KR20120082649A - 저녹스형 오일 버너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저녹스형 오일 버너에 관한 것으로서, 공기가 급기되는 급기 통로를 형성하며, 선단부가 연소실에 인입되는 버너 본체와; 상기 연소실의 중앙을 향해 오일 및 공기가 분사되는 중앙 분사공과 상기 중앙 분사공에 대해 방사상으로 배치되어 오일 및 공기가 분사되는 복수의 보조 분사공을 형성하고, 상기 버너 본체의 선단부의 내측 둘레와의 사이에 공기분사로를 형성하며, 상기 연소실에 인입되는 디퓨저와; 상기 버너 본체의 선단부의 외측 둘레와 상기 디퓨저의 외측 둘레를 따라 간격을 두고 마련되어, 상기 공기분사로를 통과하는 공기의 유속에 의해 상기 연소실의 일부 배기 가스를 상기 버너 본체의 선단부의 외측 둘레로 유입하여 상기 연소실로 안내하는 브라스트 튜브와; 상기 중앙 분사공 및 상기 보조 분사공을 통해 상기 연소실로 오일을 분출하는 복수의 노즐을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 연소실의 일부 배기 가스를 연소용 공기에 혼합한 후 분할되는 화염에 혼입함으로써, 화염의 온도를 낮추며, 연소실에 국부적인 고온 영역의 발생을 억제하여, 써멀 녹스의 발생을 감소시킬 수 있다.

Description

저녹스형 오일 버너{LOW NITROGEN OXIDE BURNER FOR OIL}

본 발명은 저녹스형 오일 버너에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연소실의 배기 가스의 일부가 연소용 공기에 혼합된 후 분할되는 화염에 혼입되어, 질소산화물(NOx)의 생성을 저감할 수 있는 저녹스형 오일 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 오일 버너는 써멀 녹스와 프롬프트 녹스의 두 가지 질소산화물의 생성을 저감하는데 그 기술적 과제를 가지고 있다.

종래의 저녹스형 오일 버너는 연소공기를 이단으로 분리하여 공급하는 에어 스테이징 저녹스형 버너, 연료분출공을 여러 개 가진 오일 노즐을 사용하여 화염을 분할하여 화염 표면적을 극대화시켜 복사전열의 증대를 노린 분할화염버너 등이 있으며, 이러한 종래의 저녹스형 오일 버너는 화염 온도 저감에 의해 써멀 녹스의 생성을 감소시키는 기술을 도모하여 왔다.

그 중 분할화염버너는 연료분출공이 여러 개인 한 개의 노즐을 사용하여 노즐의 구조가 복잡하고 가격이 비싸다고 하는 문제점이 있다. 특히, 이러한 노즐은 제작 현실상 스팀증발량이 시간당 1톤 이하 용량의 노즐로 제작하는 데에 어려움이 있어 어느 정도 용량이 큰 버너에만 적용 가능하다는 문제점이 있었다.

이에, 본 출원인은 종래의 저녹스형 오일 버너와는 달리, 연소실의 일부 배기 가스를 연소용 공기에 혼합한 후 분할되는 화염에 혼입하는 방식의 저녹스형 오일 버너를 개발하기에 이르렀다.

본 발명의 목적은, 연소실의 일부 배기 가스를 연소용 공기에 혼합한 후 분할되는 화염에 혼입함으로써, 화염의 온도를 낮추며, 연소실에 국부적인 고온 영역이 발생하는 것을 억제하고, 써멀 녹스의 발생을 감소시킬 수 있는 저녹스형 오일 버너를 제공한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 공기가 급기되는 급기 통로를 형성하며, 선단부가 연소실에 인입되는 버너 본체와; 상기 연소실의 중앙을 향해 오일 및 공기가 분사되는 중앙 분사공과 상기 중앙 분사공에 대해 방사상으로 배치되어 오일 및 공기가 분사되는 복수의 보조 분사공을 형성하고, 상기 버너 본체의 선단부의 내측 둘레와의 사이에 공기분사로를 형성하며, 상기 연소실에 인입되는 디퓨저와; 상기 버너 본체의 선단부의 외측 둘레와 상기 디퓨저의 외측 둘레를 따라 간격을 두고 마련되어, 상기 공기분사로를 통과하는 공기의 유속에 의해 상기 연소실의 일부 배기 가스를 상기 버너 본체의 선단부의 외측 둘레로 유입하여 상기 연소실로 안내하는 브라스트 튜브와; 상기 중앙 분사공 및 상기 보조 분사공을 통해 상기 연소실로 오일을 분출하는 복수의 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 저녹스형 오일 버너를 제공한다.

여기서, 상기 버너 본체를 향하는 상기 브라스트 튜브의 선단부는 내경 방향으로 절곡되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 디퓨저는 상기 중앙 분사공의 둘레를 따라 방사상으로 상기 복수의 보조 분사공을 사이에 두고 절개되어, 상기 급기 통로의 공기가 상기 연소실로 분출되는 복수의 슬릿을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 슬릿은 상기 디퓨저의 판면에 대해 동일 방향으로 경사지게 절개되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 노즐은 상기 오일이 분출되는 하나의 노즐공이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 화염 중심부는 연료 과농(fuel rich) 상태로, 화염 주변 부분은 공기 과잉(fuel lean) 상태로 연소가 이루어지도록 함으로써 연료 질소산화물(Fuel NOx) 발생을 감소시키고, 추가적으로 연소실의 일부 배기 가스를 연소용 공기에 혼합한 후 분할되는 화염에 혼입함으로써, 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 오일 버너의 구조를 보여주는 단면도,
도 2는 도 1의 일 측면도,
도 3은 오일이 분사되는 모습을 도시한 도 1의 일 측면도이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 1 내지 도 3에는 본 발명에 따른 저녹스형 오일 버너가 도시되어 있다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 저녹스형 오일 버너는, 버너 본체(11)와, 디퓨저(21)와, 브라스트 튜브(31)와, 복수의 노즐(41)을 포함한다.

버너 본체(11)는 선단부(11a)가 연소실(5)에 인입되도록 연소실(5)의 버너 장착공(7)에 장착된다. 버너 본체(11)의 내부에는 송풍기(미도시)를 통해 공기가 급기되는 급기 통로(13)가 형성되어 있다. 급기 통로(13)의 공기는 후술할 디퓨저(21)의 슬릿(29)과, 공기분사로(23)를 통해 연소실(5)로 공급된다.

또한, 버너 본체(11)의 내부에는 연소실(5)로 오일을 공급하는 복수의 오일공급관(15)이 배치되어 있으며, 각 오일공급관(15)의 단부에는 노즐(41)이 개별적으로 마련되어 있다.

디퓨저(21)는 원반 형상을 가지며, 버너 본체(11)의 선단부(11a)의 내측 둘레를 따라 간격을 두고 배치되어, 버너 본체(11)의 선단부(11a)의 내측 둘레와의 사이에 연소실(5) 내로 공기를 분사하기 위한 공기분사로(23)를 형성한다. 디퓨저(21)의 중앙에는 연소실(5)의 중앙을 향해 화염을 발생하기 위한 오일 및 공기가 분사되는 중앙 분사공(25)이 형성되어 있다. 또한, 디퓨저(21)에는 중앙 분사공(25)에 대해 방사상으로 배치되어 연소실(5)에 분할 화염을 발생하기 위한 오일 및 공기가 분사되는 복수의 보조 분사공(27)이 형성되어 있다. 중앙 분사공(25)과 복수의 보조 분사공(27)의 단면적의 크기를 작게 하여 화염의 중심부에는 연료 과농(fuel rich) 상태로 만들고, 디퓨저(21)와 브라스트 튜브(31) 사이의 공간으로 대부분의 연소용 공기가 통과되도록 하여 화염 외측부는 공기 과잉(fuel lean) 상태로 만들게 되면 오일 연료 속의 질소 성분이 질소산화물(NOx)로 전환되는 비율이 낮아지는 원리를 이용하여 연료 질소산화물(Fuel NOx)을 최소화하였다. 본 실시예에서는 4개의 보조 분사공(27)이 개시되어 있지만, 보조 분사공(27)의 수량은 이에 한정되지 않는다.

또한, 디퓨저(21)는 중앙 분사공(25)의 둘레를 따라 방사상으로 복수의 보조 분사공(27)을 사이에 두고 절개되어, 급기 통로(13)의 공기가 연소실(5)로 분출되는 복수의 슬릿(29)을 더 포함한다. 각 슬릿(29)은 디퓨저(21)의 판면에 대해 동일 방향으로 경사지게 절개되어, 각 슬릿(29)을 통해 연소실(5)로 분출되는 공기의 선회류에 의해 각 노즐(41)로부터 분출되는 오일은 동일 방향으로 선회하게 되어, 각 노즐(41)로부터의 오일 토출과, 공기분사로(23) 및 슬릿(29)을 통해 분출되는 공기와의 충돌로 인한 연소 소음을 근원적으로 방지할 수 있게 된다.

브라스트 튜브(31)는 속이 빈 원통형상을 가지며, 연소실(5)에 위치한다. 브라스트 튜브(31)는 버너 본체(11)의 선단부(11a)의 외측 둘레와 디퓨저(21)의 외측 둘레를 따라 간격을 두고 마련되어, 공기분사로(23)를 통과하는 공기의 유속에 의해 연소실(5)의 일부 배기 가스를 버너 본체(11)의 선단부(11a)의 외측 둘레로 유입하여 공기분사로(23)를 유동하는 공기와 혼합하여 연소실(5)로 안내하는 역할을 한다. 브라스트 튜브(31)는 버너 본체(11)의 외측 둘레에 부분적으로 용접되어 버너 본체(11)에 고정된다.

버너 본체(11)를 향하는 브라스트 튜브(31)의 선단부(33)는 내경 방향으로 절곡되어 있다.

한편, 버너 본체(11)의 외측 둘레와 브라스트 튜브(31)의 절곡된 선단부(33) 사이의 영역은 공기분사로(23)를 통과하는 공기의 유속에 의해 연소실(5)보다 상대적으로 낮은 압력이 발생하게 된다. 이에 따라, 공기분사로(23)에서의 공기의 유속이 빨라지면, 베르누이 원리에 의하여 버너 본체(11)의 외측 둘레와 브라스트 튜브(31)의 절곡된 선단부(33) 사이의 영역의 압력은 주변의 압력보다 낮아지게 되어, 연소실(5)의 중앙 화염부 주위의 일부 배기 가스는 버너 본체(11)의 외측 둘레와 브라스트 튜브(31)의 절곡된 선단부(33) 사이의 영역으로 저절로 유입된다.

각 노즐(41)은 중앙 분사공(25) 및 각 보조 분사공(27)에 대응하여 버너 본체(11)에 수용되어, 중앙 분사공(25) 및 각 보조 분사공(27)을 통해 연소실(5)로 오일을 분출한다. 각 노즐(41)은 오일공급관(15)에 연결되어 있고, 각 노즐(41)의 선단부에는 오일이 분출되는 하나의 노즐공(43)이 형성되어 있다.

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

이러한 구성에 의하여, 도 3에 도시된 바와 같이 오일이 각 노즐(41)을 통해 고속으로 분출되고, 공기분사로(23)를 통해 공기가 고속으로 분출되고, 점화플러그(미도시)에 의해 점화되면, 연소실(5)의 중앙에 화염이 발생함과 동시에, 중앙 화염부의 주변으로 복수의 분할 화염이 발생하며 연소실(5)에 배기 가스가 발생한다.

이 때, 공기분사로(23)를 통과하는 공기의 유속에 의해 버너 본체(11)의 외측 둘레와 브라스트 튜브(31)의 절곡된 선단부(33) 사이의 영역은 연소실(5)보다 상대적으로 낮은 압력이 발생하게 되어, 연소실(5)의 중앙 화염부 주위의 일부 배기 가스는 버너 본체(11)의 외측 둘레와 브라스트 튜브(31)의 절곡된 선단부(33) 사이의 영역으로 저절로 유입된다.

그리고, 버너 본체(11)의 외측 둘레와 브라스트 튜브(31)의 절곡된 선단부(33) 사이의 영역으로 유입된 배기 가스는 공기와 혼합되어 디퓨저(21)와 브라스트 튜브(31) 사이를 거쳐, 보조 분사공(27)을 통해 분사되는 오일 및 공기와 함께 연소된다. 또한, 브라스트 튜브(31)가 연소실(5) 내에 인입되어 있으므로, 디퓨저(21)와 브라스트 튜브(31) 사이를 거쳐 연소실(5)로 유입되는 일부 배기 가스는 브라스트 튜브(31)의 내측면을 따라 유동하며 각 보조 분사공(27)을 통해 발생하는 분할 화염에 혼입되어, 이에 화염의 온도를 낮추며, 연소실(5)에 국부적인 고온 영역이 발생하는 것을 억제할 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 저녹스형 오일 버너는, 연소실(5)에 체류하고 있는 발열량이 없는 성분들로 이루어진 배기 가스의 일부를 연소용 공기에 혼합하여 연소실(5)의 분할 화염에 혼입함으로써, 분할 화염의 온도가 낮아져 연소용 공기가 분할 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, 공기가 공기분사로(23)를 유동할 때, 버너 본체(11)의 외측 둘레와 브라스트 튜브(31)의 절곡된 선단부(33) 사이의 영역은 공기분사로(23)를 유동하는 공기의 유속에 의해 연소실(5)보다 상대적으로 낮은 압력이 발생하게 되어, 연소실(5)에 체류하고 있는 배기 가스의 일부가 베르누이의 원리에 의해 버너 본체(11)의 외측 둘레와 브라스트 튜브(31)의 절곡된 선단부(33) 사이의 영역으로 유입되어 공기분사로(23)를 유동하는 공기와 혼합되므로, 새로운 설비를 추가하지 않더라도 연소실(5)의 일부 배기 가스를 원활하게 재순환할 수 있게 된다.

그리고, 본 발명에 따른 저녹스형 오일 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 있고, 또한 복수의 노즐공을 갖는 특수 노즐을 사용하지 않고 시중에서 간편하게 구할 수 있는 하나의 노즐공을 갖는 일반 노즐(41)을 사용할 수 있게 되어, 이는 저녹스형 오일 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 11a: 선단부
13: 급기 통로 15: 오일공급관
17: 댐퍼 21: 디퓨저
23: 공기분사로 25: 중앙 분사공
27: 보조 분사공 29: 슬릿
31: 브라스트 튜브 33: 선단부
41: 노즐 43: 노즐공

Claims (5)

1. 공기가 급기되는 급기 통로를 형성하며, 선단부가 연소실에 인입되는 버너 본체와;
   상기 연소실의 중앙을 향해 오일 및 공기가 분사되는 중앙 분사공과 상기 중앙 분사공에 대해 방사상으로 배치되어 오일 및 공기가 분사되는 복수의 보조 분사공을 형성하고, 상기 버너 본체의 선단부의 내측 둘레와의 사이에 공기분사로를 형성하며, 상기 연소실에 인입되는 디퓨저와;
   상기 버너 본체의 선단부의 외측 둘레와 상기 디퓨저의 외측 둘레를 따라 간격을 두고 마련되어, 상기 공기분사로를 통과하는 공기의 유속에 의해 상기 연소실의 일부 배기 가스를 상기 버너 본체의 선단부의 외측 둘레로 유입하여 상기 연소실로 안내하는 브라스트 튜브와;
   상기 중앙 분사공 및 상기 보조 분사공을 통해 상기 연소실로 오일을 분출하는 복수의 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 저녹스형 오일 버너.
2. 제1항에 있어서,
   상기 버너 본체를 향하는 상기 브라스트 튜브의 선단부는 내경 방향으로 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 저녹스형 오일 버너.
3. 제1항에 있어서,
   상기 디퓨저는 상기 중앙 분사공의 둘레를 따라 방사상으로 상기 복수의 보조 분사공을 사이에 두고 절개되어, 상기 급기 통로의 공기가 상기 연소실로 분출되는 복수의 슬릿을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저녹스형 오일 버너.
4. 제3항에 있어서,
   상기 슬릿은 상기 디퓨저의 판면에 대해 동일 방향으로 경사지게 절개되어 있는 것을 특징으로 하는 저녹스형 오일 버너.
5. 제1항에 있어서,
   상기 노즐은 상기 오일이 분출되는 하나의 노즐공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 저녹스형 오일 버너.

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