 유동하는 수소연료가 상기 립(621)과 간섭되면서 상기 제1유동관(610)의 상부방향으로 유동되게 된다. 결과적으로, 상기 립(621)은 상기 제2유동관(620)을 통과한 공기가 직접적으로 상기 제1유동관(610) 벽면을 따라서 상부방향으로 유동하도록 안내함으로써, 상기 제1유동관(610)의 상기 벽경계층을 효과적으로 파괴하도록 할 수 있도록 한다는 이점이 있다.
또한, 도 11의 (e)를 참조하면, 제1유동관(610-1)은 단부로 향할수록 내경이 점점 더 작아지는 형태로 형성될 수 있다. 일례로, 상기 제1유동관(610-1)은 상기 제1유동관(610-1)의 내부를 유동하는 유체의 유동방향을 따라 내경이 점점 더 작아지는 형태로 형성된다. 즉, 상기 제1유동관(610-1)은 상부를 향할수록 내경이 점점 더 작아지는 형태로 형성되는 것이다. 이에 따라, 상기 제1유동관(610-1)의 내부를 유동하는 연소용 공기 또는 수소연료 또는 혼합기의 유동속도가 점차적으로 증가하여 상기 챔버(30)로 분출됨으로써, 추가적으로 좁아진 상기 제1유동관(610-1) 안쪽으로 화염이 타고 들어오는 역화현상이 발생하기 어려운 환경을 조성시킬 수 있는 이점이 있다.
이하에서는, 본 발명의 제8실시예에 따른 역화현상을 방지할 수 있는 수소가스 연소장치에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 먼저, 도 12를 참조하면, 본 실시예는 상기 제7실시예와 비교하여, 상기 공기공급부(50)와 연결된 상기 보조공기공급관(51)이 제거되어, 상기 노즐하부케이스(81)와 상기 노즐상부케이스(82) 사이의 공간이 공기와 수소의 혼합기를 연소시키는 것에 영향을 미치지 않는다는 점에서 차이가 있다. 따라서 연료인 수소와 공기의 예혼합기를 방출시키는 상기 제7실시예의 상기 제1유동관(610)에 추가적인 유체의 유입이 존재하지 않는다. 또한, 본 실시예에서 상기 제7실시예와 중첩되는 구성에 대해서는 상기 제7실시예의 설명을 원용한다.
도 13의 (a) 및 (b)를 참조하면, 상기 제1유동관(610)은 상기 제1유동관(610)의 내주면으로부터 상기 제1유동관(610)의 중심방향으로 돌출되어 형성되는 돌기부(820)를 포함한다. 일례로, 상기 돌기부(820)는 상기 제1유동관(610)의 상부에 구비되어, 직육면체로 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1유동관(610)의 내부로 유입되는 공기와 수소의 혼합기가 상부로 유동하면서 상기 돌기부(820)와 간섭되게 된다. 이때, 상기 제1유동관(610)을 유동하는 공기와 수소 혼합기는 상기 돌기부(820)와 간섭되면서 상기 제1유동관(610)의 내주면 벽 주위로 얇게 형성되는 혼합기 유동의 상기 벽경계층을 파괴하여 벽경계층 내에 존재하는 유동의 속도가 급격하게 감소하는 영역을 제거해 줌으로써, 혼합기 연소 시 역화에 취약한 혼합기의 분출 속도가 감소하는 부분을 줄여서 역화를 방지할 수 있게 되는 것이다.
또한, 상기 돌기부(820)는 복수개로 상기 제1유동관(610)의 중심을 기준으로 방사형으로 구비될 수 있다. 이때, 상기 돌기부(820)는 인접한 돌기부(820)와 상기 제1유동관(610)의 중심을 기준으로 60도 각도로 이격되어 구비될 수 있다. 여기서, 상기 돌기부(820)가 인접한 돌기부(820)와 상기 제1유동관(610)의 중심을 기준으로 60도 미만의 각도로 이격되어 구비되면, 상기 돌기부(820)의 개수가 증가하여 제작에 소요되는 시간 및 비용이 급격히 증가하게 되는 문제점이 있다. 또한, 상기 돌기부(820)가 인접한 돌기부(820)와 상기 제1유동관(610)의 중심을 기준으로 60도를 초과하는 각도로 이격되어 구비되면, 상기 제1유동관(610)을 유동하는 공기와 수소 혼합기와 상기 제1유동관(610)의 내주면 벽면 주위로 형성되는 상기 벽경계층을 충분히 교란시킬 수 없는 영역이 존재하여 이 부분으로 화염이 타고 들어가서 역화 되는 현상이 발생할 가능성이 높아지게 되는 문제점이 있다. 따라서, 상기 돌기부(820)는 인접한 돌기부(820)와 상기 제1유동관(610)의 중심을 기준으로 60도 각도로 이격되어 구비되는 것이다.
또한, 도 13의 (c)를 참조하면, 돌기부(820-1)는 삼각형의 단면을 가지는 삼각기둥 형태로 형성될 수 있다. 이때, 상기 돌기부(820-1)의 밑면은 도 12(c)의 역 삼각형 형상처럼 상기 제1유동관(610)의 내부를 유동하는 혼합기의 유동방향에 반대방향으로 구비될 수 있다. 즉, 상기 돌기부(820-1)의 밑면은 상기 제1유동관(610)의 상부를 향하는 방향으로 형성된다. 다시 말하면, 상기 돌기부(820-1)의 단부가 연소용 공기와 먼저 접하게 되는 것이다. 따라서, 상기 돌기부(820-1)는 직육면체 형상의 돌기부에 비해서 제1유동관을 따라서 유동하는 혼합기에 대한 돌기부의 간섭을 더 줄일 수 있다. 이 돌기부가 혼합기의 유동에 미치는 간섭은 벽경계층을 교란하는 성능과 관련될 수 있으며, 상기 돌기부(820, 820-1)의 형상처럼, 돌기부의 단면 형상을 삼각형, 사각형 등 다각형부터 원형 등의 다양한 형상으로 변경함을 통하여 조절될 수 있다.
또한, 상기 돌기부(820, 820-1)의 위치는 상기 제1유동관(610)의 단부까지의 거리에 따라 이러한 상기 벽경계층을 파괴시키는 효과는 달라질 수 있으므로 별도 최적화를 통해 상기 돌기부(820, 820-1)의 위치를 정할 수 있게 된다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 기술한 실시예들은 혼용하여 적용가능하다.
[부호의 설명]
5 : 노즐
10 : 제1유동관
20 : 제2유동관
30 : 챔버
40 : 점화장치
50 : 공기공급부
51 : 보조공기공급관
60 : 수소공급부
61, 61-1 : 수소공급관
62 : 연료 배관
70 : 타공판
80 : 노즐케이스부
81 : 노즐하부케이스
82 : 노즐상부케이스
83 : 관통홀
90 : 버너케이싱
210 : 제1유동관
220 : 제2유동관
310 : 제1유동관
320 : 제2유동관
410 : 제1유동관
420 : 제2유동관
530 : 예혼합부
531 : 예혼합홀
610, 610-1 : 제1유동관
620, 620-1 : 제2유동관
621 : 립
820, 820-1 : 돌기부

Claims (5)

  1. 연소용 공기가 유동하는 제1유동관;
    상기 제1유동관의 내주면에 연통되어 형성되는 제2유동관;
    상기 제1유동관의 단부에 구비되고, 상기 제1유동관에 유입된 공기와 수소가 혼합되어 형성된 혼합기가 연소될 수 있는 공간을 형성하는 챔버; 및
    상기 챔버 내에 상기 혼합기를 점화시키는 점화장치;를 포함하고,
    상기 제2유동관을 통과하여 상기 제1유동관의 내부로 유동된 수소가 상기 제1유동관의 내주면에 형성되는 벽경계층의 유동 구조를 교란시키는 것을 특징으로 하는 역화현상을 방지할 수 있는 수소가스 연소장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2유동관은, 상기 제1유동관의 내주면에 수직으로 연통되는 것을 특징으로 하는 역화현상을 방지할 수 있는 수소가스 연소장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2유동관은, 상기 제1유동관의 내주면에 경사지게 연통되는 것을 특징으로 하는 역화현상을 방지할 수 있는 수소가스 연소장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2유동관은, 상기 제2유동관의 단부인 공기의 출구에 구비되어, 분출되는 공기의 유동방향을 안내하는 립;을 포함하는 것을 특징으로 하는 역화현상을 방지할 수 있는 수소가스 연소장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1유동관은,
    상기 제1유동관의 내주면으로부터 상기 제1유동관의 중심방향으로 돌출되어 형성되는 돌기부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 역화현상을 방지할 수 있는 수소가스 연소장치.
PCT/KR2021/018425 2020-12-11 2021-12-07 역화현상을 방지할 수 있는 수소가스 연소장치 WO2022124751A1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022544218A JP7299424B2 (ja) 2020-12-11 2021-12-07 さか火現象を防止することができる水素ガス燃焼装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2020-0173399 2020-12-11
KR1020200173399A KR102281567B1 (ko) 2020-12-11 2020-12-11 역화현상을 방지할 수 있는 수소가스 연소장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022124751A1 true WO2022124751A1 (ko) 2022-06-16

Family

ID=77155124

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2021/018425 WO2022124751A1 (ko) 2020-12-11 2021-12-07 역화현상을 방지할 수 있는 수소가스 연소장치

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP7299424B2 (ko)
KR (1) KR102281567B1 (ko)
WO (1) WO2022124751A1 (ko)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102281567B1 (ko) * 2020-12-11 2021-07-23 순천대학교 산학협력단 역화현상을 방지할 수 있는 수소가스 연소장치
KR20230063020A (ko) 2021-11-01 2023-05-09 한국항공우주연구원 수소 가스터빈 연소기
KR20230155184A (ko) 2022-05-03 2023-11-10 한국에너지기술연구원 역화방지를 위한 화염속도 조절 연소기 및 그 제어방법
FR3135313B1 (fr) * 2022-05-05 2024-03-22 Sermeta Brûleur à gaz à combustion de surface antidéflagrant et antidétonant.
KR20240030508A (ko) 2022-08-31 2024-03-07 한울항공기계 주식회사 수소가스 연소를 위한 복합화염 연소장치
KR20240030505A (ko) 2022-08-31 2024-03-07 한울항공기계 주식회사 수소 혼합가스 연소를 위한 예혼합 구조와 복합화염 연소장치
KR102586498B1 (ko) * 2022-11-25 2023-10-11 순천대학교 산학협력단 수소연료 역화를 방지할 수 있는 보일러용 부분 예혼합형 버너

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100754013B1 (ko) * 2006-11-06 2007-09-03 한국항공우주연구원 스월자극혼합기
JP2007232311A (ja) * 2006-03-02 2007-09-13 Central Res Inst Of Electric Power Ind 希薄予混合燃焼器及び燃焼方法
JP2009133599A (ja) * 2007-04-27 2009-06-18 General Electric Co <Ge> 燃焼システム内における逆火／保炎を減少させるのを可能にする方法及びシステム
KR20180093381A (ko) * 2017-02-13 2018-08-22 전남대학교산학협력단 촉매 연소기로 공급되는 연료 및 공기의 믹서 챔버
JP2019128125A (ja) * 2018-01-26 2019-08-01 川崎重工業株式会社 バーナ装置
KR102281567B1 (ko) * 2020-12-11 2021-07-23 순천대학교 산학협력단 역화현상을 방지할 수 있는 수소가스 연소장치

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001280641A (ja) * 2000-03-31 2001-10-10 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガスタービン燃焼器、および、ガスタービン燃焼器における燃料と空気の混合方法
KR101080928B1 (ko) 2009-09-11 2011-11-08 주식회사 롬스 열효율이 향상된 연소장치
US20120058437A1 (en) * 2010-09-08 2012-03-08 General Electric Company Apparatus and method for mixing fuel in a gas turbine nozzle

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007232311A (ja) * 2006-03-02 2007-09-13 Central Res Inst Of Electric Power Ind 希薄予混合燃焼器及び燃焼方法
KR100754013B1 (ko) * 2006-11-06 2007-09-03 한국항공우주연구원 스월자극혼합기
JP2009133599A (ja) * 2007-04-27 2009-06-18 General Electric Co <Ge> 燃焼システム内における逆火／保炎を減少させるのを可能にする方法及びシステム
KR20180093381A (ko) * 2017-02-13 2018-08-22 전남대학교산학협력단 촉매 연소기로 공급되는 연료 및 공기의 믹서 챔버
JP2019128125A (ja) * 2018-01-26 2019-08-01 川崎重工業株式会社 バーナ装置
KR102281567B1 (ko) * 2020-12-11 2021-07-23 순천대학교 산학협력단 역화현상을 방지할 수 있는 수소가스 연소장치

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023504296A (ja) 2023-02-02
KR102281567B1 (ko) 2021-07-23
JP7299424B2 (ja) 2023-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2022124751A1 (ko) 역화현상을 방지할 수 있는 수소가스 연소장치
US8607568B2 (en) Dry low NOx combustion system with pre-mixed direct-injection secondary fuel nozzle
KR100239082B1 (ko) 가스터어빈 연소기 및 이중방식 연소기에 사용하는 중심체 구조물
US6736635B1 (en) Combustor for exhaust gas treatment
EP0672868B1 (en) Means for reducing unburned fuel in a gas turbine combustor
EP0617780A1 (en) NO LOW NOISE COMBUSTION?
JPH06257751A (ja) ガスタービン燃焼器、及び１次運転モードから予混合運転モードへの移行中に燃焼動圧を抑制する方法
JP4937158B2 (ja) ガスタービン燃焼器
CA2459986C (en) Main burner, method and apparatus
EP0773410B1 (en) Fuel and air mixing tubes
JPS61256107A (ja) 燃料―空気混合物の燃焼方法並びに該方法を実施するための燃焼装置
WO2024112001A1 (ko) 수소연료 역화를 방지할 수 있는 보일러용 부분 예혼합형 버너
WO2021107417A1 (ko) 연소기 운전효율과 배출성능을 최대화 할 수 있는 연소장치
JP5462449B2 (ja) 燃焼装置のバーナおよびこれを備えた燃焼装置
WO2017007068A1 (ko) 연소기
JPH0443220A (ja) ガスタービンの燃焼器
KR102292891B1 (ko) 예혼합 성능을 향상시킬 수 있는 확산 연소형 수소 연소장치
KR102292893B1 (ko) 혼합율을 향상시킬 수 있는 수소가스 연소장치
JP2011099667A (ja) 二次燃料ノズルベンチュリ
JP4671969B2 (ja) 低汚染放出を有する燃焼システム
RU2086857C1 (ru) Фронтовое устройство камеры сгорания
JPH06294517A (ja) 予混合燃焼器
KR101041466B1 (ko) 다수 연료혼합장치가 구비된 가스터빈 저공해 연소기
JP3894681B2 (ja) バーナ装置
JP2000314526A (ja) ガスタービン燃焼器の予蒸発予混合バーナおよび予混合バーナ

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022544218

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21903797

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21903797

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1