KR101030289B1

KR101030289B1 - 풀타임 축열연소식 단일 라디안트 튜브 버너

Info

Publication number: KR101030289B1
Application number: KR1020090085381A
Authority: KR
Inventors: 동상근; 양제복; 이은경
Original assignee: 한국에너지기술연구원
Priority date: 2009-09-10
Filing date: 2009-09-10
Publication date: 2011-04-19
Also published as: US8226405B2; US20110056487A1; KR20110027336A

Abstract

본 발명은 풀타임 축열연소식 단일 라디안트 튜브 버너에 관한 것으로서, 라디안트 튜브 타입의 버너; 상기 버너로부터 발생된 배기가스 열을 축열시켜 흡입연소공기의 예열에 사용되도록 하는 축열부; 및 상기 축열부에 흡입공기 및 배기가스를 통과시켜 열교환되도록 하되, 버너의 흡배기 공정이 동시 진행되어 풀타임 연소가 이루어지도록 하는 흡배기 절환장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 구성에 따른 본 발명은 단일 라디안트 튜브 버너를 이용한 풀타임 연소가 가능하기 때문에 연소효율을 극대화시켜 에너지 효율이 향상되는 효과가 있고, 흡배기 절환장치의 구조가 간단하고 상기 흡배기 절환장치와 일체화된 축열부가 버너본체의 둘레를 감싸듯이 장착됨으로써, 버너의 콤팩트(compact)한 설계가 가능하고, 버너의 소형제작이 가능하기 때문에 설치공간에 제약을 받지 않는 것은 물론, 다양한 환경에 적용할 수 있는 효과를 갖는다.

풀타임 연소, 라디안트 튜브 버너, 흡배기 절환장치

Description

풀타임 축열연소식 단일 라디안트 튜브 버너{full time regenerative type single radiant tube burner}

본 발명은 단일 라디안트 튜브 버너에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 풀타임 축열연소가 가능한 단일 라디안트 튜브 버너에 관한 것이다.

일반적으로 버너 등의 연소기들은 연료와 공기를 적당한 배합비로 주입하여 연소시키고, 그 연소시 발생되는 열에너지를 다른 매체물들에 전달하여 녹이거나 온도변화를 시키고, 또한 전기나 운동에너지로 전환시키기 위하여 사용되는 장치이다.

이러한 연소기나 버너 등은 공업로 내에서의 연소반응, 전열특성의 최적화를 구현하여야 하고, 로 내에서 최적의 온도를 이루도록 하여야 한다.

또한 연소기나 버너 등은 취급이 용이하고 안전하여야 하며, 작업환경이 사람에게 해롭지 않아야 할 뿐만 아니라, 배출되는 열, 기체, 유체 및 공해물 등이 최소가 되면서도 고효율을 유지할 수 있어야만 이상적인 버너이다.

다시 말해서, 연소기나 버너 등은 고효율을 추구하되 연소시 배출되는 NOx(질소산화물)의 량을 최소화하면서도 화염안정성을 획득하는 것이 버너 개발의 주요한 목적이며, 앞으로도 추구되어야 할 과제인 것이다.

그런데 이것은 이상적인 과제로써 아직 완벽히 해결된 과제는 아니다.

즉, 종래에는 연소기의 연소시 배출되는 NOx(질소산화물)양이 과다하여 환경이나 인체에 해로운 위험한 수준이었다.

따라서 오래 전부터 저 NOx(질소산화물) 생성을 위한 연소기나 버너 등의 개발에 관한 많은 연구가 국내외에서 수행되어 왔는데, 주로 연구된 분야는 다단 연소법이나 농담(lean/rich) 연소법과 같은 비평형 연소법이었다.

또한 연소 배기가스를 내부 순환 방식 또는 외부 순환 방식으로 재순환 시켜 화염 최대 온도를 낮춤으로써 NOx를 저감하는 배가스 재순환 연소방법이 있으며, 후처리 방법으로서 선택적 촉매 환원(SCR, Selective Catalytic Reduction) 및 비선택적 촉매 환원(SNCR, Selective Non-Catalytic Reduction) 장치를 이용하는 기술이 있다.

그밖에 연료분사의 단계적 공급에 의한 재연소(reburning)효과 이용기술, 표면/촉매 연소에 의한 온도 균일화 등 여러 시도가 있었으며, 현재에도 발달되고 있는 추세이다.

하지만 화염의 안정성 및 미연분 발생이 거의 없고 공업로 시스템 열효율이 높은 에너지 절약형 저 NOx(질소산화물) 연소기의 개발은 용이하지 않다.

왜냐하면 NOx를 저감시키기 위해 화염 온도를 낮추면 그에 따른 에너지 효율감소가 불가피하기 때문이다.

이하에서는 기존에 연구 개발된 NOx(질소산화물) 억제 방법 중 본 발명과 관련이 있는 1) 비평형 연소법과 2) 배기가스 재순환 연소방법을 순차적으로 설명한다.

1) 비평형 연소법

이 비평형 연소법은 다시 공기 2단 공급연소법과 Bias연소법이 있는데, 이들은 연소를 위한 공기의 공급비를 조절하여 NOx(질소산화물)의 생성을 억제한다는 점에서 동일하다.

즉, 연소에 따른 NOx(질소산화물)의 생성비를 살펴보면, 그 최고의 생성점이 되는 부분이 연료와 공기간의 일정한 혼합에 의해 연소효율성이 우수한 배합비율에서 발생된다.

다시 말해 이 배합비율에서 가장 열효율도 높지만 NOx(질소산화물)의 생성량은 최고점에 달하여 이율배반적이라 하겠다.

따라서 이 비평형 연소법은 NOx(질소산화물)의 최대 생성을 위한 연료와 공기간의 배합비율을 벗어나게 공기를 공급하는 것이다.

보다 상세하게 설명하자면 공기 2단 공급연소법은 공기를 1, 2차 단계로 분할하여 공급하는 연소법이다.

1차 단계에서는 상기 NOx(질소산화물)의 생성량이 최고점에 달하는 공기의 혼합량에 비해 적은 량으로 공급하고, 2차 단계에서는 공기를 과량으로 공급하여 전체적으로 NOx(질소산화물) 생성 최고지점을 피하는 방법이다.

물론 1차 단계에서 공기를 과량공급하고, 2차 단계에서 공기를 소량공급하는 방법으로도 동일한 목적을 달성할 수 있다.

이에 반하여 Bias 연소법은 저량의 공기비 영역과 높은 공기비 영역의 두 영역을 서로 이웃하도록 구현하는 방법이다.

즉, 2대의 버너에서 한쪽 버너는 저공기비로 연소하고 다른 하나는 고공기비로 연소하여 전체적으로는 적절한 공기비로 운전하는 형태와 한 대의 버너 노즐은 크게, 다른 쪽은 작게 분할하는 Bias Tip 등이 그 예이다.

결국 이 방법도 공기배분을 불균일하게 하여 NOx(질소산화물) 생성의 피크값을 피하는 것이다.

2) 배기가스 재순환법

이 배기가스 재순환법은 일단 연소된 연소가스를 재순환하여 다시 연소함으로서 연소가스의 부피를 증가하고 화염의 온도를 낮추어, 생성되는 NOx를 억제하는 방법이다.

이때 배기가스를 재순환하는 경우는 배기가스를 연소용 공기에 순환시킬 수도 있지만 공급되는 연료 중에 재순환시켜도 무방하다.

아무튼 이러한 배기가스 재순환 방법은 다시 외부식과 내부식이 있는데, 전자인 외부식은 연소되어 방출되는 배기가스의 일부를 투입연료나 연소용 공기 배관에 혼합하여 연소기로 다시 공급하는 방식이다.

이에 반하여 후자인 내부식은 로 내에서 배기가스를 재순환시키는 방식이다.

따라서 양자가 다 배기가스를 다시 연소를 위한 공기로 재순환시키기에 연소 를 위한 공기의 유입량을 떨어뜨린다.

물론 이는 화염온도를 떨어뜨리게 될 것이고 이에 따라 NOx(질소산화물)의 생성을 저감시키게 되는 것이다.

결국 1) 비평형 연소법 이나 2) 배기가스 재순환법은 연소시 필요한 공기의 유입량을 조절하여, NOx(질소산화물) 생성이 최대값이 되는 배합비를 피하는 것이다.

상기 서술된 NOx(질소산화물)발생을 억제시키는 방법은 어느 정도 해결방안이 나왔다고 볼 수 있으나, 이를 연소기나 버너 등에 적용했을 때, 그 열효율의 향상은 어떻게 해결해야만 하는가는 여전히 과제로 남는 것이다.

이에 상기 배기가스 재순환법을 버너 등에 적용하여 질소산화물의 억제 효과를 동시에 얻는 방법이 모색되고 있다.

즉, 화염으로 생성되는 고온 배기가스가 대기 중에 쓸모없이 배출되는 것을 방지하기 위해 재순환을 시키되, 배기가스의 열에너지를 축열기에 모아 다시 재사용하는 것이다.

축열기에 열에너지가 축적되어 고온을 유지하고 있는 버너에서는 설혹 산소농도가 낮은 분위기에서도 연소가 가능하기에 자연적으로 피크점을 피해 NOx(질소산화물) 발생을 억제시킬 수 있다.

또한 기존의 축열이 이루어지지 않는 공업로에서는 버너에서 화염을 발할 때 내부의 온도가 유독 높고 낮은 부분이 구획되어 있다.

즉, 온도가 높고 명확한 화명대가 국소적으로 일부 영역에서 존재한다는 것 이다.

이에 반하여 축열되어 항상 고온의 상태를 유지하고 있는 버너에서는 화염을 발할때 온도가 전체적으로 높고 낮은 부분의 영역이 구획되지 않고, 화염이 길게 형성되며 화명온도가 어느 정도 균일화를 이룬 상태로 연소된다.

이는 무화염이 되는 정도까지 확장되어 NOx(질소산화물) 발생도 억제시키며, 버려질 열에너지를 효율적으로 관리할 수 있도록 하는 효과를 가져온다.

그럼 여기서 전술된 것처럼, 배기가스 재순환법을 적용하여 버너에 축열시켜 재사용하는 형태의 종래 실시 예(버너)를 보고, 그 문제점을 살펴본다.

첫째, 도 1에 도시된 것처럼 연소를 위한 버너 등의 연소기(A,B)가 좌우로 대향되게 설치된 트윈 축열식 버너 시스템(200)이 있다.

즉, 대향된 2개의 연소기(A,B)에는 각각 별도의 축열기(C,D)가 구비되어 있다.

따라서 한대의 연소기(A)가 화력을 발하며 고온의 배기가스를 방출하게 되면, 대향된 연소기(B)에 부착된 축열기(D)에 폐열 에너지가 축적되는 것이다.

이러한 상태를 약 20~80초간 유지하다가, 다음의 연소기(B)가 화력을 발하며 대향하는 다른 연소기(A)에 부착된 축열기(C)가 열을 축적하는 것이다.

즉, 교번적으로 작동하며, 일측이 화력을 발할 때 타측은 열에너지를 축적하는 방식으로 사용된다.

둘째, 도 2는 전술된 트윈 축열식 버너 시스템과 동일 목적을 위한 것으로, 연소기(E,F)가 좌우로 나란히 설치되어 화력을 발하고, 배기가스의 방출열을 축열 기(G,H)로 축적하는 형태인 하니콤형 축열 연소 시스템(300)을 도시한 것이다.

셋째, 도 3도 전술된 버너 시스템과 동일 목적을 위한 것으로, 연소를 위한 버너 등의 연소기(A,B)를 라디언트 튜브의 양단에 대향되게 설치하되, 그 내부에 축열체를 내장하고 있는 라디언트 튜브형 축열 버너 시스템이다.

이 시스템에서는 한대의 연소기(A)가 화력을 발하며 고온의 배기가스를 방출하게 되면, 라디언트 튜브를 타고 밀려온 고온의 배기가스는 대향하는 연소기(B)에 내장된 축열기(D)에 그 열에너지를 축적한다.

이러한 상태를 일정시간 유지하다가, 다음의 연소기(B)가 화력을 발하면, 대향하는 다른 연소기(A)는 열에너지를 축적하는 것이다.

즉, 교번적으로 작동하며, 일측이 화력을 발할 때는 타측은 열에너지를 축적하는 방식으로 사용된다.

그런데 이러한 축열식 연소기의 경우, 2대의 연소기가 반드시 필요하여 그 제작비가 많이 소요된다.

특히 연소량이 적은 1000KW 미만의 연소기의 경우, 연소량에 비하여 시스템 적용 비용이 지나치게 많이 발생하여 현실적인 적용이 어렵다.

또한 설치공간이 협소한 연소로에는 버너의 설치가 어렵다.

더불어 2대로 설치되어야 하는 트윈 축열식 버너 시스템, 하니콤형 축열연소 시스템과 라디언트 튜브형 시스템은 그 부피가 상당하여 공간적인 제약을 받는다.

즉, 최대 버너의 크기, 댓수의 제한을 두게 되는 침탄로 등과 같은 열처리로나 화학 반응로에는 적용을 하기 힘든 문제가 있었다.

본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 단일 라디안트 튜브 버너의 풀타임 연소가 가능한 흡배기 절환장치의 구성을 제공하되, 흡배기 절환장치의 구조가 간단하고 상기 흡배기 절환장치와 축열부, 버너본체가 일체화 된 구성으로 이루어지도록 하여 버너의 콤팩트(compact)한 설계가 가능하도록 된 풀타임 축열연소식 단일 라디안트 튜브 버너를 제공함을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 라디안트 튜브 타입의 버너와; 상기 버너로부터 발생된 배기가스 열을 축열시켜 흡입연소공기의 예열에 사용되도록 하는 축열부; 및 상기 축열부에 흡입공기 및 배기가스를 통과시켜 열교환되도록 하되, 버너의 흡배기 공정이 동시 진행되어 풀타임 연소가 이루어지도록 하는 흡배기 절환장치;를 포함하고, 상기 흡배기 절환장치는, 제1축열실에 외부유입공기를 공급하거나 제1축열실에서 열교환되어진 배기가스를 외부로 배출하도록 된 제1구동부; 제2축열실에 외부유입공기를 공급하거나 제2축열실에서 열교환되어진 배기가스를 외부로 배출하도록 된 제2구동부; 제1축열실에서 예열된 흡입공기를 버너 측에 공급시키거나 버너에서 연소된 배기가스를 제1축열실에 공급하는 제3구동부; 및 제2축열실에서 예열된 흡입공기를 버너 측에 공급시키거나 버너에서 연소된 배기가스 를 제2축열실에 공급하는 제4구동부;를 포함한다.

여기서, 상기 축열부는 버너의 양측에 각각 독립된 유로를 갖는 제1축열실 및 제2축열실로 이루어진다.

그리고, 상기 제1구동부 또는 제2구동부 또는 제3구동부 또는 제4구동부 중 적어도 어느 하나의 구동부는, 3방향의 유로를 갖는 밸브몸체; 상기 밸브몸체 중앙에 설치되어 내부의 유로를 임의로 차단하거나 변경하도록 된 가변유로; 및 상기 가변유로를 축 연결시켜 회동되도록 조작하는 엑츄에이터;를 포함한다.

상기한 구성에 따른 본 발명은 단일 라디안트 튜브 버너를 이용한 풀타임 연소가 가능하기 때문에 연소효율을 극대화시켜 에너지 효율이 향상되는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 흡배기 절환장치의 구조가 간단하고 상기 흡배기 절환장치와 일체화된 축열부가 버너본체의 둘레를 감싸듯이 장착됨으로써, 버너의 콤팩트(compact)한 설계가 가능하고, 버너의 소형제작이 가능하기 때문에 설치공간에 제약을 받지 않는 것은 물론, 다양한 환경에 적용할 수 있는 효과를 갖는다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 풀타임 축열연소식 단일 라디안트 튜브 버너의 전체구조를 도시한 단면도이고, 도 5는 도 4의 버너 구조를 도시한 요부확대도이며, 도 6은 본 발명에 따른 흡배기 절환장치 구조를 도시한 요부확대 측단면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 흡배기 절환장치의 흡기과정을 도시한 요부확대 정면도이며, 도 8은 본 발명에 따른 흡배기 절환장치의 배기과정을 도시한 요부확대 정면도이다.

동 도면에서 보는 바와 같은 본 발명의 풀타임 축열연소식 단일 라디안트 튜브 버너는, 라디안트 튜브 타입의 버너(100)와, 상기 버너(100)로부터 발생된 배기가스 열을 축열시켜 흡입연소공기의 예열에 사용되도록 하는 축열부(200)와, 상기 축열부(200)에 흡입공기 및 배기가스를 통과시켜 열교환되도록 하는 흡배기 절환장치(300) 로 구성된다.

먼저, 상기 버너(100)의 구성에 대해 설명하면, 흡배기 절환장치(300)와 플렌지 결합되는 폐 공간의 버너본체(110)가 최 외곽부를 구성하고, 상기 버너본체(110)의 정 중앙에 위치하는, 끝단에 다수의 가스노즐공(121)이 형성된 가스유입관(120)이 구비되어 있다.

또한, 상기 가스유입관(120)의 상부에 사선으로 하향하는 길이 방향으로 점화봉(130)이 설치되어 버너에 불씨를 제공하는 점화장치로서 역할을 수행하게 된다.

또한, 상기 가스유입관(120)과 점화봉(130)을 수용하는 원통형상의 연소공기공급관(140)이 버너의 본체에 내장되도록 하여 축열부(300)로부터 예열된 공기가 유입되도록 한다.

이때, 상기 연소공기 공급관(140)의 일 끝단에는 예열공기노즐관(141)이 일체로 형성된다.

즉, 도 4에 도시된 것처럼, 폐 공간인 버너본체(110) 내부에 끝단이 터진 상태로 비치된 연소공기공급관(140)을 배기가스가 이동하여 배기가스 노즐관을 향해 분출하는 것이다.

이때, 고온의 공기와 배기가스는 가스유입관(120)의 끝단에 붙은 파일럿불씨에 공기를 공급하는 결과를 초래하여 본 발명의 버너(100)는 원통형상의 튜브(160)의 내부로 길고, 온도의 편차가 거의 없는 무화염 연소를 하는 것이다.

또한, 끝단에 보염관(151)이 일체화 되며, 상기 연소공기공급관(140)을 수용하는 열교환기관(150)이 구성되고, 상기 버너본체(110) 내주면, 열교환기관(150)과 연소공기공급관(140) 사이에 일정간격을 두고 원주 방향으로 둘러싸여 형성된 열교환기핀(152)이 결합된다.

여기서, 본 발명은 상기 열교환기관(150)과 열교환기핀(152)의 결합을 열교환기라 편의상 칭한다.

상기 열교환기핀(152)은 버너(100)에서 화염을 발하면 튜브(160)의 내부에서 형성된 배기가스가 도시된 화살표의 방향으로 회동하여 열교환기핀(152)을 지날 때 열에너지를 전도에 의해 예열공기공급관(140) 외주면을 따라 흐르는 연소용공기를 예열시키는 역할을 한다. 이는, 폐열의 활용도를 높여 폐열이 버너(100)의 외부로 쓸모없이 빠져나가는 현상을 방지하고, 열효율을 극대화시키게 된다.

또한, 본 발명은 도시된 도 4에서 보이듯, 상기 보염관(151)을 일부 감싸며 전진 배치한 튜브(160)가 마련되어 있어 화염을 발할 경우, 이 튜브(160) 내에서 연소되도록 하는 것이다.

이러한, 본 발명은 상기 버너(100)에서 1차적으로 배기가스의 열에너지를 열교환기관(150)을 통해 연소용 공급공기에 전달시키는 한편, 버너(100) 외부에 축열부(200)를 설치시켜 폐열의 활용도를 극대화 시키도록 하고 있다.

상기 축열부(200)는 버너(100)의 양측에 각각 독립된 유로를 갖는 제1축열실(210) 및 제2축열실(220)을 설치하는 구조로 이루어져 있다. 이때, 상기 제1축열실(210) 및 제2축열실(220) 내부에는 열을 흡수하도록 된 흡열체가 채워져 있는 상태이다.

상기 축열부(200)는 배기가스 및 흡입공기의 이동통로를 교대로 제공함으로써, 축열된 배기가스의 에너지를 다시 버너(100)로 공급할 수 있게 되는데, 이와 같은 흡입공기 및 배기가스의 이동은 흡배기 절환장치(300)를 통해 제어된다.

상기 흡배기 절환장치(300)의 구성을 설명하면 다음과 같다.

제1축열실(210)에 외부유입공기를 공급하거나 제1축열실(210)에서 열교환되어진 배기가스를 외부로 배출하도록 된 제1구동부(310)와, 제2축열실(220)에 외부유입공기를 공급하거나 제2축열실(220)에서 열교환되어진 배기가스를 외부로 배출하도록 된 제2구동부(320)와, 제1축열실(210)에서 예열된 흡입공기를 버너(100) 측에 공급시키거나 버너(100)에서 연소된 배기가스를 제1축열실(210)에 공급하는 제3구동부(330)와, 제2축열실(220)에서 예열된 흡입공기를 버너(100) 측에 공급시키거나 버너(100)에서 연소된 배기가스를 제2축열실(210)에 공급하는 제4구동부(340)를 포함하는 구성으로 이루어진다.

상기 제1구동부(310)의 구성에 대해 설명하면, 3방향의 유로를 갖는 제1밸브몸체(311)와, 상기 제1밸브몸체(311) 중앙에 설치되어 내부의 유로를 임의로 차단하거나 변경하도록 된 제1가변유로(316)와, 상기 제1가변유로(316)를 축 연결시켜 회동되도록 조작하는 제1엑츄에이터(318)를 포함하는 구성으로 이루어진다.

여기서, 상기 제1밸브몸체(311)는 제1축열실(210)에 연결되는 제1메인통로(312)와, 상기 제1메인통로(312)에서 양측으로 분기되는 제1연소공기통로(313) 및 제1배기가스통로(314)를 형성하고 있다.

이때, 상기 제1가변유로(316)는 구형상으로 제작되고, 그 내부에 90ㅀ방향으로 절곡된 유로를 형성하고 있다.

상기 제1가변유로(316)는 제1엑츄에이터(318)에 축 연결되어 좌우 각각 90ㅀ방향으로 회전됨에 따라, 제1메인통로(312)-제1연소공기통로(313) 간 유로를 연결 시키거나, 또는 제1메인통로(312)-제1배기가스통로(314) 간 유로를 연결시키게 된다.

이때, 상기 제1엑츄에이터(318)는 유공압 실린더나 모터가 이용될 수 있다.

상기 제2구동부(320)의 구성에 대해 설명하면, 3방향의 유로를 갖는 제2밸브몸체(321)와, 상기 제2밸브몸체(321) 중앙에 설치되어 내부의 유로를 임의로 차단하거나 변경하도록 된 제2가변유로(326)와, 상기 제2가변유로(326)를 축 연결시켜 회동되도록 조작하는 제2엑츄에이터(328)를 포함하는 구성으로 이루어진다.

여기서, 상기 제2밸브몸체(321)는 제2축열실(220)에 연결되는 제2메인통로(322)와, 상기 제2메인통로(322)에서 양측으로 분기되는 제2연소공기통로(323) 및 제2배기가스통로(324)를 형성하고 있다.

이때, 상기 제2가변유로(326)는 구형상으로 제작되고, 그 내부에 90도 방향으로 절곡된 유로를 형성하고 있다.

상기 제2가변유로(326)는 제2엑츄에이터(328)에 축 연결되어 좌우 각각 90도 방향으로 회전됨에 따라, 제2메인통로(322)-제2연소공기통로(323) 간 유로를 연결시키거나, 또는 제2메인통로(322)-제2배기가스통로(324) 간 유로를 연결시키게 된다.

이때, 상기 제2엑츄에이터(328)는 유공압 실린더나 모터가 이용될 수 있다.

상기 제3구동부(330)의 구성에 대해 설명하면, 3방향의 유로를 갖는 제3밸브 몸체(331)와, 상기 제3밸브몸체(331) 중앙에 설치되어 내부의 유로를 임의로 차단하거나 변경하도록 된 제3가변유로(336)와, 상기 제3가변유로(336)를 축 연결시켜 회동되도록 조작하는 제3엑츄에이터(338)를 포함하는 구성으로 이루어진다.

여기서, 상기 제3밸브몸체(331)는 제1축열실(210)에 연결되는 제3메인통로(332)와, 상기 제3메인통로(332)에서 양측으로 분기되는 제3연소공기통로(333) 및 제3배기가스통로(334)를 형성하고 있다.

이때, 상기 제3가변유로(336)는 구형상으로 제작되고, 그 내부에 90도 방향으로 절곡된 유로를 형성하고 있다.

상기 제3가변유로(336)는 제3엑츄에이터(338)에 축 연결되어 좌우 각각 90도 방향으로 회전됨에 따라, 제3메인통로(332)-제3연소공기통로(333) 간 유로를 연결시키거나, 또는 제3메인통로(332)-제3배기가스통로(334) 간 유로를 연결시키게 된다.

이때, 상기 제3연소공기통로(333)는 버너본체(110)의 후단측에 제3연소공기연결관(335)을 이용해 연결되고 있고, 상기 제3배기가스통로(334)는 버너본체(110)의 전단측에 제3배기가스연결관(337)을 이용해 연결되고 있다.

상기 제3엑츄에이터(338)는 유공압 실린더나 모터가 이용될 수 있다.

상기 제4구동부(340)의 구성에 대해 설명하면, 3방향의 유로를 갖는 제4밸브몸체(341)와, 상기 제4밸브몸체(341) 중앙에 설치되어 내부의 유로를 임의로 차단하거나 변경하도록 된 제4가변유로(346)와, 상기 제4가변유로(346)를 축 연결시켜 회동되도록 조작하는 제4엑츄에이터(348)를 포함하는 구성으로 이루어진다.

여기서, 상기 제4밸브몸체(341)는 제1축열실(220)에 연결되는 제4메인통로(342)와, 상기 제4메인통로(342)에서 양측으로 분기되는 제4연소공기통로(343) 및 제4배기가스통로(344)를 형성하고 있다.

이때, 상기 제4가변유로(346)는 구형상으로 제작되고, 그 내부에 90ㅀ방향으로 절곡된 유로를 형성하고 있다.

상기 제4가변유로(346)는 제4엑츄에이터(348)에 축 연결되어 좌우 각각 90ㅀ방향으로 회전됨에 따라, 제4메인통로(342)-제4연소공기통로(343) 간 유로를 연결시키거나, 또는 제4메인통로(342)-제4배기가스통로(344) 간 유로를 연결시키게 된다.

이때, 상기 제4연소공기통로(343)는 버너본체(110)의 후단측에 제4연소공기연결관(345)을 이용해 연결되고 있고, 상기 제4배기가스통로(344)는 버너본체(110)의 전단측에 제4배기가스연결관(347)을 이용해 연결되고 있다.

상기 제4엑츄에이터(348)는 유공압 실린더나 모터가 이용될 수 있다.

이하, 상기한 바와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명의 버너 연소작용에 대해 설명한다.

먼저, 도 4, 5를 참조하면, 버너(100)의 가스유입관(120)을 통해 가스가 공급되고, 점화봉(130)의 점화 스파크에 의해 버너(100)는 화염을 형성하게 된다.

상기 화염은 연소하여 고온의 배기가스를 배출하게 되는데, 도시된 튜 브(160)를 타고 이동한다.

도 4에서와 같이 튜브(160) 끝단에 도달한 배기가스는 화살표의 방향으로 돌아 버너본체(110)와 튜브(160) 외주면 사이의 통로를 따라 진행하다가 열교환기인 열교환기핀(152)과 열교환기관(150)을 지나면서 열교환이 이루어지게 된다. 즉, 열교환기핀(152)에는 연소용 공기를 예열시키기 위한 고온의 열이 축열된다.

상기 열교환기를 통과한 배기가스는 일부 열에너지를 포함하는 상태로

축열부(200)로 보내져 제1축열실(210)과 제2축열실(220)에서 열교환에 의한 축열이 이루어진 후 외부로 배출하게 된다.

이때, 상기 배기가스는 흡배기 절환장치(300)의 제어모드에 따라 제1축열실(210) 또는 제2축열실(220)로 교번 공급된다.

도 7, 8을 참조하여 본 발명의 흡배기 절환장치(300)의 작동을 설명한다.

우선, 본 발명의 흡배기 절환장치(300)은 제1축열실(210)과 제2축열실(220)로 분리되는 2개의 흡배기 시스템이 동시 작동되도록 하고 있다.

즉, 제1구동부(310) - 제1축열실(210) - 제3구동부(330)로 연결되는 첫 번째 흡배기 시스템과, 제2구동부(320) - 제2축열실(220) - 제4구동부(340)로 연결되는 두 번째 흡배기 시스템으로 작동하는 것이다.

이때, 첫 번째와 두 번째의 흡배기 시스템은 각각 별도의 흡/배기 공정을 교번적으로 반복 수행하게 되는데, 흡기공정 후에 유로를 가변시켜 배기공정을 수행 하고, 배기공정 후에는 다시 유로를 가변시켜 흡기공정을 수행하는 방식이다.

상기한 바와 같은 본 발명은 첫 번째 흡배기 시스템과 두 번째 흡배기 시스템의 흡배기공정을 교차 제어함으로써, 버너(100)의 연소 타이밍을 쉬지 않고, 풀타임 연소가 이루어지도록 할 수 있다.

즉, 첫 번째 흡배기 시스템에서 흡기공정이 이루어지는 동안 두 번째 흡배기 시스템에서 배기공정이 이루어지도록 하고, 첫 번째 흡배기 시스템에서 배기공정이 이루어지는 동안에는 두 번째 흡배기 시스템에서 흡기공정이 이루어지도록 함으로써, 버너(100)에 대한 연소공기 공급과 배기가스 배출공정이 동시에 지속적으로 이루어져 풀타임 연소가 가능하게 된다.

도 7은 본 발명에 따른 흡배기 절환장치의 흡기과정을 도시한 요부확대 정면도로서, 제1구동부(310) - 제1축열실(210) - 제3구동부(330)로 연결되는 첫 번째 흡배기 시스템에 의한 흡기공정을 도시하고 있다.

또한, 도 8은 본 발명에 따른 흡배기 절환장치의 배기과정을 도시한 요부확대 정면도로서, 제2구동부(320) - 제2축열실(220) - 제4구동부(340)로 연결되는 두 번째 흡배기 시스템에 의한 배기공정을 도시하고 있다.

상기한 도 7 및 도 8의 흡/배기공정은 동시 진행되고 있는 상태로서, 도 7의 연소공기는 제1구동부(310) - 제1축열실(210) - 제3구동부(330) - 제3연소공기연결관(335) - 버너본체(110) - 연소공기공급관(140)으로 공급되는 한편, 도 8의 배기가스는 열교환기관(150) - 제4배기가스연결관(347) - 제4구동부(340) - 제2축열실(220) - 제2구동부(320)를 통해 대기로 방출되고 있다.

이후, 첫 번째, 흡배기 시스템과 두 번째 흡배기 시스템이 각각 흡/배기 공정을 반대로 교차 작동하게 된다.

이를 위해, 제1구동부(310), 제2구동부(320), 제3구동부(330), 제4구동부(340) 각각의 제1,2,3,4엑츄에이터(318)(328)(338)(348)가 작동하여 제1,2,3,4가변유로(316)(326)(336)(346)를 90ㅀ방향으로 회전시켜 유로를 가변시키게 된다.

이후, 전환된 유로에 의한 흡/배기 공정이 수행되는데, 이에 대한 작용은 도 7과 도 8에서 설명한 바의 역순으로 진행된다.

상기한 바와 같은 구성 및 작용을 갖는 본 발명은 단일 라디안트 튜브 버너를 이용한 풀타임 연소가 가능하기 때문에 연소효율을 극대화시켜 에너지 효율이 향상되는 한편, 흡배기 절환장치(300)의 구조가 간단하고 상기 흡배기 절환장치(300)와 일체화된 축열부(200)가 버너본체(110)의 둘레를 감싸듯이 장착됨으로써, 버너의 콤팩트(compact)한 설계가 가능하고, 버너의 소형제작이 가능하기 때문에 설치공간에 제약을 받지 않는 것은 물론, 다양한 환경에 적용할 수 있는 이점을 갖게 된다.

도 1은 종래의 축열연소 시스템 중 트윈 축열식 버너 시스템을 도시한 시스템도.

도 2는 종래의 하니콤형 축열연소 버너 시스템을 도시한 사시도.

도 3은 종래의 라디언트 튜브형 축열버너 시스템을 도시한 사시도.

도 4는 본 발명의 풀타임 축열연소식 단일 라디안트 튜브 버너의 전체구조를 도시한 단면도.

도 5는 도 4의 버너 구조를 도시한 요부확대도.

도 6은 본 발명에 따른 흡배기 절환장치 구조를 도시한 요부확대 측단면도.

도 7은 본 발명에 따른 흡배기 절환장치의 흡기과정을 도시한 요부확대 정면도.

도 8은 본 발명에 따른 흡배기 절환장치의 배기과정을 도시한 요부확대 정면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: 버너 110: 버너본체

112: 연소공기 유량분할기 120: 가스유입관

121: 가스노즐공 130: 점화봉

140: 연소공기공급관 141: 예열공기노즐관

150: 열교환기관 151: 보염관

152: 열교환핀 160: 튜브

200: 축열부 210: 제1축열실

220: 제2축열실 300: 흡배기 절환장치

310: 제1구동부 320: 제2구동부

330: 제3구동부 340: 제4구동부

311,321,331,341: 제1,2,3,4밸브몸체

312,322,332,342: 제1,2,3,4메인통로

313,323,333,343: 제1,2,3,4연소공기통로

314,324,334,344: 제1,2,3,4배기가스통로

316,326,336,346: 제1,2,3,4가변유로

318,328,338,348: 제1,2,3,4엑츄에이터

335,345: 제3,4연소공기연결관

337,347: 제3,4배기가스연결관

Claims

라디안트 튜브 타입의 버너(100)와;

상기 버너(100)로부터 발생된 배기가스 열을 축열시켜 흡입연소공기의 예열에 사용되도록 하는 축열부(200); 및

상기 축열부(200)에 흡입공기 및 배기가스를 통과시켜 열교환되도록 하되, 버너(100)의 흡배기 공정이 동시 진행되어 풀타임 연소가 이루어지도록 하는 흡배기 절환장치(300);를 포함하고,

상기 흡배기 절환장치(300)는, 제1축열실(210)에 외부유입공기를 공급하거나 제1축열실(210)에서 열교환되어진 배기가스를 외부로 배출하도록 된 제1구동부(310);

제2축열실(220)에 외부유입공기를 공급하거나 제2축열실(220)에서 열교환되어진 배기가스를 외부로 배출하도록 된 제2구동부(320);

제1축열실(210)에서 예열된 흡입공기를 버너(100) 측에 공급시키거나 버너(100)에서 연소된 배기가스를 제1축열실(210)에 공급하는 제3구동부(330); 및

제2축열실(220)에서 예열된 흡입공기를 버너(100) 측에 공급시키거나 버너(100)에서 연소된 배기가스를 제2축열실(210)에 공급하는 제4구동부(340);

를 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 풀타임 축열연소식 단일 라디안트 튜브 버너.
제1항에 있어서,

상기 축열부(200)는 버너(100)의 양측에 각각 독립된 유로를 갖는 제1축열실(210) 및 제2축열실(220)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 풀타임 축열연소식 단일 라디안트 튜브 버너.
제1항에 있어서,

상기 제1구동부(310) 또는 제2구동부(320) 또는 제3구동부(330) 또는 제4구동부(340) 중 적어도 어느 하나의 구동부는,

3방향의 유로를 갖는 밸브몸체;

상기 밸브몸체 중앙에 설치되어 내부의 유로를 임의로 차단하거나 변경하도록 된 가변유로; 및

상기 가변유로를 축 연결시켜 회동되도록 조작하는 엑츄에이터;

를 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 풀타임 축열연소식 단일 라디안트 튜브 버너.
제3항에 있어서,

상기 구동부가 제1구동부(310)인 경우에는

3방향의 유로를 갖는 제1밸브몸체(311);

상기 제1밸브몸체(311) 중앙에 설치되어 내부의 유로를 임의로 차단하거나 변경하도록 된 제1가변유로(316); 및

상기 제1가변유로(316)를 축 연결시켜 회동되도록 조작하는 제1엑츄에이터(318);를 포함하고,

상기 제1밸브몸체(311)는 제1축열실(210)에 연결되는 제1메인통로(312)와, 상기 제1메인통로(312)에서 양측으로 분기되는 제1연소공기통로(313) 및 제1배기가스통로(314)를 형성하는 것을 특징으로 하는 풀타임 축열연소식 단일 라디안트 튜브 버너.
제3항에 있어서,

상기 구동부가 제2구동부(320)인 경우에는,

3방향의 유로를 갖는 제2밸브몸체(321);

상기 제2밸브몸체(321) 중앙에 설치되어 내부의 유로를 임의로 차단하거나 변경하도록 된 제2가변유로(326); 및

상기 제2가변유로(326)를 축 연결시켜 회동되도록 조작하는 제2엑츄에이터(328);를 포함하고,

상기 제2밸브몸체(321)는, 제2축열실(220)에 연결되는 제2메인통로(322)와, 상기 제2메인통로(322)에서 양측으로 분기되는 제2연소공기통로(323) 및 제2배기가스통로(324)를 형성하는 것을 특징으로 하는 풀타임 축열연소식 단일 라디안트 튜브 버너.
제3항에 있어서,

상기 구동부가 제3구동부(330)인 경우에는,

3방향의 유로를 갖는 제3밸브몸체(331);

상기 제3밸브몸체(331) 중앙에 설치되어 내부의 유로를 임의로 차단하거나 변경하도록 된 제3가변유로(336); 및

상기 제3가변유로(336)를 축 연결시켜 회동되도록 조작하는 제3엑츄에이터(338);를 포함하고,

상기 제3밸브몸체(331)는 제1축열실(210)에 연결되는 제3메인통로(332)와, 상기 제3메인통로(332)에서 양측으로 분기되는 제3연소공기통로(333) 및 제3배기가스통로(334)를 형성하는 것을 특징으로 하는 풀타임 축열연소식 단일 라디안트 튜브 버너.
제6항에 있어서,

상기 제3연소공기통로(333)는 버너본체(110)의 후단측에 제3연소공기연결관(335)을 이용해 연결되고 있고, 상기 제3배기가스통로(334)는 버너본체(110)의 전단측에 제3배기가스연결관(337)을 이용해 연결되는 것을 특징으로 하는 풀타임 축열연소식 단일 라디안트 튜브 버너.
제3항에 있어서,

상기 구동부가 제4구동부(340)인 경우에는,

3방향의 유로를 갖는 제4밸브몸체(341);

상기 제4밸브몸체(341) 중앙에 설치되어 내부의 유로를 임의로 차단하거나 변경하도록 된 제4가변유로(346); 및

상기 제4가변유로(346)를 축 연결시켜 회동되도록 조작하는 제4엑츄에이터(348);를 포함하고,

상기 제4밸브몸체(341)는 제1축열실(220)에 연결되는 제4메인통로(342)와, 상기 제4메인통로(342)에서 양측으로 분기되는 제4연소공기통로(343) 및 제4배기가스통로(344)를 형성하는 것을 특징으로 하는 풀타임 축열연소식 단일 라디안트 튜브 버너.
제8항에 있어서,

상기 제4연소공기통로(343)는 버너본체(110)의 후단측에 제4연소공기연결관(345)을 이용해 연결되고 있고, 상기 제4배기가스통로(344)는 버너본체(110)의 전단측에 제4배기가스연결관(347)을 이용해 연결되는 것을 특징으로 하는 풀타임 축열연소식 단일 라디안트 튜브 버너.
제3항에 있어서,

상기 가변유로는 구형상으로 제작되는 것을 특징으로 하는 풀타임 축열연소식 단일 라디안트 튜브 버너.