KR0122743B1 - 기체연료연소버너 - Google Patents

기체연료연소버너

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KR0122743B1
KR0122743B1 KR1019930015967A KR930015967A KR0122743B1 KR 0122743 B1 KR0122743 B1 KR 0122743B1 KR 1019930015967 A KR1019930015967 A KR 1019930015967A KR 930015967 A KR930015967 A KR 930015967A KR 0122743 B1 KR0122743 B1 KR 0122743B1
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빈센트 죠셉 스키너
브리티쉬 가스 피엘시
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Abstract

본 발명은 연료연소버너에 관한 것으로 연료 및 공기의 예비혼합물을 수용하기 위한 챔버(24)로 구성되어 있고 챔버의 벽(50)은 벽을 통해 펼쳐져 있는 다수의 연신슬롯(66)이 수비된 플레임스트립의 형태이며 각각의 슬롯(66)은 일정한 치수의 부분(86)으로 이끄는 말단(84a)에 수렴하는 입구부분(84)을 가지고 챔버벽(50)을 따른 슬롯의 피치(66)는 P이며 각 슬롯의 폭은 W이고 일정한 치수의 부분(86)의 길이는 L이고 플레임스트립의 치수가및

Description

기체연료연소버너
제1도는 본 발명에 따른 버너의 구체적 실시예의 단면도.
제2도는 제1도내 선 Ⅱ-Ⅱ를 따라 취해진 버너의 횡단면도.
제3도는 제2도내 명시된 바와 같은 화살표 A의 방향인 스크랩도.
제4도는 제2도내 명시된 바와 같은 슬롯된 벽을 확대된 규모로 나타낸 단면도이고,
제5도는 그사이에 연신된 슬롯중 하나를 한정하는 두개의 챔버벽 부분의 일부를 나타내는 사시도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 버너 24 : 오프닝
26 : 지지체부재 36 : 핀
66 : 슬롯 84 : 입구부분
86 : 일정한 치수의 슬롯부분 87 : 리세스
88 : 출구부분 90 : 교호광경로
92 : 연소챔버
본 발명은 연료연소버너에 관한 것으로, 구체적으로는 기체연료연소버너에 관한 것으로 바람직스럽기로는 기체가 연소되기전에 혼합챔버내에서 모든 연소기체와 연료기체가 혼합되는 충분히 예비혼합된 형태이다.
충분히 예비혼합된 버너의 한가지 형태는 천연기체와 같은 공기 및 연료 기체의 외견상 제조된 혼합물이 챔버의 일부 또는 벽을 형성할 수 있거나 형성할 수 없는 블록, 플레이트 또는 스트립내 포오트를 통해 대략 균일하게 방출되기전에 도입되는 플레넘챔버로 구성된다. 버너가 보일러와 같은 가열장치내 열원으로 사용될 적에 그후 열교환기와 같은 제2봉입물로 들어가는 제1봉입물로 들어가는 연소생성물을 제조하기 위해 블록, 플레이트 또는 스트립내의 온도 또는 하류의 온도로 혼합물을 연소시킨다. 대표적인 충분히 예비혼합된 버너가 공고된 영국 특허출원 제2176588A호내에 기술되어 있다.
상기 형태의 버너가 가진 문제는 특정조건하 구체적으로 가열장치내 봉입되고, 버너가 버너표면적 단위당 비교적 높은 열방출로 작동될적에 소위 바람직스럽지 않은 강도의 공진연소소음을 발생시키는 경향이 있다는 것이다.
본 발명의 목적은 상기 기술한 바와 같이 봉입될적에 충분히 예비혼합된 형태의 버너내 발생되는 공진연소소음의 가능성을 경감시키거나 줄이는 것이다.
상기 목적을 위해, 본 발명은 연료 및 공기의 예비혼합물을 수용하기 위한 챔버, 벽을 통해 펼쳐져 있고 각각의 슬롯이 일정한 면적부를 가진 다수의 연신슬롯이 구비되어 있는 챔버벽으로 구성되어 있으며 여기에서, 챔버벽을 따라가는 슬롯들의 피치는 P이고, 각각의 슬롯의 폭은 W이며 일정한 면적부의 길이는 L이고 여기에서은이고는이다.
10과 동일하거나 10보다 큰의 의미는 슬롯을 통한 흐름이 공기역학상의 견지에서 충분히 전개되도록 한다는 것이다. 그 결과 흐름속도가 매우 낮고 슬롯의 출구에서 안정한 불꽃을 유지하는 높은 슬롯벽에 가까운 경계벽이 있다.
그와 같거나 보다 큰의 의미는 우수한 불꽃안정성이 슬롯을 통해 불꽃광후진이 수반되는 위험성 없이 이루어질 수 있다. 부가적으로, 동일한 이유때문에 또한 슬롯된 벽내 개방된 면적의 퍼센티지를 줄임에 의해 공진연소소음을 발생시키는 버너의 저항성을 개선한다.
입구부분의 길이는 ℓ로 표기되고 이것을 슬롯벽의 주어진 두께(L +ℓ)에 대한 L을 최대화시키기 때문에 L≥ℓ이라는 것이 바람직스럽다. 또한, 슬롯의 수렴영역의 부피를 최소화시켜서 버너의 연소공진에 대한 감수성을 줄인다.
수렴하는 입구부분의 수렴각은 실질적으로 일정할 수 있으며 각각의 측벽은 직선이거나 납작할 수 있다.
대안적으로, 각각의 수렴하는 입구는 여러가지 각도의 수렴성을 가질수 있다. 바람직스럽기로는, 이러한 경우에 수렴하는 입구부분의 각각의 측벽은 상기 형태가 슬롯의 일정한 면적부분의 입구에서 또는 입구가까이에서 발생하는 흐름의 분리를 피하고 부가적으로 수렴영역의 부피를 감소시킬 적에 볼록타원곡률이다.
상기 형태는 공진연소에 대한 저항성을 크게 상승시킨다.
각각의 슬롯은 입구부분으로부터 떨어져 있는 일정한 면적부의 말단으로부터 떨어져 갈라지는 출구부분을 가질 수 있다. 본 출원인의 연구는 분리하는 출구부분이 불꽃을 안정화시켜 공진경향을 감소시키는 것을 돕는다는 것을 나타낸다.
대표적으로, 일정한 면적부의 폭(W)은 0.4 내지 1.0mm 범위일 수 있고 슬롯의 피치(P)는 2.5 내지 6.0mm 범위이다.
상기 기술된 기하형태를 가진 버너를 사용할적에 일정하게 분포된 방법으로 낮은 강도의 흐름난류도 공기/기체 혼합물을 공급하는 것이 비람직스럽다.
첫번째 목적은 슬롯의 입구부분의 상부흐름내 위치한 실질적인 흐름저항을 가진 적합한 분배수단을 통해 공기/기체 혼합물의 흐름을 통과시킴에 의해 이루어질 수 있다. 분배수단은 구멍이 뚫어져 있는 플레이트 또는 대안적으로는, 다공성 플레이트일 수 있다.
슬롯의 입구부분의 상부흐름에 위치하고 바람직스럽기로는 배플수단의 하부흐름면 및 이러한 입구부분사이의 공간의 부피를 감소시키도록 입구부분에 가까운 높은 음향임피던스를 가진 배플수단을 제공하는 것이 바람직스럽다.
이것은 분배수단을 가로지르는 주어진 흐름저항에 대한 공진연소소음발생에 대한 버너의 저항성을 증가시키거나 최대화시킨다.
배플수단은 처음에 언급된 바와 같이 구멍이 뚫린 분배플레이트 및 슬롯의 입구부분 사이에 위치할 수 있는 섬유매트일 수 있다. 대안적으로 바람직스럽기로는 처음에 언급한 바와 같이 다공성 플레이트는 적합한 분배수단으로 뿐만 아니라 연소공진에 대한 버너의 저항성을 개선하기 위한 배플수단으로 작용한다.
도면을 참조할적에, 제1도 및 제2도는 특히 합에 연소형태인 충분히 예비혼합된 종류의 기체연소버너(1)이다. 버너(1)는 상부수평벽(4), 두 개의 수직벽(6, 8) 및 두 개의 수직말단벽(10, 12)에 의해 부분적으로 한정된 플레넘 챔버(2)로 작용하는 연신상부침버로 구성된다. 외면벽(14)은 벽(6, 8, 10, 12)의 하부말단으로부터 수평으로 의부로 뻗어 있다. 외면벽(14)의 외부가장자리로부터 일반적으로 수평면과 수직면 둘다에 직각인 단면적이고 바닥에 오프닝(24)을 가진 하부챔버 또는 봉입물을 형성하도록 두 개의 수직측벽(16, 18) 및 두 개의 말단벽(20, 22)이 하부로 뻗어 있다.
수직측벽(28, 30) 및 말단벽(32, 34)을 가진 속이 텅빈 직각지지체부재(26)이 지지체부재(26)의 측벽(28, 30)으로 봉입물의 측벽(16, 18)을 통해 펼쳐져 있는 핀(36)을 지지함에 의해 하부챔버내에 장착된다.
지지채부재(26)의 상부에 오프닝(38)은 지지채부재 내부둘레에 펼쳐져 있는 리세스(42)의 수평소울더부분(42a)상에 지지된 직각다공성연료기체/공기분배플레이트(40)에 의해 폐쇄된다.
시일(44)은 지지체부재(26)의 측벽 및 말단벽(28, 30, 32, 34) 및 봉입물의 측벽 및 말단벽(16, 18, 20, 22) 사이에 샌드위치되고, 또는 봉입물의 측벽 및 말단벽(16, 18, 20, 22)의 상부말단 및 외면벽(14)의 하부측면 사이에 샌드위치된다. 제1도 및 제2도로부터 명백한 바와 같이, 분배플레이트(40)의 상부외면가장자리부분과 외면벽(14)의 하부측면사이에 샌드위치된다.
다공성분배플레이트(40)은 플레넘챔버에 하부벽을 구비한다.
플레넘챔버(2)에 대한 공기/연료기체 예비혼합물의 입구는 챔버(22)의 측벽(8)내 입구(46)을 경유해 있다.
세라믹플레임스트립(50)이 또한 실제로 가로지르는 벽을 구비하는 하부챔버내에 장착된다. 플레임스트립(50)은 일반적으로 직사각형 형태이고 측벽(52, 54) 및 말단벽(56, 58)으로 구성되어 있고, 모두는 지지체부재(26)의 내부외면둘레에 펼쳐져 있는 리세스(60)내에 위치하고 리세스(60)의 쇼울더(60a) 및 분배플레이트(40)의 하부면사이에 유지된다.
다수의 같은 간격으로 떨어진 수직칸막이 또는 벽(64)이 말단벽(56, 58)에 평행한 측벽(52, 54) 사이의 플레임스트립(50)을 가로지르는 열내에 배열되어 있다. 벽(54)의 인접한 것들은 그 사이의 플레임스트립을 통해 수직으로 펼쳐져 있는 평행연신슬롯(66) 형태의 다수의 버너포트를 한정한다. 칸막이 또는 벽(64)의 반대말단이 제5도내 말단중 하나에 관하여 도해된 바와 같이 측벽(52, 54)내 리세스(68) 내에 지지된다.
각각의 벽(64)은 납작하거나 직선측표면(71)을 가지고 상부의 방향흐로 테이퍼된 부분(70), 납작하거나 직선측표면(73)을 가지고 하부방향으로 테이퍼된 하부부분(72) 및 76 및 78에서 평행면을 가진 중간부분(74)을 갖는다. 공동(80)은 벽(64)을 통해 수평으로 펼쳐져 있고 주로 측벽(52)에서 측벽(54)의 벽(64)의 폭으로 중간부분(74)의 영역내 펼쳐져 있다.
벽(64)의 열의 각각의 말단이 단지 부분벽(82)내에서 종결된다는 것을 제1도 및 제2도로부터 알 수 있다. 다수의 같은 간격으로 떨어져 있는 연신된 슬롯(66)이 인접한 벽돌(64) 사이 또는 벽(64) 및 인접한 부분벽(82) 사이에 한정되어 있다. 슬롯(66)은 포트 또는 하기 기술된 바와 같이 이후의 연소용 연료기체/공기예비 혼합물용 출구로서 작용한다. 각각의 슬롯(66)은 인접한 테이퍼된 상부벽부분들(70) 사이에 한정되고 인접한 평행벽(76, 78) 사이의 일정한 치수의 직선부분(86)으로 이끄는 말단(84a)에 수렴하는 입구부분(84)을 갖는다. 출구부분(88)이 입구부분(84)에서 떨어져 있는 일정한 치수부분(86)의 말단(86a)로부터 분기되어 있다.
벽(64)의 각각의 하부벽부분(72)은 길이의 일부를 넘는 부분의 두께를 통해 완전히 펼쳐져 있는 자유로운 하부말단 중앙리세스(80)을 가지고 버너플레임스트립(50)을 가로지르는 교호광경로(90)을 구비하는 다른 벽부분(72)내 동등한 리세스(87)와 배열되어 있다.
사용하기 위해 준비된 조건하에서, 상기 기술된 부품들의 조립체가 봉입물을 형성하는 벽(16, 18, 20, 22)로부터 외부 및 둘레에 펼쳐져 있는 관통된 플랜지(94)에 의하여 제1도내 쇄선으로 표시된 바와 같은 연소챔버(92)상에 장착된다. 사용되는, 연료기체(천연기체) 및 공기의 예비혼합물이 플레넘챔버(2)에 입구(46)에 의하여 공급된다. 혼합물이 그후 일정하고 슬롯된 버너플레임스트립(50)으로의 낮은 강도의 난류로 혼합물을 분배하는 다고성플레이트(40)을 통과한다. 플레이트(40)는 또한 연소공진에 대한 버너의 저항성을 개선한다. 처음에 언급했던 바와 같은 이러한 후자의 특징을 최대화시키기 위해서는 다공성플레이트가 슬롯(66)의 입구부분(84)에 가능한한 가깝게 위치하는 것이 적합하다.
적어도 입구부분(84) 및 슬롯(66)의 일정한 치수부분(86)을 완전히 통과한 후, 공기/기체 혼합물이 그후 부가적인 점화수단의 도움없이 점 86으로 또한 하부흐름으로 꾸준히 연소되도록 점화수단(도시되지 않음) 예컨대 스파크전극에 의해 점화된다. 버너는 조성물 및 플레임스트립을 통한 공기/기체혼합물의 흐름속도에 따라서 점 86a에 대한 불꽃의 위치를 가진 연소챔버(92)로 오프닝(43)을 통해 아래로 점화한다. 버너플레임스트립(50)의 하부면을 가로지르는 급속한 점화는 교호광경로(90)를 구비함에 의해 수월해진다. 칸막이 또는 벽(64)내 공동(80)은 하부벽부분(72)으로부터 중간벽부분(74)을 통해 상부벽부분(70)으로의 열전도를 제한하는 작용을 하는 결과 표면(71)을 통한 공기/기체 혼합물로의 열의 전달이 슬롯(66)의 수렴하는 입구부분(84)을 통과한다. 이러한 제한의 목적은 입구부분(84)내 표면(71)이 공기/기체혼합물을 점화시키기에 충분히 높은 온도에 이르는 것을 방해한다.
버너의 효율은 하기 변수에 따라 슬롯된 플레임스트립을 고안함에 의해 최적화된다:
일정한 치수의 슬롯부분의 길이(L)≥수렴하는 입구부분의 길이(ℓ)
도해에 의해서 대표적인 슬롯된 세라믹버너플레임스트립은 하기의 치수를 갖는다:
L = 10mm
W = 4mm
P = 5mm
W = 0.5mm
l = 5mm
본 출원인은 예비혼합된 연소가 통상적으로 공진소음을 만들어내는 봉입 및 점화조건하에서, 밀접하게 배치된 다공성 플레이트를 가진 벽(52, 54) 사이에 40mm의 치수를 가진 20개의 슬롯(60)을 가진 상기 기술된 바와 같은 버너를 사용한 배열은 1 내지 5.5kW 범위의 열입력의 속도로 공진소음이 없다.
본 발명의 구체적 실시예는 상기 기술된 바와 같으며 본 발명에 관한 여러 가지 개선과 변경이 이루어질 수 있다. 예컨대, 분기하는 출구부분(88)은 삭제될 수 있는 결과 각각의 슬롯(66)의 하부말단(제1도 및 제2도에 명시된 도면참조)은 일정한 치수의 슬롯부분(86)의 하부말단(86a)에서 종결한다.
또한, 수렴하는 입구부분(84)은 직선적이거나 납작한 면(71)을 가진 테이퍼된 벽돌(70) 사이에서 한정될 필요는 없지만 제4도내 점선(100)에 의해 도식적으로 도해된 바와 같은 볼록한 타원형태의 면을 가진 테이퍼된 벽으로 다양한 각도의 수렴을 한다.

Claims (11)

  1. 연료 및 공기의 예비혼합물을 수용하기 위한 챔버로 구성되어 있고 챔버의 벽은 벽을 통해 펼쳐져 있는 다수의 연신 슬롯이 구비되어 있으며 각각의 슬롯은 일정한 치수의 부분으로 이끄는 말단에 수렴하는 입구부분을 가지고 챔버벽을 따르는 슬롯의 피치는 P이고 각각의 슬롯의 폭은 W이며 일정한 치수의 부분의 길이는 L이며은이고는인 것을 특징으로 하는 기체연료연소버너.
  2. 제1항에 있어서, 입구부분의 길이는 ℓ이고 L≥ℓ인 것을 특징으로 하는 기체연료연소버너.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 분배수단이 일정하게 낮은 강도의 슬롯에 대한 흐름난류로 연료기체/공기혼합물을 분배하기 위한 슬롯의 입구부분의 상부흐름에 위치되는 것을 특징으로 하는 기체연료연소버너.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 높은 음향임피던스의 배플수단이 슬롯의 입구부분의 상부흐름에 위치하는 것을 특징으로 하는 기체연료연소버너.
  5. 제4항에 있어서, 배플수단의 하부흐름면 및 입구부분 사이의 공간부피를 최소화하여 공진연소소음발생에 대한 버너의 내성을 증가시키기 위해 슬롯들의 입구부분들에 가까이 위치하는 것을 특징으로 하는 기체연료연소버너.
  6. 제5항에 있어서, 다공성 플레이트가 분배수단 및 배플수단으로서 작용하는 것을 특징으로 하는 기체연료연소버너.
  7. 제1항, 제2항, 제5항 중 어느 한향에 있어서, 각각의 수렴입구부분이 다양한 각도의 수렴성을 가지는 것을 특징으로 하는 기체연료연소버너.
  8. 제7항에 있어서, 수렴하는 입구부분의 각각의 측벽은 볼록한 타원곡률인 것을 특징으로 하는 기체연료연소버너.
  9. 제1항, 제2항, 제5항, 제8항 중 어느 한항에 있어서, 슬롯의 각각의 면에 대한 벽의 부분들은 버너를 가로지르는 교호광경로로 작용하는 배열된 리세스가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 기체연료연소버너.
  10. 제1항, 제2항, 제5항, 제8항 중 어느 한항에 있어서, 공동이 슬롯의 각각의 면에 대한 벽부분내 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 기체연료연소버너.
  11. 제1항, 제2항, 제5항, 제8항 중 어느 한항에 있어서, 각각의 슬롯이 또한 입구부분으로부터 떨어져 있는 일정한 치수의 부분의 말단으로부터 분기하는 출구부분을 가지는 것을 특징으로 하는 기체연료연소버너.
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