KR100224373B1 - Combined structure with surface-flame type premixed combustor and air preheater for heat-driven heat pump - Google Patents

Combined structure with surface-flame type premixed combustor and air preheater for heat-driven heat pump Download PDF

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Abstract

본 발명은 열구동 열펌프용 예혼합 연소기 및 공기 예열기 조합체에 관한 것으로, 특히 표면 화염 방식의 연소기(surface-flame burner)와 동심원 형태의 다수의 열전달용 원통 부재를 갖는 공기 예열기의 조합체에 관한 것이다.The present invention relates to a premixed combustor and air preheater combination for a heat driven heat pump, and more particularly to a combination of a surface-flame burner and an air preheater having a plurality of concentric circular heat transfer cylindrical members. .

본 발명에 의하면, 표면 화염 방식의 예혼합 연소기의 표면 재질을 다공성의 금속 섬유로 제조하여 상기 연소기의 열펌프의 고온부로의 복사 열전달을 적극적으로 활용함으로써 상기 연소기로부터 열구동 열펌프로의 전열 특성을 향상시키고, 연소 효율 및 열효율을 향상시키기 위해 배출되는 연소 가스의 열을 최대한 회수하고 흡수된 열을 연소 공정에 사용되는 공기를 가열하는 데에 사용한 후 가열된 공기를 상기 연소기로 공급하는 방식의 공기 예열기를 상기 연소기의 근접 외부에 설치한 표면 연소형 예혼합 연소기 및 공기 예열기 조합체를 설계하는 것이다.According to the present invention, the surface material of the pre-mixed combustor of the surface flame method is made of porous metal fibers to actively utilize radiant heat transfer from the heat pump of the combustor to the high temperature part of the combustor, thereby transferring heat from the combustor to the heat driven heat pump. To recover the heat of the discharged combustion gas as much as possible to improve combustion efficiency and thermal efficiency, and use the absorbed heat to heat the air used in the combustion process and then supply the heated air to the combustor. It is to design a surface combustion type premixed combustor and air preheater combination in which an air preheater is installed outside the combustor.

Description

열구동 열펌프용 표면 화염 방식의 예혼합 연소기 및 공기 예열기 조합체Surface flame type premixed combustor and air preheater combination for heat driven heat pumps

본 발명은 열구동 열펌프의 구동 열원 공급용 연소기에 관한 것으로, 특히 상기 열펌프에 열에너지를 공급하는 표면 화염 방식의 연소기(surface-flame bruner)와, 상기 연소기로부터 배출된 연소 가스를 이용하여 이에 공급되는 외부 공기의 온도를 효율적으로 상승시킬 수 있는 열교환기의 기능을 수행하는 동심원 형태의 다수의 열전달용 원통 부재를 구비한 공기 예열기로 구성된 조합체에 관한 것이다.The present invention relates to a combustor for supplying a driving heat source of a thermally driven heat pump, and more particularly, by using a surface-flame bruner for supplying heat energy to the heat pump and a combustion gas discharged from the combustor. The present invention relates to a combination consisting of an air preheater having a plurality of concentric cylindrical heat transfer cylindrical members that perform the function of a heat exchanger capable of efficiently raising the temperature of the supplied external air.

열구동 열펌프는 연료를 사용하여 직접 고온부를 가열하는 직화 방식을 적용하고 있으며, 상기 연료 이외에도 태양열 및 폐열 등을 이용할 수 있으므로 열원의 다양화가 가능하게 된다. 특히, 열구동 방식의 열펌프 시스템에서 연소기 및 열교환기 부분은 전체 시스템의 열효율 및 성능 계수(COP ; Coefficient of Performance)에 결정적으로 영향을 미치는 핵심적인 부분이다. 따라서, 열구동 열펌프와 소형화 및 고효율화를 달성하기 위해서는, 연소기 및 공기 예열기 등의 소형화가 매우 중요하다.The thermal drive heat pump employs a direct fire method of directly heating a high temperature part using fuel, and in addition to the fuel, solar heat and waste heat can be used, thereby making it possible to diversify the heat source. In particular, in the heat-driven heat pump system, the combustor and heat exchanger parts are critical parts that have a decisive influence on the thermal efficiency and coefficient of performance (COP) of the entire system. Therefore, miniaturization of a combustor and an air preheater is very important in order to achieve a miniaturization and high efficiency with a heat drive heat pump.

그러나, 확산 화염 형태의 연소기(diffusion flame burner)를 이용하는 기존의 방법으로는 본 시스템의 실용화에 요구되는 장비의 소형화 등의 기술적 요구 사항을 충분히 만족시킬 수가 없었다.However, the existing method using a diffusion flame burner could not sufficiently satisfy the technical requirements such as the miniaturization of equipment required for the practical use of the system.

따라서, 본 발명의 목적은 열구동 열펌프의 전체 구성을 소형화하기 위해 공기 예열기를 연소기 외부에 원통 형상으로 근접 배치하여 설치 공간을 감소시킨 열구동 열펌프용 예혼합 연소기 및 공기 에열기 조합체를 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a premixed combustor and air heater combination for a heat driven heat pump in which an air preheater is disposed in a cylindrical shape close to the outside of the combustor in order to reduce the overall configuration of the heat driven heat pump. It is.

본 발명의 다른 목적은 표면 화염 방식의 예혼합 연소기 표면에 금속 섬유(metal fiber) 재질을 갖는 매트(mat)를 적층하여 고온의 연소기로부터의 복사 열전달 효과를 적극적으로 활용함으로써 상기 연소기로부터 열구동 열펌프 장치 내부로의 전열 성능을 향상시키는 것이다.Another object of the present invention is to laminate a mat having a metal fiber material on the surface of the pre-mixed combustor of the surface flame method to actively utilize the radiant heat transfer effect from the high-temperature combustor to heat-driven heat from the combustor. It is to improve the heat transfer performance into the pump device.

본 발명의 또다른 목적은 예혼합 연소기의 연소 효율 및 열효율을 향상시키기 위해 상기 연소기로부터 배출되는 연소 가스의 열을 최대한 회수하여 연소 공정에 사용되는 외부 흡입 공기를 가열하는 열교환기를 갖는 공기 예열기를 상기 연소기의 외부에 설치하는 것이다.Another object of the present invention is an air preheater having a heat exchanger for heating the external intake air used in the combustion process by recovering the heat of the combustion gas discharged from the combustor in order to improve the combustion efficiency and thermal efficiency of the premixed combustor It is installed outside the combustor.

도1은 본 발명에 의한 표면 화염 방식의 예혼합 연소기와 공기 예열기의 조합체를 도시한 도면.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 shows a combination of a surface flame type premix combustor and an air preheater according to the present invention.

도2는 본 발명에 의한 공기 예열기의 구조를 나타내는 평면도.Figure 2 is a plan view showing the structure of the air preheater according to the present invention.

도3은 도2ㅡ의 선 A-A'를 따라 단면을 취한 공기 예열기 하부의 단면도.3 is a cross-sectional view of the lower portion of the air preheater taken along the line A-A 'of FIG.

도4는 도3에 도시된 원통 부재에 형성된 열전달용 휜(fin)을 도시한 도면.Fig. 4 shows a heat transfer fin formed in the cylindrical member shown in Fig. 3;

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

10 : 예혼합 연소기 20 : 공기 예열기10: premixed combustor 20: air preheater

21a, 21b, 21c, 21d :원통 부재 22a, 22b, 22c : 유로21a, 21b, 21c, 21d: cylindrical member 22a, 22b, 22c: flow path

23 : 외부 공기 유입구 24 : 연소 가스 배기구23: outside air inlet 24: combustion gas exhaust

26 : 연결부 29 : 파이프26 connection part 29 pipe

30 : 공기-연료 혼합실 50 : 열전달용 휜30: air-fuel mixing chamber 50: heat transfer fan

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 표면 화염 형태의 연소기를 채용하였다. 표면 화염 형태의 연소기는 연료와 공기를 완전하게 혼합하여 공급하는 예혼합 방식의 연소기로서 상기 연소기 표면으로부터의 복사 열전달에 의해 공기 예열기 쪽으로 열전달이 활발한 대신에 화염면의 온도는 낮아져서 NOx의 배출량을 극히 낮게 유지할 수 있다. 또한, 표면 화염 방식의 예혼합 연소기는 화염면의 방향을 하향, 상향, 수평 등 다양하게 선택할 수 있으므로, 연소기와 열교환기 장치의 위치를 설계자가 원하는 방향으로 배치하는 것이 가능할 뿐만 아니라 화염의 길이가 종래의 확산 화염 방식에 비해 매우 가깝게 할 수 있다.In order to achieve this object, the present invention employs a combustor in the form of a surface flame. The combustor of the surface flame type is a premixed combustor that completely mixes and supplies fuel and air. The radiant heat transfers to the air preheater by radiant heat transfer from the surface of the combustor. Can be kept low. In addition, the pre-mixed combustor of the surface flame type can select the direction of the flame face down, upward, horizontal, etc., so that the position of the combustor and the heat exchanger device can be arranged in the direction desired by the designer, and the length of the flame It can be very close compared to the conventional diffusion flame method.

또한, 본 발명에서는 배기 특성(Emission)이 우수한 표면 화염 방식의 연소기를 적용한 열구동 열펌프에 관한 전체 시스템을 소형화할 수 있도록 공기 예열기 등을 재생기와 일체형으로 설계하고, 고온 가열기 내부의 열전달 성능을 향상하기 위한 여러가지 신규한 구조를 도입하였다.In addition, in the present invention, the air preheater and the like are integrally designed with a regenerator to reduce the overall system of the thermally driven heat pump using the surface flame type combustor having excellent emission characteristics, and improve the heat transfer performance inside the high temperature heater. Several new structures have been introduced to improve.

본원 발명에 따르면, 표면 화염 방식의 예혼합 연소기를 사용하여 열구동 열펌프의 고온부를 가열하기 위한 연소기 및 공기 예열기 조합체에 있어서, 상기 열구동 열펌프에 열에너지를 전달하기 위한 표면 화염 방식의 예혼합 연소기(10)와, 상기 연소기(10)에 공급될 공기-연료 혼합기를 형성하는 공기-연료 혼합실(30)과, 상온의 외부 공기를 상기 연소기(10)로부터 배출된 고온의 연소 가스를 이용하여 가열하는 공기 예열기(20)와 이들을 고정하기 위한 연결부(26)로 구성되며, 상기 공기 예열기(20)는 하나 이상의 환상의 공기 유동 유로(22a, 22c)와 상기 공기 유동 유로(22a, 22c)에 인접한 하나 이상의 환상의 연소 가스 유동 유로(22b)를 구비하고, 상기 유로(22a-22c)의 내측 중앙의 중공부(90)에는 상기 연소기(10) 및 열펌프의 고온부가 위치하며, 상기 연소기(10)는 공기 예열기(20)의 연소 가스 유동 유로(22b) 및 상기 혼합실(30)과 연통하며 상기 공기 유동 유로(22a, 22c)는 상기 혼합실(30)과 연통하는 것을 특징으로 하는 연소기 및 예열기 조합체를 제공할 수 있다.According to the present invention, a combustor and air preheater combination for heating a high temperature part of a thermally driven heat pump using a premixed combustor of a surface flame type, the surface flame type premixing for transferring thermal energy to the thermally driven heat pump. Combustor 10, an air-fuel mixing chamber 30 forming an air-fuel mixture to be supplied to the combustor 10, and high-temperature combustion gas discharged from the combustor 10 using ambient air at room temperature Air preheater 20 to be heated and a connection portion 26 for fixing the air preheater 20, wherein the air preheater 20 includes one or more annular air flow passages 22a and 22c and the air flow passages 22a and 22c. One or more annular combustion gas flow passages 22b adjacent to and in the hollow portion 90 in the inner center of the passages 22a-22c, the combustor 10 and the high temperature portion of the heat pump are located; 10 is Combustor and preheater combination characterized in that it is in communication with the combustion gas flow passage 22b of the air preheater 20 and the mixing chamber 30, and the air flow passages 22a and 22c communicate with the mixing chamber 30. Can be provided.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.The present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도1은 본 발명에 의한 예혼합 연소기 및 공기 에열기의 조합체를 개략적으로 도시하고 있다. 상기 조합체는 예혼합 연소기(10), 공기-연료 혼합실(30) 및 공기예열기(20)로 구성되며, 이들은 플랜지 형태의 연결부(26)에 의해 상호 연결된다.Figure 1 schematically shows a combination of a premixed combustor and an air heater in accordance with the present invention. The combination consists of a premix combustor 10, an air-fuel mixing chamber 30 and an air preheater 20, which are interconnected by flanged connections 26.

연소기(10)의 표면(101)은 다공성 금속 섬유 매트(mat)로 적층되어 화염대 상류로의 열전달을 충분히 억제함으로써 통상의 예혼합 연소기의 가장 중요한 문제인 역화 현상(flashback)의 위험을 제거할 수 있다. 연소기(10)의 위에는 연료와 공기를 혼합시키는 공기-연료 혼합실(30)이 구비되며, 상기 연소기(10)의 방사상 외부에는 공기 예열기(20)가 구비된다. 상기 예혼합 연소기(10)의 높이는 도시되지 않은 열펌프의 열교환 장치의 튜브 또는 헤드 크라운(Head Crown)의 형상과 크기에 따라 정해지며, 연소기(10)의 직경은 상기 튜브 또는 크라운의 중앙 공간의 직경에 따라 결정된다.The surface 101 of the combustor 10 is laminated with a porous metal fiber mat to sufficiently inhibit heat transfer upstream of the flame zone, thereby eliminating the risk of flashback, which is the most important problem of conventional premixed combustors. have. An air-fuel mixing chamber 30 for mixing fuel and air is provided on the combustor 10, and an air preheater 20 is provided on the radially outer side of the combustor 10. The height of the premix combustor 10 is determined according to the shape and size of the tube or head crown of the heat exchanger of the heat pump (not shown), the diameter of the combustor 10 is the center space of the tube or crown It depends on the diameter.

연료-공기 혼합실(30)은 상기 연결부(26)를 통해 공기 예열기(20)와 연소기(10)에 연결된다. 상기 혼합실(30)에는 연소기(10)에 공급될 연료가 유입되는 연료 유입구(33)와, 후술하는 바와 같이 상기 연소기(10)로부터 배출된 고온의 연소 가스와 열교환을 거친 고온의 공기가 유입되는 고온 공기 유입구(31)를 구비하고 있다. 상기의 유입구들(31, 33)로부터 유입된 공기와 연료는 상기 혼합실(30)내에서 충분히 혼합된 후, 플랜지형 연결부(26)를 통해 예혼합 연소기(10)로 공급된다.The fuel-air mixing chamber 30 is connected to the air preheater 20 and the combustor 10 through the connection 26. A fuel inlet 33 into which the fuel to be supplied to the combustor 10 flows into the mixing chamber 30, and high temperature combustion gas discharged from the combustor 10 and hot air that has undergone heat exchange are introduced as described below. Hot air inlet 31 is provided. Air and fuel introduced from the inlets 31 and 33 are sufficiently mixed in the mixing chamber 30, and then supplied to the premix combustor 10 through the flange-shaped connection part 26.

공기 예열기(20)는 상부(201) 및 하부(202)로 구성된다. 양호한 실시예에서는, 상기 하부(202)는 공기 예열기(20)의 바닥면으로부터 소정의 거리(S), 예컨대 바람직하게는 150㎜의 거리에 해당하는 부분이며, 상부(201)는 그 이상의 부분이다(도3 참조).The air preheater 20 consists of an upper portion 201 and a lower portion 202. In a preferred embodiment, the lower part 202 is a part corresponding to a predetermined distance S from the bottom surface of the air preheater 20, for example, preferably 150 mm, and the upper part 201 is an upper part. (See Figure 3).

공기 예열기(20)의 상부(201)는 상온의 외부 공기를 흡입하기 위한 외부 공기 유입구(23)와, 연소기(10)로부터 배출되어 외부 공기와 열교환을 거친 연소 가스를 배출하기 위한 연소 가스 배기구(24)와, 공기 예열기(20) 내에서 열교환을 수행한 고온의 공기를 연료-공기 혼합실(30)로 공급하기 위한 공기 출구(25)와, 그리고 상기의 부재들이 형성되는 다기관(manifold) 형태의 본체부로 구성된다.The upper portion 201 of the air preheater 20 has an external air inlet 23 for sucking external air at room temperature, and a combustion gas exhaust port for exhausting the combustion gas discharged from the combustor 10 and undergoing heat exchange with the external air. 24, an air outlet 25 for supplying hot air, which has undergone heat exchange in the air preheater 20, to the fuel-air mixing chamber 30, and a manifold form in which the members are formed. It consists of a main body.

공기 예열기(20)의 하부(202)는 양호하게는 강재로 제조된 다수의 원통 부재(21a-21d)를 동심원 형태로 중복, 배열하여 구성한 것이다. 이는 도2 및 도3에 상세히 잘 도시되어 있다. 이러한 구성으로써, 인접하는 2개의 원통 부재에 의해 각각 내부 유로(22a), 중간 유로(22b) 및 외부 유로(22c)가 형성된다. 상기 원통 부재의 두께는 각각 대략 2㎜ 정도가 바람직하다(도4 참조). 상기 공기 예열기(20) 하부(202)의 바닥면은 상기 원통 부재와 동일한 재료로 제조되어 상기 하부(202)를 밀폐한다. 원통 부재 벽면의 내외측 벽에는 후술하는 열전달용 휜(50 ; 도4 참조)이 설치된다.The lower portion 202 of the air preheater 20 is configured by overlapping and arranging a plurality of cylindrical members 21a-21d, which are preferably made of steel, in concentric circles. This is illustrated in detail in FIGS. 2 and 3. With this configuration, the inner flow passage 22a, the intermediate flow passage 22b and the outer flow passage 22c are formed by two adjacent cylindrical members, respectively. As for the thickness of the said cylindrical member, about 2 mm is preferable respectively (refer FIG. 4). The bottom surface of the lower portion 202 of the air preheater 20 is made of the same material as the cylindrical member to seal the lower portion 202. A heat transfer fin (see Fig. 4), which will be described later, is provided on the inner and outer walls of the cylindrical member wall surface.

또한, 파이프(29)는 공기 출구(25)와 고온 공기 유입구(31)를 연통시키고 있으며, 고온(예컨대, 400℃ 이상)의 공기가 통과하므로 이로 인한 열변형을 충분히 견딜 수 있도록 양호한 실시예에서는 강제(steel)의 주름관 형태로 제조된다.In addition, the pipe 29 is in communication with the air outlet 25 and the hot air inlet 31, in the preferred embodiment to sufficiently withstand the heat deformation due to the high temperature (for example, 400 ℃ or more) passes through It is manufactured in the form of steel corrugated pipe.

도2는 본 발명에 의한 공기 예열기(20)를 상부에서 도시한 도면이고, 도3은 도 2의 선 A-A'를 따라 절단한 예혼합 연소기 및 공기 예열기 조합체의 단면도이다.FIG. 2 is a view showing the air preheater 20 according to the present invention from the top, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the premixed combustor and air preheater combination cut along the line A-A 'of FIG.

전술한 바와 같이, 바람직하기로는 공기 예열기(20)의 상부(201) 및 하부(202)의 경계 위치는 상기 공기 예열기(20)의 바닥면으로부터의 거리(S)가 150㎜인 지점임을 알 수 있다.As described above, it is preferable that the boundary positions of the upper portion 201 and the lower portion 202 of the air preheater 20 are points at which the distance S from the bottom surface of the air preheater 20 is 150 mm. have.

가장 내부에 위치한 원통 부재(21a)는 원통형 중공부 형상의 소정의 공간(90)을 형성하며, 상기 공간(90)내에는 도1에 도시한 바와 같이 연소기(10)와 열구동 열펌프의 열교환 튜브 장치(도시되지 않음)가 설치되며, 상기 열교환 튜브 장치의 설치 위치는 연소기(10)와 원통 부재(21a)에 의해 형성된 환형의 공간이 됨을 알 수 있다. 또한, 상기 중공부(90)내에 위치하는 예혼합 연소기(10) 내부의 화염 형태 관측 및 연소 제어를 목적으로 제조되는 관측창을 구비할 수도 있다.The innermost cylindrical member 21a forms a predetermined space 90 in the shape of a cylindrical hollow portion, and heat exchange between the combustor 10 and the heat driven heat pump as shown in FIG. It can be seen that a tube device (not shown) is installed, and the installation position of the heat exchange tube device is an annular space formed by the combustor 10 and the cylindrical member 21a. In addition, it may be provided with an observation window that is manufactured for the purpose of flame control and combustion control in the pre-mixed combustor 10 located in the hollow portion 90.

공기 예열기(20)의 상부(201)는 상기 예열기(20)의 하부(202)로부터 각각의 유로가 연장되는 형태로서 다기관(manifold) 형태로 되어 있으나, 통상 하기 하부(202)와는 달리 열전달용 휜(50)이 구비되어 있지 않을 뿐만 아니라 후술하는 바와 같이 연소 가스와 외부 공기와의 열교환 시간을 증가시키기 위한 수직 격벽(partition wall)도 통상 구비하지 않는다. 공기 예열기(20)의 상부(201) 및 하부(202)는 제작편의를 위해 각기 독립적으로 제조된 후 상호 견고히 고정되는 것이 바람직하다.The upper portion 201 of the air preheater 20 is a manifold type in which each flow path extends from the lower portion 202 of the preheater 20, but is different from the lower portion 202. Not only 50 is provided, but also a vertical partition wall for increasing the heat exchange time between the combustion gas and the outside air is not usually provided as described later. The upper portion 201 and the lower portion 202 of the air preheater 20 are preferably manufactured separately for convenience of manufacture, and then firmly fixed to each other.

공기 예열기(20)의 하부(202)에 형성된 유로(22a-22c)는 각각 원주 방향으로 90°씩 4개의 섹션(section) 으로 분리되도록 공기 예열기 하부(202)의 수직 방향으로 전체에 걸쳐 각각의 유로를 차단하는 4개의 격벽이 설치된다. 상기 각각의 섹션은 공기 예열기(20)의 상부(201) 및 하부(202) 사이에(도시되지 않은) 하나씩의 유입개구를 가지며, 따라서 공기 예열기의 전체로는 각 유로(22a-22c)마다 4개의 개구가 형성된다. 상기 개구는 양호하게는 4㎝×1㎝크기를 가지며, 이를 통해 공기예열기(20)의 상부(201) 및 하부(202)가 연통된다. 상기 4개의 개구는 공기 예열기(20)의 원통형 원통 부재(21a-21d)의 공통 중심축에 대해 원주 방향으로 90°각도로 균등 배치되는 것이 바람직하다. 예컨대, 4개의 섹션은 도2에 개략적으로 도시된 바와 같이 A'OB섹션, BOA 섹선, AOB' 섹션 및 B'OA' 섹션으로 분리될 수 있다. 더욱이, 공기 예열기(20) 내에서 충분한 열교환이 수행되도록 고온의 연소 가스 및 외부 흡입 공기가 공기 예열기(20) 내에 체류하는 시간, 즉 열교환 시간을 충분히 연장시키기 위해 상기 공기 및 연소 가스는(도시되지 않은)또다른 수직 격벽에 의해 더 작은 섹션으로 분리할 수 있다. 90°섹션을 3개의 30°섹션으로 다시 분리하면 외부 공기는 90° 섹션 내에서 3회 유동이 가능하게 된다.The flow paths 22a-22c formed in the lower portion 202 of the air preheater 20 are respectively divided in four vertical sections 90 ° in the circumferential direction, respectively. Four partitions are provided to block the flow path. Each section has one inlet opening (not shown) between the top 201 and the bottom 202 of the air preheater 20, so that the total of the air preheater is 4 for each flow path 22a-22c. Openings are formed. The opening preferably has a size of 4 cm x 1 cm, through which the top 201 and the bottom 202 of the air preheater 20 communicate. The four openings are preferably equally disposed at an angle of 90 ° in the circumferential direction with respect to the common central axis of the cylindrical cylindrical members 21a-21d of the air preheater 20. For example, four sections may be divided into an A'OB section, a BOA section, an AOB 'section, and a B'OA' section as schematically illustrated in FIG. Moreover, the air and the combustion gas are not shown (not shown) in order to sufficiently extend the time that the hot combustion gas and the external intake air remain in the air preheater 20, ie, the heat exchange time, so that sufficient heat exchange is performed in the air preheater 20. Another vertical bulkhead to separate it into smaller sections. The separation of the 90 ° section into three 30 ° sections allows the outside air to flow three times within the 90 ° section.

예를 들면, A'OB 섹션(90°섹션)내의 외부 유로를 3개로 분리한 30°섹션을 반시계 방향으로 22a-1, 22a-2, 22a-3이라 하고, 동일한 90°섹션 내의 내부 유로의 30°섹션을 마찬가지의 방향으로 22c-1, 22c-2, 22c-3이라 하면, 고온의 연소 가스와의 열교환 시간을 증가시키기 위해 외부 공기는 다음과 같은 30°섹션의 순서로 유동한다. 즉, 22a-1, 22a-2, 22a-3, 22c-3, 22c-2 및 22c-1의 순서이다. 상기 22a-3 섹션 및 22c-3섹션 사이에는 후술하는 구멍(211)이 형성됨은 물론이다.For example, a 30 ° section which is divided into three external flow paths in the A'OB section (90 ° section) is called 22a-1, 22a-2, 22a-3 in the counterclockwise direction, and an internal flow path in the same 90 ° section. In the same direction as the 30 ° sections of 22c-1, 22c-2, and 22c-3, the outside air flows in the following 30 ° sections in order to increase the heat exchange time with the hot combustion gas. That is, the order is 22a-1, 22a-2, 22a-3, 22c-3, 22c-2 and 22c-1. Of course, a hole 211 to be described later is formed between the 22a-3 and 22c-3 sections.

연소기(10)는 공기 예열기의 중간 유로(22b)와 대응하는 공기 예열기의 상부(201)의 부분과 플랜지형 연결부(26)의 연결 통로를 통하여 연결된다. 중간 유로(22b)의 각 섹션은 상, 하부를 연결하는 연결 통로를 구비하며 각 섹션의 하부에 인접하는 섹션 중 하나와 연통하는 연결 통로를 구비한다. 그러나, 중간 유로(22b)의 구성은 이로 한정되는 것은 아니며, 효과적인 열교환을 위해 배기 가스를 유동시킬 수 있는 구성이라면 어느 것이나 사용할 수 있다.The combustor 10 is connected to the intermediate passage 22b of the air preheater with a portion of the upper portion 201 of the air preheater and through a connecting passage of the flanged connection 26. Each section of the intermediate flow passage 22b has a connecting passage connecting the upper and lower portions and a connecting passage communicating with one of the sections adjacent to the lower portion of each section. However, the configuration of the intermediate flow passage 22b is not limited thereto, and any configuration may be used as long as it can flow the exhaust gas for effective heat exchange.

도4는 공기 예열기(20)의 하부(201)를 구성하는 원통 부재(21a-21d)의 내외측 벽에 형성된 열전달용 휜(50)을 상세히 도시한 도면이다. 도4를 참조하면, 공기 예열기(20)의 하부(201)에서 상온의 외부 공기와 연소기(10)에서 가열된 고온의 연소가스가 효율적으로 열전달을 수행하도록, 상기 휜(50)은 강재 금속(steel metal)으로 제조된 가로, 세로 및 높이가 각각 1㎜, 1㎜ 및 4㎜의 형상을 갖는 직육면체의 돌기 형상으로 제조되는 것이 바람직하다.4 is a view showing in detail the heat transfer fin 50 formed on the inner and outer walls of the cylindrical members 21a-21d constituting the lower portion 201 of the air preheater 20. Referring to FIG. 4, in order to efficiently conduct heat transfer between the external air at room temperature in the lower portion 201 of the air preheater 20 and the hot combustion gas heated in the combustor 10, the fin 50 is formed of a steel metal ( It is preferable that the width, length and height made of steel metal) are made in the shape of a rectangular parallelepiped having a shape of 1 mm, 1 mm and 4 mm, respectively.

이제, 본 발명에 의한 공기 예열기 및 공기-연료 혼합실 내의 공기 및 연소 가스의 유동에 대해 상세히 설명한다.Now, the flow of air and combustion gas in the air preheater and air-fuel mixing chamber according to the present invention will be described in detail.

다시 도1을 참조하면, 상온의 외부 공기는 외부 공기 유입구(23)를 통해 공기 예열기(20)의 상부(201)내로 유입되고, (도시되지 않은) 전술한 4개의 개구를 통해 공기 예열기 상부(201)로부터 각각의 90°섹션에 해당되는 공기 예열기 하부(201)의 외부 유로(22c)로 유입되고, 도3에 도시된 구멍(211)을 통해 외부 유로(22c)로부터 내부 유로(22a)로 이동하고, 다시 공기 예열기 상부로 유동하여 공기 출구(25)와 고온 공기 유입구(31)를 통해 공기-연료 혼합실(30)로 공급된다.Referring again to FIG. 1, ambient air at room temperature is introduced into the upper portion 201 of the air preheater 20 through the external air inlet 23, and the upper portion of the air preheater (not shown) through the four openings described above (not shown). 201 is introduced into the outer flow passage 22c of the lower portion of the air preheater 201 corresponding to each 90 ° section, and from the outer flow passage 22c to the inner flow passage 22a through the hole 211 shown in FIG. It is moved and flows again above the air preheater and is supplied to the air-fuel mixing chamber 30 through the air outlet 25 and the hot air inlet 31.

한편, 연소기(10)내에서 배출되는 고온의 연소 가스는 플랜지형 연결부(26)를 통해 공기 에열기 상부(201)로 공급되어 일부의 연소 가스는 공기 예열기 하부(202)의 중간 유로(22b)를 통과한 후 연소 가스 배기구(24)를 통해 외부로 유출된다.On the other hand, the hot combustion gas discharged from the combustor 10 is supplied to the upper portion of the air heater 201 through the flange-shaped connecting portion 26 so that some of the combustion gas is in the middle flow passage 22b of the lower portion of the air preheater 202. After passing through the exhaust gas is discharged to the outside through the exhaust port (24).

본 발명에 의하면, 상온의 외부 공기는 외부 유로(22c)와 내부 유로(22a)를 지나는 동안 중간 유로(22b)내의 연소 가스와 다수의 열전달용 휜(50)을 통해 열교환을 일으켜서 약 400℃까지 온도가 상승된 후 상기 공기-연료 혼합실(30)로 유동된다. 이때, 연료는 상기 연료-공기 혼합실(30)의 상부에 설치된 연료 유입구(33)를 통해 유입되어 상기 고온의 외부 공기와 혼합된다. 이러한 공기-연료 혼합 기체는 플랜지형 연결부(26)를 통해 예혼합 연소기(10)로 공급되어 연소기 내의 금속 섬유 매트 상에서 연소가 일어나며, 상기 연소기(10)의 표면(101)에서 열구동 열펌프의 열교환 튜브를 통해 고온의 에너지가 상기 열펌프로 전달되게 된다.According to the present invention, the outside air at room temperature undergoes heat exchange through the plurality of heat transfer fins 50 with the combustion gas in the intermediate flow passage 22b while passing through the outer flow passage 22c and the inner flow passage 22a to about 400 ° C. After the temperature rises, it flows into the air-fuel mixing chamber 30. At this time, the fuel is introduced through the fuel inlet 33 installed in the upper portion of the fuel-air mixing chamber 30 and mixed with the hot outside air. This air-fuel mixture gas is fed to the premix combustor 10 via a flanged connection 26 to combust on a metal fiber mat in the combustor, and the heat-driven heat pump at the surface 101 of the combustor 10 The high temperature energy is transferred to the heat pump through the heat exchange tube.

또한, 본 발명에서 적용한 연소기는 예혼합 연소기이므로 점화 시의 안전성을 고려하여 외부에서 점화시킨 후 열펌프의 주 연소실에 연소 가스를 유입하는 방식을 사용하거나, 또는 점화 장치를 갖는 확산 화염 형태의 파일로트(pilot)화염을 설치하여 연소기를 점화하는 방법을 적용할 수도 있다.In addition, since the combustor applied in the present invention is a premixed combustor, the combustion gas is introduced into the main combustion chamber of the heat pump after ignition from the outside in consideration of the safety at the time of ignition, or in the form of a diffuse flame having a ignition device. It is also possible to apply a pilot flame to ignite the combustor.

본 발명에 의한 열구동 열펌프용 표면 화염 방식의 예혼합 연소기 및 공기예열기 조합체를 이용함으로써 열구동 열펌프의 전체 구성을 소형화할 수 있으며, 공기 예열기에서의 열전달 특성이 향상됨으로써 상기 열구동 열펌프의 성능을 현저히 향상시킬 수 있었다.By using the surface flame type premixed combustor and air preheater combination according to the present invention, the overall configuration of the heat driven heat pump can be miniaturized, and the heat transfer heat pump is improved by improving the heat transfer characteristics in the air preheater. Could significantly improve the performance.

Claims (4)

표면 화염 방식의 예혼합 연소기를 사용하여 열구동 열펌프의 고온부를 가열하기 위한 연소기 및 공기 예열기 조합체에 있어서, 상기 열구동 열펌프에 얼에너지를 전달하기 위한 표면 화염 방식의 예혼합 연소기(10)와, 상기 연소기(10)에 공급될 공기-연료 혼합기를 형성하는 공기-연료 혼합실(30)과, 상온의 외부 공기를 상기 연소기(10)로부터 배출된 고온의 연소 가스를 이용하여 가열하는 공기 예열기(20)와 이들을 고정하기 위한 연결부(26)로 구성되며, 상기 공기 예열기(20)는 하나 이상의 환상의 공기 유동 유로(22a, 22c)와 상기 공기 유동 유로(22a, 22c)에 인접한 하나 이상의 환상의 연소 가스 유동 유로(22b)를 구비하고, 상기 유로(22a-22c)의 내측 중앙의 중공부(90)에는 상기 연소기(10) 및 열펌프의 고온부가 위치하며, 상기 연소기(10)는 공기 예열기(20)의 연소 가스 유동 유로(22b) 및 상기 혼합실(30)과 연통하며 상기 공기 유동 유로(22a, 22c)는 상기 혼합실(30)과 연통하는, 것을 특징으로 하는 연소기 및 예열기 조합체.A combustor and air preheater combination for heating a high temperature portion of a thermally driven heat pump using a surface flame type premixed combustor, the surface flame type premixed combustor (10) for delivering ear energy to the thermally driven heat pump. And an air-fuel mixing chamber 30 forming an air-fuel mixture to be supplied to the combustor 10, and air for heating external air at room temperature using the high-temperature combustion gas discharged from the combustor 10. It consists of a preheater 20 and a connection portion 26 for fixing them, the air preheater 20 having one or more annular air flow passages 22a, 22c and one or more adjacent air flow passages 22a, 22c. An annular combustion gas flow passage 22b is provided, and the high temperature portion of the combustor 10 and the heat pump is located in the hollow portion 90 in the inner center of the flow passages 22a-22c. Smoke of air preheater 20 A gas flow passage (22b) and the mixing chamber 30 and the communication, and said air flow passage (22a, 22c) is a combustor, and a pre-heater combination, characterized in that, in communication with the mixing chamber 30. 제1항에 있어서, 상기 공기 예열기(20)의 상기 유로(22a-22c)는 소정의 간격으로 배치된 적어도 4개의 원통 부재(21a-21d)를 동심원 형태로 배치하여 형성되며, 공기 유동 유로는 가장 내측의 유로(22a) 및 가장 외측의 유로(22c)로 이루어지며, 배기 가스 유동 유로는 상기 공기 유로 사이의 유로(22b)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연소기 및 예열기 조합체.According to claim 1, wherein the flow path (22a-22c) of the air preheater 20 is formed by arranging at least four cylindrical members (21a-21d) arranged in a predetermined interval in a concentric manner, the air flow flow path is A combustor and preheater combination comprising an innermost flow path (22a) and an outermost flow path (22c), and an exhaust gas flow path consists of a flow path (22b) between the air flow paths. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 공기 예열기(20)의 유로(22a-22c)를 형성하는 벽의 내부 벽면에는 다수의 직육면체의 돌기 형태의 열전달용 휜(50)이 구비되는 것을 특징으로 하는 연소기 및 예열기 조합체.The heat transfer fin 50 of claim 1, wherein the inner wall of the wall forming the flow paths 22a to 22c of the air preheater 20 is provided with a plurality of rectangular parallelepiped protrusions. Combustor and preheater combination. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 공기 예열기(20)의 상기 유로(22a-22c)는 상기 예열기(20)의 중심축에 대해 원주 방향으로 소정의 각도로 분리하는 격벽에 의해 다수의 섹션으로 분리된 것을 특징으로 하는 연소기 및 예열기 조합체.A plurality of sections according to claim 1 or 2, wherein the flow paths (22a-22c) of the air preheater (20) are separated by a partition wall separating at a predetermined angle in the circumferential direction with respect to the central axis of the preheater (20). Combustor and preheater combination, characterized in that separated into.
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