KR20200077774A

KR20200077774A - Pre-mixer geometry for homogeneous premixing (GAS+AIR)

Info

Publication number: KR20200077774A
Application number: KR1020180166997A
Authority: KR
Inventors: 고동완; 이상진; 이승주
Original assignee: 주식회사 부-스타
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2020-07-01
Also published as: KR102230014B1

Abstract

The present invention relates to a premixer configuration for uniform premixing (GAS+AIR). According to the present invention, the premixer configuration for uniform premixing (GAS+AIR) comprises: a housing including a mixing space; an air supply pipe for supplying air to the mixing space; a fuel chamber; and one or more rectifying plates. According to the present invention, a smooth flow rate of air can be maintained.

Description

균일 예혼합(GAS+AIR)을 위한 예혼합기 형상{Pre-mixer geometry for homogeneous premixing (GAS+AIR)}Pre-mixer geometry for homogeneous premixing (GAS+AIR)}

본 발명은 균일 예혼합(GAS+AIR)을 위한 예혼합기 형상에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 기존에 비해 컴팩트하게 구조 변경하여 예혼합기의 설치 공간을 축소시킬 수 있으며, 연료(GAS)와 공기를 미리 혼합시켜 혼합율을 상승시키고, 혼합가스를 균일한 유속으로 연소기에 공급시킬 수 있어 연소효율을 극대화 시킬 수 있는 균일 예혼합(GAS+AIR)을 위한 예혼합기 형상에 관한 것이다.The present invention relates to a shape of a pre-mixer for uniform pre-mixing (GAS+AIR), and more specifically, it is possible to reduce the installation space of the pre-mixer by changing the structure in a compact manner compared to the conventional one, and reducing fuel (GAS) and air. It relates to a pre-mixer shape for uniform pre-mixing (GAS+AIR) that can be pre-mixed to increase the mixing rate and supply the mixed gas to the combustor at a uniform flow rate to maximize combustion efficiency.

일반적으로, 예혼합 표면연소버너는 연료가스와 공기를 미리 혼합시켜 연소매트(Metal Fiber Mat)에 공급하여 연소매트의 표면에서 연소가 일어나도록 하는 버너로, 화염의 안정성이 높고 연소성능이 우수하며, 배기가스 중의 질소산화물(NOx), 일산화탄소(CO) 등의 오염물질과 연소소음이 크게 줄어드는 장점이 있다.In general, a pre-mixed surface combustion burner is a burner that pre-mixes fuel gas and air and supplies it to a combustion fiber (Metal Fiber Mat), which causes combustion on the surface of the combustion mat, and has high flame stability and excellent combustion performance. , Contaminants such as nitrogen oxides (NOx) and carbon monoxide (CO) in the exhaust gas and combustion noise are greatly reduced.

이러한 예혼합 표면연소버너는 연료가스와 공기를 미리 혼합시켜 버너에 공급하는 예혼합기, 연료가스와 공기의 혼합가스의 연소가 이루어지는 연소매트, 초기 점화를 위한 파이로트 점화장치, 화염을 감지하는 화염감지기, 송풍기, 가스밸브 등으로 구성된다.The pre-mixed surface combustion burner is a pre-mixer that pre-mixes fuel gas and air and supplies it to the burner, a combustion mat in which a mixture of fuel gas and air is burned, a pilot ignition device for initial ignition, and a flame to detect the flame It consists of a detector, a blower, and a gas valve.

그리고, 예혼합 표면연소버너는 원통형타입과 사각 평면 타입이 있으며, 공기(Air)와 연료(Gas)를 미리 예혼합 시켜 표면 연소기로 공급시켜 표면 연소기 표면에서 연소가 일어나는 원리를 이용한 연소기로 높은 화염의 안전성과 질소산화물(NOx), 일산화탄소(CO) 등의 배기가스 오염물질을 혁신적으로 줄일 수 있는 우수한 연소 성능, 광범위한 연소영역 연소에 따른 연소실내에서의 연소소음을 줄일 수 있는 등의 장점을 갖고 있는 연소기로 일부 가정용 보일러에 적용되고 있으며, 산업용으로는 일반노(Furnace), 튀김기 등에 일부 상용화 되었으며 산업용 보일러용으로는 아직 연구개발 단계이다. 기존 소형의 표면 연소기는 버너 매트 표면 면적이 작아 혼합가스를 믹스하여 매트 표면에 고르게 화염이 발생하도록 하는 것이 용이 하였으나, 상대적으로 대형인 산업용 보일러는 버너 매트의 단면적이 넓어 버너 매트 전면에 균일한 화염이 발생하도록 하는 것이 어렵기 때문에 균일한 예혼합이 중요한 요소로 작용한다. 예혼합 표면연소용 연소기에 있어서 가장 중요한 부속장치로는 실제로 연소가 일어나는 표면연소기(Metal Fiber, 타공, Mat 등)와 연료(GAS)와 연소용 공기를 미리 혼합시켜 연소기에 공급시켜주는 역할을 하는 예혼합기(Pre-Mixer), 초기 점화를 위한 파이로트 점화 장치, 화염을 감지하는 화염 감지기, 송풍기, 가스밸브 등으로 구성되어 지는데, 본 발명은 부속장치 중에 가장 핵심을 이루고 있는 예혼합기(Pre-Mixer)에 관한 것으로 예혼합기(Pre-Mixer)가 충분한 성능을 발휘하지 못하면 혼합비가 부족하거나, 유속이 일정하게 공급되어지지 않아 연소불량으로 인한 일산화탄소(CO), 질소산화물(NOx) 등의 환경오염 물질이 다량 발생될 수 있으며, 정상 연소 시 고주파나 저주파 진동소음이 발생될 수 있어 예혼합 표면연소용 연소기 및 열교환기에 치명적인 문제를 발생시킬 수 있다. 또한, 연소 중 불균일한 속도분포로 인한 폭발(역화)의 위험성도 있다.In addition, the pre-mixed surface combustion burner has a cylindrical type and a square-planar type, and pre-mixes air (Air) and fuel (Gas) to supply them to the surface combustor, which is a combustor using the principle that combustion occurs on the surface of the surface combustor. It has the advantages of safety, excellent combustion performance that can innovatively reduce exhaust gas pollutants such as nitrogen oxide (NOx) and carbon monoxide (CO), and reduction of combustion noise in the combustion chamber due to combustion in a wide range of combustion areas. This combustor is applied to some domestic boilers, and for industrial use, it has been commercialized in general furnaces and fryers, and is still in the R&D stage for industrial boilers. The existing compact surface combustor has a small surface area of the burner mat, so it is easy to mix the mixed gas to generate a uniform flame on the surface of the mat. However, a relatively large industrial boiler has a large cross-sectional area of the burner mat, which provides a uniform flame on the front of the burner mat. Since it is difficult to cause this to occur, uniform premixing acts as an important factor. The most important accessory in the premixed combustor for surface combustion is to pre-mix the surface combustor (Metal Fiber, perforation, Mat, etc.) that actually burns, and the fuel (GAS) and combustion air to supply it to the combustor. It consists of a pre-mixer, a pilot ignition device for initial ignition, a flame detector that detects a flame, a blower, a gas valve, etc., and the present invention is a pre-mixer (Pre- Mixer), if the pre-mixer does not exhibit sufficient performance, the mixing ratio is insufficient or the flow rate is not uniformly supplied, so environmental pollution such as carbon monoxide (CO), nitrogen oxide (NOx) due to combustion failure A large amount of material may be generated, and high-frequency or low-frequency vibration noise may be generated during normal combustion, which may cause a fatal problem in the pre-mixed combustor and heat exchanger. There is also the risk of explosion (backfire) due to non-uniform velocity distribution during combustion.

이러한 예혼합 표면연소버너에서 예혼합기가 성능을 제대로 발휘하지 못하여 연료가스와 공기의 혼합이 미흡하거나 혼합가스의 유속이 일정하지 못하면 연소가 불량하여 NOx, CO 등의 환경오염 물질이 다량 발생하고 고주파나 저주파 진동에 의한 연소소음이 발생하며 역화로 인한 폭발이 발생할 수도 있는 문제점이 있다.In this premixed surface combustion burner, if the premixer does not perform properly, the mixture of fuel gas and air is insufficient, or if the flow rate of the mixed gas is not constant, combustion is poor and a lot of environmental pollutants such as NOx and CO are generated and high frequency However, there is a problem that combustion noise occurs due to low-frequency vibration and explosion may occur due to backfire.

또한, 이러한 예혼합 표면연소버너의 예혼합기로 벤츄리관(Venturi Pipe)의 특성을 이용하거나 스월(swirl)을 이용하는 예혼합기가 주로 사용되고 있으나, 이러한 예혼합기는 원통형 타입의 예혼합 표면연소버너에 적합하고 단면이 4각 등 다른 형태의 예혼합 표면연소버너에 사용하면 예혼합비율이 떨어지고, 예혼합 가스의 유속이 일정하지 아니하여 연소성능이 떨어지고 연소소음이 많이 발생하며, 역화로 인한 폭발의 위험이 있다.In addition, a pre-mixer using the characteristics of a Venturi pipe or a swirl is mainly used as a pre-mixer of the pre-mixed surface combustion burner, but such a pre-mixer is suitable for a pre-mixed surface combustion burner of a cylindrical type. If the cross-section is used for other types of pre-mixed surface combustion burners, such as squares, the pre-mixing ratio decreases, the flow rate of the pre-mixed gas is not constant, resulting in poor combustion performance, high combustion noise, and risk of explosion due to backfire. There is this.

그리고, 기존 원통형 타입의 예혼합 표면연소기의 예혼합기에 주로 사용되는 방식으로는 벤츄리관(venturi)의 특성을 이용하는 방법과, 스월(swirl)을 이용하는 방법이 주로 사용되는데 이런 구조의 예혼합기는 원통형 타입의 예혼합 표면연소기에 맞는 구조로, 사각타입의 예혼합 표면연소기에 그대로 사용하게 되면 예혼합율이 떨어지고, 예혼합 가스가 일정한 유속으로 표면 연소기까지 전달되어지지 않아, 연소 시 연소기의 연소 성능이 떨어질 수 있으며, 유속이 불균일하여 고주파, 저주파 진동연소소음의 발생 원인이 될 수도 있다. 또한, 역화로 인한 폭발의 문제가 있으며, 예혼합기의 효율적인 배치에도 문제가 있어 외형 크기가 커짐과 동시에 예혼합기의 컴팩트한 배치가 어려워진다.And, as a method mainly used for pre-mixing of a conventional cylindrical type pre-mixed surface combustor, a method using the characteristics of a venturi and a method using a swirl are mainly used. This type of structure is suitable for the premixed surface combustor, and when used as a square type premixed surface combustor, the premix rate decreases, and the premixed gas is not transmitted to the surface combustor at a constant flow rate, so the combustion performance of the combustor during combustion It may fall, and the flow velocity may be non-uniform, causing high frequency and low frequency vibrational combustion noise. In addition, there is a problem of explosion due to backfire, and there is also a problem in the efficient arrangement of the premixer, so that the external size increases and the compact arrangement of the premixer becomes difficult.

상기한 문제점을 극복하기 위한 특허문헌 1은 후면이 개방된 함체 내에 상하좌우면에 일정한 크기의 연료가스분출공이 일정한 간격으로 천공되어 있는 연료가스챔버와 다수의 기공이 천공되어 있는 정류판을 설치하고, 함체의 전면에는 공기공급구를 설치하며, 연료가스챔버의 전면에는 함체의 전면을 관통하는 연료가스공급구를 설치한 것을 특징으로 하며, 혼합가스의 유속이 일정하고 연료가스와 공기의 혼합이 원활하여 화염이 안정되고 완전연소가 이루어지며 NOx, CO 등의 유해물질의 발생이 크게 감소시킬 수 있도록 구성하였다.Patent Document 1 for overcoming the above problems is to install a rectifying plate in which a plurality of pores are perforated and a fuel gas chamber in which fuel gas ejection holes of a certain size are perforated at regular intervals in the upper and lower left and right surfaces in an enclosure with a rear surface open. , Air supply port is installed on the front of the housing, and a fuel gas supply port through the front of the housing is installed on the front of the fuel gas chamber, and the mixing gas flow rate is constant and the mixing of fuel gas and air It is constructed to be smooth, flame is stable, complete combustion, and the generation of harmful substances such as NOx and CO can be greatly reduced.

그러나, 특허문헌 1에 경우 정류판(3)이 함체(1)의 내부에 구비하되, 연소매트와 연료가스챔버(2)의 사이에 설치되어 혼합가스가 정류판(3)을 거쳐 연소매트로 공급됨에 따라 혼합가스의 유속이 급격하게 감소하여 연소매트에 연소반응이 상하 불균일하게 발생하는 문제점이 있다.However, in the case of patent document 1, the rectifying plate 3 is provided inside the enclosure 1, but is installed between the combustion mat and the fuel gas chamber 2 so that the mixed gas passes through the rectifying plate 3 to the combustion mat. There is a problem in that the flow rate of the mixed gas decreases rapidly as it is supplied, and the combustion reaction occurs unevenly on the combustion mat.

그리고, 함체(1)와 연료가스챔버(2)의 사이 간격은 연소용 공기와 연료의 혼합에 가장 큰 영향을 주는 영역으로, 송풍기에서 공급해주는 연소용 공기의 압력손실을 최소화하면서, 연소용 공기와 연료의 혼합율을 최상으로 해야 하는 구조이어야 하나, 특허문헌 1의 연료가스챔버(2)는 함체(1)의 내부에 중앙에 위치됨에 따라 상/하/좌/우 통로의 간격이 균일함으로 인해 연소용 공기의 유속이 하측으로 몰림에 따라 공기의 유속이 불균일한 문제가 발생한다.In addition, the space between the housing 1 and the fuel gas chamber 2 is an area having the greatest influence on the mixing of the combustion air and the fuel, while minimizing the pressure loss of the combustion air supplied from the blower, the combustion air The fuel gas chamber 2 of Patent Literature 1 is located in the center of the inside of the enclosure 1 due to the uniform spacing of the upper/lower/left/right passages. As the flow rate of the combustion air flows downward, a problem arises in that the flow rate of the air is uneven.

즉, 공기의 유속이 25m/s를 넘으면 혼합율은 좋아지나 연소용 공기의 유속이 너무 빨라져 예혼합 가스의 유속에 의한 저주파 진동소음이 발생될 수 있으며 유속이 15m/s 이하가 되면 혼합율이 떨어져 연소에 문제를 야기 시킬 수 있다.That is, when the air flow rate exceeds 25 m/s, the mixing rate is improved, but the flow rate of the combustion air is too fast, which may cause low-frequency vibration noise due to the flow rate of the premixed gas. When the flow rate is 15 m/s or less, the mixing rate falls and burns. Can cause problems.

더불어, 원하는 공기의 유속을 얻기 위해 송풍기의 송풍용량이 높은 것을 채용해야 함에 따라 제작 비용이 증가되며, 공기공급관 및 연료공급관의 연결 위치에 따라 공간 활용도가 떨어지는 문제점이 있다.In addition, in order to obtain a desired air flow rate, as a blower having a high blower capacity must be employed, manufacturing cost increases, and space utilization is reduced depending on a connection location between an air supply pipe and a fuel supply pipe.

KR 10-2012-0108672 AKR 10-2012-0108672 A

상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 하우징의 혼합공간에 구비되는 연료챔버 및 정류판의 위치를 변경하여 원활한 공기의 유속을 유지함과 동시에 연료 혼합 비율을 대폭 상승 시킬 수 있고, 메탈파이버에 균일한 화염을 발생시킬 수 있는 균일 예혼합(GAS+AIR)을 위한 예혼합기 형상을 제공하는데 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention can change the position of the fuel chamber and the rectifying plate provided in the mixing space of the housing to maintain a smooth air flow rate, and at the same time significantly increase the fuel mixing ratio, and provide uniformity to the metal fiber. An object of the present invention is to provide a pre-mixer shape for uniform pre-mixing (GAS+AIR) that can generate a flame.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 내부에 공기 및 연료의 혼합을 위한 혼합공간을 포함하는 사각 함체로 전면에 형성된 개구부에 혼합연료가 연소되는 메탈파이버를 갖는 하우징과; 상기 하우징의 상단 후측에 관통 결합되어 상기 혼합공간으로 공기를 공급하는 공기공급관과; 상기 공기공급관을 통해 공급되는 공기가 혼합공간의 내벽면을 따라 메탈파이버 측으로 유동되도록 내벽면에 이격되어 상기 혼합공간에 차폐 구비되며, 상기 하우징에 관통 연결된 연료를 연료공급관이 연결되고, 소정의 두께를 가지며, 내부에 공급연료를 수용하는 공간을 갖는 패널로 둘레를 따라 테두리부에 간격을 두고 공급된 연료를 혼합공간의 내벽면 측으로 분출하는 다수의 연료분출구가 형성된 연료챔버와; 상기 혼합공간에 구비됨과 동시에 상기 연료챔버의 후방에 위치되어 상기 공기공급관을 통해 공급되는 공기의 유속을 감속시킬 수 있도록 상/하 간격을 두고 구비되는 하나 이상의 정류판을 포함하는 것을 특징으로 하는 균일 예혼합(GAS+AIR)을 위한 예혼합기 형상을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a housing having a metal fiber in which the mixed fuel is burned in an opening formed in the front with a rectangular enclosure including a mixing space for mixing air and fuel therein; An air supply pipe coupled through the upper rear side of the housing to supply air to the mixing space; The air supplied through the air supply pipe is spaced apart from the inner wall surface so as to flow toward the metal fiber along the inner wall surface of the mixing space, and is shielded in the mixing space, and the fuel supply pipe is connected to fuel connected to the housing and has a predetermined thickness. A fuel chamber having a plurality of fuel ejection ports for ejecting the supplied fuel to the inner wall surface side of the mixing space at intervals along a periphery with a panel having a space for receiving the supplied fuel therein; It is provided in the mixing space and at the same time, it is located at the rear of the fuel chamber and includes at least one rectifying plate provided at upper and lower intervals to decelerate the flow rate of air supplied through the air supply pipe. Provides a pre-mixer shape for pre-mixing (GAS+AIR).

여기서, 상기 혼합공간의 내벽면과 상기 연료챔버의 테두리부 사이에는 공기가 연료분출구를 통해 분사되는 연료와 공기가 혼합 유동될 수 있도록 유동간극을 유지하는 간극리브가 더 구비되며, 상기 유동간극은 상부간극, 하부간극 및 측부간극으로 구분되며, 상기 측부간극은 좌우 대칭으로 동일한 간극을 형성하고, 상부간극은 하부간극에 비해 더 넓게 형성될 수 있도록 상기 연료챔버가 하측으로 편심되게 위치되는 것을 특징으로 한다.Here, a gap rib is further provided between the inner wall surface of the mixing space and the rim of the fuel chamber to maintain a flow gap so that air and fuel injected through the fuel injection port can be mixed and flow, and the flow gap is upper. It is divided into a gap, a lower gap, and a side gap, and the side gap forms the same gap symmetrically left and right, and the upper gap is eccentrically positioned to the lower side so that it can be formed wider than the lower gap. do.

그리고, 상기 연료챔버의 연료공급관은 상기 공기공급관의 설치 위치와 동일하게 상기 하우징의 상단 후측에 수직으로 관통 설치되는 것을 특징으로 한다.Further, the fuel supply pipe of the fuel chamber is characterized in that it is installed vertically through the upper rear side of the housing, the same as the installation position of the air supply pipe.

상기와 같이 구성된 본 발명을 제공함으로써, 기존에 비해 설치 공간 축소와 더불어 송풍기의 용량을 최소화 할 수 있어 산업용 보일러의 제작 및 설치 비용을 감소시킬 수 있고, 공급되는 공기의 유속을 전체적으로 균일하게 공급할 수 있어 연소 소음을 감소시키고 메탈파이버에 발생하는 표면 연소를 균일하게 할 수 있어 연료 연소 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.By providing the present invention configured as described above, the installation space can be reduced and the capacity of the blower can be minimized as compared to the conventional one, thereby reducing the cost of manufacturing and installing an industrial boiler, and uniformly supplying the flow rate of the supplied air. Thereby, it is possible to reduce combustion noise and uniformize surface combustion occurring in the metal fiber, thereby maximizing fuel combustion efficiency.

도 1은 본 발명에 따른 균일 예혼합(GAS+AIR)을 위한 예혼합기의 작동상태를 나타내는 평단면도.
도 2는 본 발명에 따른 균일 예혼합(GAS+AIR)을 위한 예혼합기를 나타내는 배면도.
도 3 및 도 5는 본 발명에 따른 균일 예혼합(GAS+AIR)을 위한 예혼합기의 작동상태를 나타내는 측단면도.
도 4는 본 발명에 따른 균일 예혼합(GAS+AIR)을 위한 예혼합기를 나타내는 정배면도.
도 6은 본 발명에 따른 균일 예혼합(GAS+AIR)을 위한 예혼합기에서 연료챔버의 작동상태를 나타내는 정배면도.
도 7은 본 발명에 따른 균일 예혼합(GAS+AIR)을 위한 예혼합기를 나타내는 구성도.
도 8은 본 발명에 따른 균일 예혼합(GAS+AIR)을 위한 예혼합기의 다른 실시예를 나타내는 구성도.
도 9 내지 도 12는 본 발명에 따른 균일 예혼합(GAS+AIR)을 위한 예혼합기 내부 유속분포에 대한 유동해석(CFD) 그래프.1 is a cross-sectional plan view showing an operating state of a pre-mixer for uniform pre-mixing (GAS+AIR) according to the present invention.
Figure 2 is a rear view showing a pre-mixer for uniform pre-mixing (GAS + AIR) according to the present invention.
3 and 5 are side cross-sectional views showing the operating state of the pre-mixer for uniform pre-mixing (GAS + AIR) according to the present invention.
Figure 4 is a front view showing a pre-mixer for uniform pre-mixing (GAS + AIR) according to the present invention.
Figure 6 is a front view showing the operating state of the fuel chamber in the pre-mixer for uniform pre-mixing (GAS + AIR) according to the present invention.
7 is a block diagram showing a pre-mixer for uniform pre-mixing (GAS + AIR) according to the present invention.
8 is a block diagram showing another embodiment of a pre-mixer for uniform pre-mixing (GAS+AIR) according to the present invention.
9 to 12 are flow analysis (CFD) graphs of the internal velocity distribution for a premixer for uniform premixing (GAS+AIR) according to the present invention.

이하, 본 발명에 대하여 동일한 기술분야에 속하는 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부도면을 참조하여 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that a person having ordinary knowledge belonging to the same technical field can easily implement the present invention.

본 발명의 균일 예혼합(GAS+AIR)을 위한 예혼합기 형상은 도 1 ~ 도 12에 도시된 바 산업용 보일러의 공기와 가스를 미리 혼합하여 메탈파이버(120)를 통해 연소하는 보일러의 일부 장치이다.The shape of the pre-mixer for uniform pre-mixing (GAS+AIR) of the present invention is a partial device of a boiler that pre-mixes air and gas of an industrial boiler shown in FIGS. 1 to 12 and burns through the metal fiber 120. .

본 발명의 기본 구조는 송풍기(미도시)를 통해 공급되는 공기를 공급하는 공기공급관(200) 및 가스(GAS) 등의 연소 기체를 공급하는 연료공급관(300)을 통해 각각 공기와 연료가 공급되며, 혼합공간(110)을 갖는 하우징(100)에서 연료와 공기를 미리 혼합하여 메탈파이버(120)를 통해 혼합가스를 연소시키는 보일러 작동을 수행한다.In the basic structure of the present invention, air and fuel are supplied through an air supply pipe 200 supplying air supplied through a blower (not shown) and a fuel supply pipe 300 supplying combustion gas such as gas (GAS), respectively. , In the housing 100 having the mixing space 110, the fuel and air are mixed in advance to perform a boiler operation for burning the mixed gas through the metal fiber 120.

따라서, 공기공급관(200), 연료공급관(300), 연료챔버(400), 정류판(500)을 포함하는 예혼합기로 내부 구조는 연료분출구(420)을 포함하는 연료챔버(400)를 이용하여 공기(AIR)와 연료(GAS)를 미리 혼합시켜 일정한 유속과 유량을 사각타입의 예혼합 표면연소기로 공급하여 완전 연소 시킬 수 있도록 한다.Therefore, the pre-mixer including the air supply pipe 200, the fuel supply pipe 300, the fuel chamber 400, and the rectifying plate 500 has an internal structure using the fuel chamber 400 including the fuel outlet 420. By mixing air (AIR) and fuel (GAS) in advance, a constant flow rate and flow rate are supplied to a premixed surface combustor of a square type so that complete combustion is possible.

상기 하우징(100)은 내부에 공기 및 연료의 혼합을 위한 혼합공간(110)을 포함하는 사각 함체로 전면에 형성된 개구부(101)에 혼합연료가 연소되는 메탈파이버(120)를 갖는다.The housing 100 has a metal fiber 120 in which mixed fuel is burned in the opening 101 formed in the front with a rectangular enclosure including a mixing space 110 for mixing air and fuel therein.

그리고, 상기 공기공급관(200)은 상기 하우징(100)의 상단 후측에 관통 결합되어 상기 혼합공간(110)으로 공기를 공급한다.In addition, the air supply pipe 200 is coupled through the upper rear side of the housing 100 to supply air to the mixing space 110.

그리고, 상기 연료챔버(400)는 상기 공기공급관(200)을 통해 공급되는 공기가 혼합공간(110)의 내벽면을 따라 메탈파이버(120) 측으로 유동되도록 내벽면에 이격되어 상기 혼합공간(110)에 차폐 구비되며, 상기 하우징(100)에 관통 연결된 연료를 연료공급관(300)이 연결되고, 소정의 두께를 가지며, 내부에 공급연료를 수용하는 공간을 갖는 패널로 둘레를 따라 테두리부(410)에 간격을 두고 공급된 연료를 혼합공간(110)의 내벽면 측으로 분출하는 다수의 연료분출구(420)가 형성된다.Then, the fuel chamber 400 is spaced apart from the inner wall surface so that the air supplied through the air supply pipe 200 flows toward the metal fiber 120 along the inner wall surface of the mixing space 110, the mixing space 110 It is provided with a shield, the fuel supply pipe 300 is connected to the fuel through the housing 100 is connected, has a predetermined thickness, a panel having a space for receiving the supply fuel therein along the periphery 410 A plurality of fuel ejection ports 420 for ejecting the supplied fuel at an interval to the inner wall surface side of the mixing space 110 is formed.

이때, 상기 공기공급관(200)을 통해 공급되는 공기의 유속을 감속시킬 수 있도록 상/하 간격을 두고 구비되는 하나 이상의 정류판(500)이 상기 혼합공간(110)에 구비됨과 동시에 상기 연료챔버(400)의 후방에 위치되는 것이 바람직하다.At this time, at least one rectifying plate 500 provided at upper and lower intervals to reduce the flow rate of air supplied through the air supply pipe 200 is provided in the mixing space 110 and at the same time, the fuel chamber ( 400).

그리고, 상기 정류판(500)은 상기 하우징(100)의 상단에 연결된 공기공급관(200)을 통해 공급되는 공기가 수직으로 떨어지면서 혼합공간(110)의 아래쪽으로 공기 유량이 몰리는 현상을 방지하여 전체적으로 공기 유량을 일정하게 유지할 수 있도록 상/하 간격을 하나 이상 설치할 수 있다.In addition, the rectifying plate 500 prevents the flow of air flow downward through the mixing space 110 while the air supplied through the air supply pipe 200 connected to the upper end of the housing 100 vertically falls. In order to maintain a constant air flow rate, one or more gaps can be installed.

본 발명의 예혼합기는 직육면체의 하우징(100)으로 내부 혼합공간(110) 중앙에 정면, 후면이 아닌 측면(상, 하, 좌, 우) 4면에 일정한 간격과 일정한 홀로 천공된 연료분출구(420)가 형성된 직육면체의 연료챔버(400)를 설치하여 연료공급관(300)을 통해 공급된 가스압력 1,000 ~ 2,000mmAq 정도의 연료가 일정한 속도와 유량으로 분출되어 연료챔버(400)의 측면 폭이 넓으면 연료분출구(420)에서 분사되는 연료와 유동간극(FG)를 통해 유동되는 공기 균일하게 혼합되도록 일정한 간격을 두고 형성되는 것이 바람직하다.The pre-mixer according to the present invention is a housing 100 of a rectangular parallelepiped, and the fuel injection port 420 is punched with a constant gap and a constant hole on four sides (up, down, left, right) on the side instead of the front and rear in the center of the inner mixing space 110. If the fuel chamber 400 of a rectangular parallelepiped is formed, fuel having a gas pressure of 1,000 to 2,000 mmAq supplied through the fuel supply pipe 300 is ejected at a constant speed and flow rate, and the side width of the fuel chamber 400 is wide. The fuel injected from the fuel outlet 420 is preferably formed at regular intervals so that the air flowing through the flow gap (FG) is uniformly mixed.

따라서, 상기 연료분출구(420)의 천공 직경은 5mm가 되도록 측면 폭을 설계하여 연료가 균일하고 일정하게 분출될 수 있도록 한다.Accordingly, the side width of the fuel injection hole 420 is designed to be 5 mm so that the fuel can be uniformly and uniformly discharged.

또한, 상기 혼합공간(110)의 내벽면과 상기 연료챔버(400)의 테두리부(410) 사이에는 공기가 연료분출구(420)를 통해 분사되는 연료와 공기가 혼합 유동될 수 있도록 유동간극(FG)을 유지하는 간극리브(430)가 더 구비되는 것이 바람직하다.In addition, between the inner wall surface of the mixing space 110 and the rim portion 410 of the fuel chamber 400, the flow gap (FG) to allow air and fuel injected through the fuel injection port 420 to be mixed flow ), it is preferable that the gap rib 430 is further provided.

상기 간극리브(430)에 경우 유동간극(FG)을 통해 유동되는 공기의 유속을 방해하지 않도록 얇은 판을 유동방향과 평행하게 설치하는 것이 바람직하다.In the case of the gap rib 430, it is preferable to install a thin plate parallel to the flow direction so as not to interfere with the flow velocity of the air flowing through the flow gap FG.

한편, 상기 유동간극(FG)은 상부간극(TG), 하부간극(BG) 및 측부간극(SG)으로 구분된다.Meanwhile, the flow gap FG is divided into an upper gap TG, a lower gap BG, and a side gap SG.

즉, 상기 측부간극(SG)은 좌우 대칭으로 동일한 간극을 형성하고, 상부간극(TG)은 하부간극(BG)에 비해 더 넓게 형성될 수 있도록 상기 연료챔버(400)가 하측으로 편심되게 위치될 수 있다.That is, the side gap SG forms the same gap in left and right symmetry, and the fuel chamber 400 is eccentrically positioned downward so that the top gap TG can be formed wider than the bottom gap BG. Can.

이때, 상기 상부간극(TG)과 하부간극(BG)의 공간 비율은 8:2로 이루어지는 것이 바람직하다.At this time, the space ratio between the upper gap TG and the lower gap BG is preferably 8:2.

다시 말해, 상기 상부간극(TG)에 공기가 유동되는 간극의 높이(T)가 8 cm이면, 상대적으로 하부간극(BG)에 공기가 유동되는 간극의 높이(t)가 2 cm로 상하 공기 유동 용량에 편차를 가질 수 있다.In other words, when the height T of the gap through which the air flows in the upper gap TG is 8 cm, the height t of the gap through which air flows in the lower gap BG is 2 cm and the air flows up and down to 2 cm. There may be variations in capacity.

한편, 상기 유동간극(FG)을 통해 공기와 연료가 혼합되는 평균 유속은 유동간극(FG)의 단면적을 기준으로 15 ~ 25m/s로 이루어지는 것이 바람직하다.On the other hand, the average flow rate of mixing air and fuel through the flow gap FG is preferably 15 to 25 m/s based on the cross-sectional area of the flow gap FG.

또한, 상기 연료챔버(400)의 연료공급관(300)은 상기 공기공급관(200)의 설치 위치와 동일하게 상기 하우징(100)의 상단 후측에 수직으로 관통 설치될 수 있다.In addition, the fuel supply pipe 300 of the fuel chamber 400 may be installed vertically through the upper rear side of the housing 100 in the same manner as the installation location of the air supply pipe 200.

본 발명에서 하우징(100)과 연료챔버(400) 사이의 적정 단면적은 다음 식에 의해 계산된다.In the present invention, the proper cross-sectional area between the housing 100 and the fuel chamber 400 is calculated by the following equation.

단면적(A) = 유량(Q)/유속(V)Cross-sectional area (A) = flow rate (Q)/flow rate (V)

여기서, 단면적(A)는 예혼합가스가 통과하는 하우징(100)과 연료챔버(400) 사이의 단면적으로, 하우징(100)의 혼합공간(110) 단면적에서 연료챔버(400)의 단면적을 뺀 면적으로, 유량(Q)은 예혼합기에 공급하는 공기량과 연료량을 더한 유량이며, 유속(V)은 희망하고자 하는 유속이다.Here, the cross-sectional area (A) is the cross-sectional area between the housing 100 through which the premixed gas passes and the fuel chamber 400, the area minus the cross-sectional area of the fuel chamber 400 from the cross-sectional area of the mixing space 110 of the housing 100 As, the flow rate (Q) is the flow rate plus the amount of air and fuel supplied to the pre-mixer, and the flow rate (V) is the desired flow rate.

본 발명의 균일 예혼합(GAS+AIR)을 위한 예혼합기 형상에 대하여 본 출원인인 ㈜부-스타는 한국생산기술연구원, 한국에너지기술연구원, 인하대학교, 국민대학교와 함께 공동으로 연구하여 본 제품에 대하여 실험 테스트한 결과를 아래와 같이 기술한다.With respect to the shape of the pre-mixer for uniform pre-mixing (GAS+AIR) of the present invention, the applicant, Bu-Star Co., Ltd., jointly researched with the Korea Institute of Industrial Technology, Korea Institute of Energy Technology, Inha University, and Kookmin University. The experimental test results are described as follows.

기존에 일반관류보일러는 효율 면에서 투입되는 연료가 100일 경우 배기 및 방열손실이 9이고, 증기로 배출되는 량이 91에 비율이 발생하게 되며, 연소량에 대비한 연소실 체적에 대한 열부하가 보통 2,000,000 ~ 3,000,000 Kcal/h/m³ 필요한 반면에, 본 예혼합기가 적용된 표면연소버너에 경우 연소량에 대비한 연소실 체적에 대한 열부하는 8,000,000 Kcal/h/m³ 로 기존에 비해 1/3 수준으로 연소실을 소형화 할 수 있다.Existing general perfusion boilers have an exhaust and heat dissipation loss of 9 when the fuel input is 100 in terms of efficiency, and a ratio of 91 is generated as steam, and the thermal load on the combustion chamber volume compared to the combustion amount is usually 2,000,000 ~ Whereas 3,000,000 Kcal/h/m ^{3 is} required, in the case of the surface combustion burner to which this premixer is applied, the heat load on the volume of the combustion chamber against the amount of combustion is 8,000,000 Kcal/h/m ³ , which reduces the size of the combustion chamber by 1/3 compared to the previous one. can do.

그리고, 국민대학교가 실시한 예혼합기의 열 유동해석은 아래 표 1과 같이 공기 유량은 53.6 m³/min = 0.89 m³/s이고, 공기 속도는 22.3 m/s으로 공기 투입량은 Re_air = 57,265가 제공되고, LNG 유량은 205 m³/h = 0.057 m³/s이고, LNG 속도는 20.48 m/s으로 LNG 투입량은 Re_LNG = 3,650을 제공하는 최적에 100% 운전부하를 갖는다.In addition, the thermal flow analysis of the premixer conducted by Kookmin University shows that the air flow rate is 53.6 m ³ /min = 0.89 m ³ /s, the air velocity is 22.3 m/s, and the air input is Re _air = 57,265. Provided, the LNG flow rate is 205 m ³ /h = 0.057 m ³ /s, the LNG speed is 20.48 m/s and the LNG input has an optimal 100% operating load to provide Re _LNG = 3,650.

[표 1][Table 1]

여기서, 도 9에 의하면, 정류판(500)이 연료챔버(400)의 전방에 포함하는 경우와 포함하지 않는 경우에 평균 시간 동안 공기의 유선을 살펴보면, 전방에 정류판(500)이 있다 하더라도 정류 효과가 크게 향상되지 않으며, 상하 두 간극 사이에 유량 차이가 매우 큰 것으로 파악된다.Here, according to FIG. 9, if the rectifying plate 500 is included in the front of the fuel chamber 400 and is not included in the streamline of air for an average time, the rectifying plate 500 is rectified even if the rectifying plate 500 is in the front. The effect is not greatly improved, and it is understood that the flow rate difference between the two upper and lower gaps is very large.

따라서, 도 10에 의하면, LNG의 부피 분율이 크게 차이가 나지 않으므로 연료챔버(400)의 전방에 정류판(500)의 필요성이 없다.Therefore, according to FIG. 10, since the volume fraction of LNG does not significantly differ, there is no need for a rectifying plate 500 in front of the fuel chamber 400.

한편, 도 11 및 도 12에 의하면, 연료챔버(400) 위치의 변경 유무에 따른 평균 시간 동안 공기의 유선을 살펴보면, 상기 연료챔버(400)의 상하 유동간극(FG)을 대칭 하여 2cm 하였을 경우 하부간극(BG)에 유속 및 유량이 증가되고, 상기 연료챔버(400)의 유동간극(FG)에 대해 상부간극(TG)을 3cm로 하고 하부간극(BG)을 1cm로 적용하였을 경우 상하에 공기 유속 및 유량이 유사하게 유동되는 것을 확인 할 수 있다.On the other hand, according to FIGS. 11 and 12, looking at the streamline of air for an average time depending on whether the position of the fuel chamber 400 is changed, the upper and lower flow gaps (FG) of the fuel chamber 400 are symmetrically lowered when 2 cm When the flow rate and flow rate are increased in the gap BG, and the upper gap TG is 3 cm and the lower gap BG is 1 cm with respect to the flow gap FG of the fuel chamber 400, the air flow velocity is up and down. And it can be confirmed that the flow rate flows similarly.

따라서, 연료챔버(400)의 위치상 상하 유동간극(FG)을 비대칭으로 하부간극(BG)에 비해 상부간극(TG)을 넓게 적용하는 것이 바람직하다.Therefore, it is preferable to apply the upper gap TG wider than the lower gap BG asymmetrically the upper and lower flow gaps FG on the position of the fuel chamber 400.

이상에 설명한 본 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어 및 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms and words used in the present specification and claims described above should not be construed as being limited to ordinary or lexical meanings, and the inventor appropriately uses the concept of terms to explain his or her invention in the best way. Based on the principle that it can be defined, it should be interpreted as a meaning and a concept consistent with the technical idea of the present invention.

따라서, 본 명세서에 기재된 도면 및 실시 예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the configuration shown in the drawings and examples described in this specification is only one of the most preferred embodiments of the present invention, and does not represent all of the technical spirit of the present invention, and can be replaced at the time of this application. It should be understood that there may be various equivalents and variations.

100: 하우징
101: 개구부
110: 혼합공간
120: 메탈파이버
200: 공기공급관
300: 연료공급관
400: 연료챔버
410: 테두리부
420: 연료분출구
430: 간극리브
500: 정류판
FG: 유동간극
TG: 상부간극
BG: 하부간극
SG: 측부간극100: housing
101: opening
110: mixed space
120: metal fiber
200: air supply pipe
300: fuel supply pipe
400: fuel chamber
410: border
420: fuel outlet
430: Gap Live
500: rectifying plate
FG: flow gap
TG: upper gap
BG: lower clearance
SG: side clearance

Claims

내부에 공기 및 연료의 혼합을 위한 혼합공간(110)을 포함하는 사각 함체로 전면에 형성된 개구부(101)에 혼합연료가 연소되는 메탈파이버(120)를 갖는 하우징(100)과;
상기 하우징(100)의 상단 후측에 관통 결합되어 상기 혼합공간(110)으로 공기를 공급하는 공기공급관(200)과;
상기 공기공급관(200)을 통해 공급되는 공기가 혼합공간(110)의 내벽면을 따라 메탈파이버(120) 측으로 유동되도록 내벽면에 이격되어 상기 혼합공간(110)에 차폐 구비되며, 상기 하우징(100)에 관통 연결된 연료를 연료공급관(300)이 연결되고, 소정의 두께를 가지며, 내부에 공급연료를 수용하는 공간을 갖는 패널로 둘레를 따라 테두리부(410)에 간격을 두고 공급된 연료를 혼합공간(110)의 내벽면 측으로 분출하는 다수의 연료분출구(420)가 형성된 연료챔버(400)와;
상기 혼합공간(110)에 구비됨과 동시에 상기 연료챔버(400)의 후방에 위치되어 상기 공기공급관(200)을 통해 공급되는 공기의 유속을 감속시킬 수 있도록 상/하 간격을 두고 구비되는 하나 이상의 정류판(500)를 포함하는 것을 특징으로 하는 균일 예혼합(GAS+AIR)을 위한 예혼합기 형상.
A housing 100 having a metal fiber 120 in which mixed fuel is burned in an opening 101 formed on the front surface of a square enclosure including a mixing space 110 for mixing air and fuel therein;
An air supply pipe 200 coupled to the upper rear side of the housing 100 to supply air to the mixing space 110;
The air supplied through the air supply pipe 200 is spaced apart from the inner wall surface so as to flow toward the metal fiber 120 along the inner wall surface of the mixing space 110, and is shielded in the mixing space 110, and the housing 100 ), the fuel supply pipe 300 is connected to the fuel supply pipe 300 is connected, has a predetermined thickness, and a panel having a space for receiving the supply fuel inside, mixing the fuel supplied at intervals in the rim portion 410 along the periphery A fuel chamber 400 having a plurality of fuel ejection ports 420 ejected toward the inner wall surface of the space 110;
One or more rectifications provided at the upper and lower intervals so as to be provided in the mixing space 110 and located at the rear of the fuel chamber 400 to slow the flow rate of air supplied through the air supply pipe 200. Pre-mixer shape for uniform premixing (GAS+AIR), characterized in that it comprises a plate (500).

청구항 1에 있어서,
상기 혼합공간(110)의 내벽면과 상기 연료챔버(400)의 테두리부(410) 사이에는,
공기가 연료분출구(420)를 통해 분사되는 연료와 공기가 혼합 유동될 수 있도록 유동간극(FG)을 유지하는 간극리브(430)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 균일 예혼합(GAS+AIR)을 위한 예혼합기 형상.
The method according to claim 1,
Between the inner wall surface of the mixing space 110 and the rim portion 410 of the fuel chamber 400,
A uniform pre-mixing (GAS+AIR) characterized by further comprising a gap rib 430 that maintains a flow gap (FG) so that air and fuel injected through the fuel outlet 420 can be mixed and flow. Premixer shape for.

청구항 2에 있어서,
상기 유동간극(FG)은,
상부간극(TG), 하부간극(BG) 및 측부간극(SG)으로 구분되며, 상기 측부간극(SG)은 좌우 대칭으로 동일한 간극을 형성하고, 상부간극(TG)은 하부간극(BG)에 비해 더 넓게 형성될 수 있도록 상기 연료챔버(400)가 하측으로 편심되게 위치되는 것을 특징으로 하는 균일 예혼합(GAS+AIR)을 위한 예혼합기 형상.
The method according to claim 2,
The flow gap (FG),
It is divided into an upper gap (TG), a lower gap (BG) and a side gap (SG), and the side gap (SG) forms the same gap in left and right symmetry, and the upper gap (TG) is compared to the lower gap (BG). Pre-mixer shape for uniform premixing (GAS+AIR), characterized in that the fuel chamber 400 is eccentrically positioned downward so that it can be formed wider.

청구항 3에 있어서,
상기 상부간극(TG)과 하부간극(BG)의 공간 비율은 8:2로 이루어진 것을 특징으로 하는 균일 예혼합(GAS+AIR)을 위한 예혼합기 형상.
The method according to claim 3,
The pre-mixer shape for uniform premixing (GAS+AIR), characterized in that the space ratio of the upper gap (TG) and the lower gap (BG) is 8:2.

청구항 1에 있어서,
상기 연료분출구(420)의 관통 직경은 5mm 내로 형성된 것을 특징으로 하는 균일 예혼합(GAS+AIR)을 위한 예혼합기 형상.
The method according to claim 1,
Pre-mixer shape for uniform pre-mixing (GAS+AIR), characterized in that the through diameter of the fuel outlet 420 is formed within 5 mm.

청구항 3에 있어서,
상기 유동간극(FG)을 통해 공기와 연료가 혼합되는 평균 유속은 유동간극(FG)의 단면적을 기준으로 15 ~ 25m/s로 이루어지는 것을 특징으로 하는 균일 예혼합(GAS+AIR)을 위한 예혼합기 형상.
The method according to claim 3,
Pre-mixer for uniform pre-mixing (GAS+AIR), characterized in that the average flow velocity in which air and fuel are mixed through the flow gap (FG) is 15 to 25 m/s based on the cross-sectional area of the flow gap (FG). shape.

청구항 1에 있어서,
상기 연료챔버(400)의 연료공급관(300)은,
상기 공기공급관(200)의 설치 위치와 동일하게 상기 하우징(100)의 상단 후측에 수직으로 관통 설치되는 것을 특징으로 하는 균일 예혼합(GAS+AIR)을 위한 예혼합기 형상.The method according to claim 1,
The fuel supply pipe 300 of the fuel chamber 400,
Pre-mixer shape for uniform pre-mixing (GAS+AIR), characterized in that it is installed vertically through the upper rear side of the housing 100 in the same way as the installation position of the air supply pipe 200.