KR20120082647A

KR20120082647A - 저녹스형 버너

Info

Publication number: KR20120082647A
Application number: KR1020110004057A
Authority: KR
Inventors: 박재언; 이종태
Original assignee: 주식회사 수국
Priority date: 2011-01-14
Filing date: 2011-01-14
Publication date: 2012-07-24

Abstract

본 발명은 저녹스형 버너에 관한 것으로서, 공기가 급기되는 급기 통로를 형성하며, 연소실의 버너 장착공에 장착되는 버너 본체와; 상기 버너 본체의 중심부에 배치되어, 연료를 공급하는 연료공급관과; 상기 버너 장착공에 삽입되는 아우터 브라스트 튜브와; 상기 연소실의 일부 배기 가스가 상기 버너 본체로 유입되는 유입로와, 상기 유입로로 유입된 배기 가스와 상기 급기 통로의 공기가 상기 연소실로 배출되는 배출로를 형성하며, 상기 아우터 브라스트 튜브와 상기 연료공급관 사이에 배치되는 레지스터와; 상기 연료공급관의 선단에 마련되어, 상기 레지스터와의 사이에 분사로를 형성하는 디퓨저와; 상기 연료공급관의 선단에 마련되어, 상기 연소실로 연료를 분출하는 복수의 연료노즐과; 상기 레지스터와 상기 연료공급관 사이의 간격보다 작은 간격을 가지며 상기 연료공급관의 둘레를 따라 배치되어, 상기 레지스터와 상기 연료공급관 사이를 유동하는 공기의 유속을 증대시키는 유속 증대부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 연소실의 배기 가스의 일부를 연소용 공기와 혼합하여 연료와 함께 연소함으로써, 화염의 온도를 낮추며, 연소실에 국부적인 고온 영역의 발생을 억제하여, 써멀 녹스의 발생을 감소시킬 수 있다.

Description

저녹스형 버너{LOW NITROGEN OXIDE BURNER}

본 발명은 저녹스형 버너에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연소실의 배기 가스의 일부가 화염에 혼입됨과 동시에, 일부는 연소용 공기에 혼합하여 연료와 함께 연소하여, 질소산화물(NOx)의 생성을 저감할 수 있는 저녹스형 버너에 관한 것이다.

일반적으로 질소산화물(NOx)은 연료에 존재하는 화학적으로 결합된 질소 성분이 연소과정에서 산화되어 생성되는 연료 질소산화물(Fuel NOx)과, 연소용 공기중의 질소가 고온에서 유리되어 연소용 공기중의 질소 분자를 산화시켜 생성하는 써멀 녹스(Thermal NOx)와, 탄화수소계열의 화석 연료가 고농도 상태로 고온 영역에 노출되었을 때 급속히 생성되는 프롬프트 녹스(Prompt NOx) 등으로 구분된다.

이러한 질소 산화물 중에서 특히, 연료 질소산화물은 연소기술에 의해 제어될 수 없고, 이에 따라 저녹스형 버너는 써멀 녹스와 프롬프트 녹스의 두 가지 질소산화물의 생성을 저감하는데 그 기술적 과제를 가지고 있다.

종래의 저녹스형 버너는 산소 포함비율도 매우 낮고, 화염온도보다 상대적으로 낮은 온도를 가져서 일종의 불활성 기체라 할 수 있는 배기 가스를 연도와 연결한 공급관을 통하여 회수하여 화염에 혼입하는 장치가 고안된 배기 가스 외부 재순환 방식(external flue gas recirculation)의 저녹스형 버너, 연소된 배기 가스가 연소실 내부에서 화염에 혼입되도록 고안된 배기 가스 내부 재순환 방식(internal flue gas recirculation)의 저녹스형 버너, 화염을 분할하여 화염 표면적을 극대화시켜 복사전열의 증대를 노린 분할화염버너, 화염 표면적을 증가시키기 위한 방법으로 화염을 막 형태로 만든 박막화염버너 등이 있으며, 이러한 종래의 저녹스형 버너는 화염 온도 저감에 의해 써멀 녹스의 생성을 감소시키는 기술을 도모하여 왔다.

그러나, 본 출원인은 종래의 저녹스형 버너와는 달리, 연소실의 배기 가스 중의 일부를 연소용 공기에 혼합하여 화염에 직접 분사함과 동시에 연료와 함께 연소하는 방식의 저녹스형 버너를 개발하기에 이르렀다.

본 발명의 목적은, 연소실의 일부 배기 가스가 화염에 혼입됨과 동시에, 연소용 공기와 혼합하여 연료와 함께 연소됨으로써, 화염의 온도를 낮추며, 연소실에 국부적인 고온 영역이 발생하는 것을 억제하고, 써멀 녹스의 발생을 감소시킬 수 있는 저녹스형 버너를 제공한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 공기가 급기되는 급기 통로를 형성하며, 연소실의 버너 장착공에 장착되는 버너 본체와; 상기 버너 본체의 중심부에 배치되어, 연료를 공급하는 연료공급관과; 상기 버너 장착공에 삽입되는 아우터 브라스트 튜브와; 상기 연소실의 일부 배기 가스가 상기 버너 본체로 유입되는 유입로와, 상기 유입로로 유입된 배기 가스와 상기 급기 통로의 공기가 상기 연소실로 배출되는 배출로를 형성하며, 상기 아우터 브라스트 튜브와 상기 연료공급관 사이에 배치되는 레지스터와; 상기 연료공급관의 선단에 마련되어, 상기 레지스터와의 사이에 분사로를 형성하는 디퓨저와; 상기 연료공급관의 선단에 마련되어, 상기 연소실로 연료를 분출하는 복수의 연료노즐과; 상기 레지스터와 상기 연료공급관 사이의 간격보다 작은 간격을 가지며 상기 연료공급관의 둘레를 따라 배치되어, 상기 레지스터와 상기 연료공급관 사이를 유동하는 공기의 유속을 증대시키는 유속 증대부를 포함하는 것을 특징으로 하는 저녹스형 버너를 제공한다.

여기서, 상기 복수의 연료노즐은 상기 연료공급관의 선단에 방사상으로 배치되어, 상기 분사로를 통해 상기 연소실로 공급되는 공기와 직교하는 방향으로 연료를 분출하는 것을 특징으로 한다.

상기 레지스터는, 일정 크기의 직경을 갖는 속이 빈 원통형상의 레지스터 본체와; 상기 레지스터 본체의 일단부로부터 점진적으로 직경이 증가하도록 연장되어 상기 버너 본체에 인입되는 연장 튜브와; 선단부가 내경 방향으로 절곡되도록 상기 레지스터 본체의 타단부로부터 연장되어, 상기 디퓨저와 상기 분사로를 형성하는 인너 브라스트 튜브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 인너 브라스트 튜브는 상기 연소실에 인입되는 것을 특징으로 한다.

상기 디퓨저에는 상기 급기통로의 공기가 상기 연소실로 분출되는 복수의 공기분출공이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 유속 증대부를 지지하며 상기 유입로로 유입된 배기 가스를 상기 배출로로 안내하는 써포트를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 연소실의 일부 배기 가스가 화염에 혼입됨과 동시에, 연소용 공기와 혼합하여 연료와 함께 연소됨으로써, 화염의 온도를 낮추며, 연소실에 국부적인 고온 영역이 발생하는 것을 억제하고, 써멀 녹스의 발생을 감소시킬 수 있다. 또한, 추가적인 외부 설비 없이 배기 가스를 연소용 공기에 혼합할 수 있게 되어, 풍압 손실이 추가로 발생하지 않아 동일한 송풍기를 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 저녹스형 버너의 구조를 보여주는 단면도,
도 2는 도 1의 일 측면도이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 1 및 도 2에는 본 발명에 따른 저녹스형 버너가 도시되어 있다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 저녹스형 버너는, 버너 본체(11)와, 연료를 공급하는 연료공급관(21)과, 아우터 브라스트 튜브(27)와, 아우터 브라스트 튜브(27)와 연료공급관(21) 사이에 배치되는 레지스터(31)와, 레지스터(31)와의 사이에 분사로(43)를 형성하는 디퓨저(41)와, 연료공급관(21)의 선단에 마련되어 연소실(5)로 연료를 분출하는 복수의 연료노즐(25)과, 레지스터(31)와 연료공급관(21) 사이를 유동하는 공기의 유속을 증대시키는 유속 증대부(51)를 포함한다.

버너 본체(11)는 연소실(5)의 버너 장착공(7)에 장착되며, 버너 장착공(7)에는 아우터 브라스트 튜브(27)가 삽입되어 있다. 아우터 브라스트 튜브(27)의 일측 둘레는 연소실(5)의 배기 가스가 버너 본체(11)로 원활하게 유입되도록, 후술할 레지스터(41)의 인너 브라스트 튜브(35b)에 대응하여 부분 절취되어 있다. 버너 본체(11)의 내부에는 송풍기(미도시)를 통해 공기가 급기되는 급기 통로(13)가 형성되어 있다.

연료공급관(21)은 버너 본체(11)의 중심부에 배치되어 그 선단이 디퓨저(41)의 중심을 관통하여 연소실(5) 내로 인입되고, 연소실(5) 내로 인입된 연료공급관(21)의 선단에는 복수의 연료분출관(23)이 방사상으로 돌출되어 있으며, 각 연료분출관(23)의 단부에는 연료노즐(25)이 개별적으로 형성되어 있다.

각 연료노즐(25)은 분사로(43)를 통해 연소실(5)로 공급되는 공기 및 일부 배기 가스와 직교하는 방향으로 연료를 분출하며, 이에 따라 분사로(43)를 통해 고속으로 분사되는 공기 및 일부 배기 가스와 복수의 연료노즐(25)을 통해 고속으로 분출되는 연료가 상호 직교되게 혼합됨으로써 공기 및 일부 배기 가스와 연료의 급속혼합작용을 구현할 수 있다.

여기서, 연료분출관(23)은 연료공급관(21)의 축선방향에 따라 서로 다른 위치에 배치될 수 있고, 이에 따라 각 연료분출관(23)에 구비된 연료노즐(25)들의 분출위치가 서로 다르게 배치됨으로써 연료의 분출이 넓은 영역에 걸쳐 균일하게 이루어지도록 할 수 있고, 이로 인해 특정영역에서의 연료농도가 높아짐을 방지할 수 있다.

레지스터(31)는 일정 크기의 직경을 갖는 속이 빈 원통형상의 레지스터 본체(33)와, 레지스터 본체(33)의 일단부로부터 점진적으로 직경이 증가하도록 연장되어 버너 본체에 인입되는 연장 튜브(35a)와, 레지스터 본체(33)의 타단부로부터 절곡 연장되어 디퓨저(41)와 분사로(43)를 형성하는 인너 브라스트 튜브(35b)를 포함한다.

이에, 레지스터(31)는 레지스터(31)의 외주면과 아우터 브라스트 튜브(27) 사이에 연소실(5)의 일부 배기 가스가 버너 본체(11)로 유입되는 유입로(37)를 형성하고, 레지스터(31)의 내주면과 연료공급관(21)의 외주면 사이에 유입로(37)로 유입된 배기 가스와 급기 통로(13)의 공기가 연소실(5)로 배출되는 배출로(39)를 형성한다.

또한, 레지스터(31)는 연장 튜브(35a)가 버너 본체(11)로 인입되고, 인너 브라스트 튜브(35b)가 연소실(5) 내로 인입되어 있다. 인너 브라스트 튜브(35b)의 선단은 내경 방향으로 절곡되어 디퓨저(41)와 분사로(43)를 형성하며, 이에 분사로(43)의 단면을 최소화하여 연소실(5)로 공급되는 공기 및 일부 배기 가스의 유속을 극대화한다.

디퓨저(41)는 연료공급관(21)의 선단에 마련되며, 디퓨저(41)의 외주와 인너 브라스트 튜브(35b)의 선단 사이에는 연소실(5)로 공기가 분사되는 분사로(43)가 형성된다. 본 실시예에서는 원반형상의 디퓨저(41)가 도시되어 있지만, 디퓨저(41)는 타원형, 다각형의 단면형상을 가질 수도 있다.

또한, 디퓨저(41)에는 급기 통로(13)의 공기가 연소실(5)로 분출되는 복수의 공기분출공(45)이 형성되어 있다. 이러한 복수의 공기분출공(45)을 통해 급기되는 공기는 복수의 고속기류를 형성하고, 이러한 복수의 고속기류에 의해 그 주변에 와류가 생성되며, 이러한 와류에 의해 연료와 공기를 균일하게 혼합할 수 있다.

유속 증대부(51)는 연장 튜브(35a)와 연료공급관(21) 사이에 마련된다. 유속 증대부(51)는 연장 튜브(35a)와 평행을 이루며, 유속 증대부(51)의 선단(53)은 레지스터 본체(33)와 연료공급관(21) 사이의 간격보다 작은 간격으로 연료공급관(21)의 둘레를 따라 배치된다. 이에, 유속 증대부(51)에 의해 레지스터(31)와 연료공급관(21) 사이의 단면이 급격하게 작아지게 되어, 유속 증대부(51)의 선단(53) 영역에서의 공기의 유속이 증대하게 된다.

유속 증대부(51)는 써포트(55)에 지지되며, 써포트(55)는 연장 튜브(35a)와 간격을 두고 부분적으로 감싸도록 유속 증대부(51)로부터 절곡되어 연소실(5)의 측벽에 고정되는 아우터 브라스트 튜브(27)로 연장된다. 또한, 써포트(55)는 레지스터(31)의 유입로(37)로 유입된 배기 가스를 방향 전환하여 배출로(39)로 유동하도록 안내한다.

여기서, 미설명된 참조부호 17은 급기 통로(13)를 유동하는 공기의 유량을 제어하는 댐퍼이다.

이러한 구성에 의하여, 복수의 연료노즐(25)을 통해 연료가 고속으로 분출되고, 분사로(43)를 통해 공기가 고속으로 분출되어 거의 직각에 가깝게 교차되면서 혼합되고, 이 혼합된 기체가 점화플러그(미도시)에 의해 점화되어 연소실(5)의 중심부에 화염을 발생하면, 연소실(5)에 배기 가스가 발생한다.

이 때, 송풍기의 송풍에 의해 레지스터(31)와 연료공급관(21) 사이를 유동하는 공기는 급격하게 단면적이 줄어드는 유속 증대부(51)의 선단(53) 영역에서 급격하게 유속이 증가하여, 유속 증대부(51)의 선단(53) 영역은 연소실(5)보다 상대적으로 낮은 압력이 발생하게 된다. 즉, 유속 증대부(51)의 선단(53) 영역에서의 공기의 유속이 빨라지면, 베르누이 원리에 의하여 유속 증대부(51)의 선단(53) 영역의 압력은 주변의 압력보다 낮아지게 되어, 연소실(5)의 중심 화염부 주위의 일부 배기 가스는 레지스터(31)의 유입로(37)를 거쳐 유속 증대부(51)의 선단(53) 영역으로 저절로 유입된다.

그리고, 유속 증대부(51)의 선단(53) 영역으로 유입된 배기 가스는 공기와 혼합되어, 레지스터(31)의 배출로(39)를 거쳐 분사로(43)를 통해 연소실(5)로 분사된다.

한편, 연료분출관(23)의 연료노즐(25)을 통해 연료가 고속으로 분출되고 분사로(43)를 통해 공기 및 일부 배기 가스가 고속으로 분출되며 점화플러그에 의해 점화되어, 연소실(5)에는 축소된 후에 확대되는 장구 형태의 화염을 형성한다. 즉, 분사로(43)에 의해 화염의 속도가 매우 빠른 고속화염이 형성되고, 이에 의해 도 1에 도시된 바와 같이 화염은 그 폭이 점점 축소된 후에 다시 점점 확대되는 형태로 형성된다.

그리고, 레지스터(31)의 일부가 연소실(5) 내로 일정 길이만큼 인입되어 있으므로, 고속화염과 화염의 최소직경부에 의한 낮은 압력이 화염의 후단부 깊숙이 미치게 된다.

화염의 최소직경부에서는 화염의 전파속도가 매우 빠르고, 화염의 후단부의 온도가 낮은 연소가스가 화염의 최소직경부측으로 유도되고, 이에 따라 연소실(5)의 배기 가스는 연소실(5) 중심부의 화염 둘레 영역에서 재순환되며 화염과 균일한 혼합을 달성할 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 저녹스형 버너는, 연소실(5)에 체류하고 있는 발열량이 없는 성분들로 이루어진 배기 가스의 일부를 연소용 공기에 혼합하여 연소실(5)의 화염에 직접 분사함으로써, 화염의 온도가 낮아져 연소용 공기가 화염의 부피 전체에 걸쳐 보다 균일하게 작용하여, 연소실(5)에 국부적으로 화염의 온도가 1370℃ 이상인 영역의 발생을 줄이며, 연소용 공기 중의 질소가 고온에서 유리되어 발생하는 써멀 녹스의 발생을 감소시킬 수 있게 된다.

또한, 레지스터(31)와 연료공급관(21) 사이에 마련된 유속 증대부(51)에 의해 레지스터(31)와 연료공급관(21) 사이를 유동하는 공기의 유속이 증대되어, 유속 증대부(51)의 영역보다 상대적으로 압력이 높은 연소실(5)에 체류하고 있는 배기 가스의 일부가 베르누이의 원리에 의해 레지스터(31)의 유입로(37)를 거쳐 유속 증대부(51)로 유입되어 레지스터(31)와 연료공급관(21) 사이를 유동하는 공기와 혼합되므로, 새로운 설비를 추가하지 않더라도 연소실(5)의 일부 배기 가스를 연소실(5)로 원활하게 재순환할 수 있게 된다.

그리고, 본 발명에 따른 저녹스형 버너는, 배기 가스가 혼합되는 곳에 공기 흐름을 방해하는 저항이 없는 배기 가스 재순환 방식을 가지므로, 공기의 압력 손실이 발생하지 않게 되어 기존의 송풍기의 풍압을 높이지 않으며 사용할 수 있게 되어, 이는 저녹스 버너의 보급에 있어 매우 유리하다.

본 발명은, 본 발명에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환 변형이 가능하므로 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.

5: 연소실 7: 버너 장착공
11: 버너 본체 13: 급기 통로
17: 댐퍼 21: 연료공급관
23: 연료분출관 25: 연료노즐
27: 아우터 브라스트 튜브 31: 레지스터
33: 레지스터 본체 35a: 연장 튜브
35b: 인너 브라스트 튜브 37: 유입로
39: 배출로 41: 디퓨저
43: 분사로 45: 공기분출공
51: 유속 증대부 53: 선단
55: 써포트

Claims

공기가 급기되는 급기 통로를 형성하며, 연소실의 버너 장착공에 장착되는 버너 본체와;
상기 버너 본체의 중심부에 배치되어, 연료를 공급하는 연료공급관과;
상기 버너 장착공에 삽입되는 아우터 브라스트 튜브와;
상기 연소실의 일부 배기 가스가 상기 버너 본체로 유입되는 유입로와, 상기 유입로로 유입된 배기 가스와 상기 급기 통로의 공기가 상기 연소실로 배출되는 배출로를 형성하며, 상기 아우터 브라스트 튜브와 상기 연료공급관 사이에 배치되는 레지스터와;
상기 연료공급관의 선단에 마련되어, 상기 레지스터와의 사이에 분사로를 형성하는 디퓨저와;
상기 연료공급관의 선단에 마련되어, 상기 연소실로 연료를 분출하는 복수의 연료노즐과;
상기 레지스터와 상기 연료공급관 사이의 간격보다 작은 간격을 가지며 상기 연료공급관의 둘레를 따라 배치되어, 상기 레지스터와 상기 연료공급관 사이를 유동하는 공기의 유속을 증대시키는 유속 증대부를 포함하는 것을 특징으로 하는 저녹스형 버너.
제1항에 있어서,
상기 복수의 연료노즐은 상기 연료공급관의 선단에 방사상으로 배치되어, 상기 분사로를 통해 상기 연소실로 공급되는 공기와 직교하는 방향으로 연료를 분출하는 것을 특징으로 하는 저녹스형 버너.
제1항에 있어서,
상기 레지스터는,
일정 크기의 직경을 갖는 속이 빈 원통형상의 레지스터 본체와;
상기 레지스터 본체의 일단부로부터 점진적으로 직경이 증가하도록 연장되어 상기 버너 본체에 인입되는 연장 튜브와;
선단부가 내경 방향으로 절곡되도록 상기 레지스터 본체의 타단부로부터 연장되어, 상기 디퓨저와 상기 분사로를 형성하는 인너 브라스트 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 저녹스형 버너.
제1항에 있어서,
상기 인너 브라스트 튜브는 상기 연소실에 인입되는 것을 특징으로 하는 저녹스형 버너.
제1항에 있어서,
상기 디퓨저에는 상기 급기통로의 공기가 상기 연소실로 분출되는 복수의 공기분출공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 저녹스형 버너.
제1항에 있어서,
상기 유속 증대부를 지지하며 상기 유입로로 유입된 배기 가스를 상기 배출로로 안내하는 써포트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저녹스형 버너.