KR100965277B1 - Lean-rich combustion burner having characteristics of reducing pollutional material and stabilizing flame - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이단연소와 과농-희박연소를 구현하여 NOx의 발생량을 감소시키는 한편, 평판형 화염에 비해 보다 높은 보염특성을 구현할 수 있는 염공구조가 구비된 버너를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a burner having a salt pore structure that can implement a two-stage combustion and excessive-lean burn to reduce the amount of NOx generated, and to implement a higher flame resistance than a flat flame.
이를 구현하기 위한 본 발명은, 내부에 과농 혼합기가 흐르는 공간이 형성되고 수평한 상면에는 상기 과농 혼합기가 분출되도록 소정 간격으로 다수의 염공이 형성된 복수의 제1염공편이 일정한 간격으로 병렬로 설치되고; 내부에 희박 혼합기가 흐르는 공간이 형성되고 상향 절곡된 좌우측 상면에는 상기 희박 혼합기가 분출되도록 소정 간격으로 다수의 염공이 각각 형성된 복수의 제2염공편이 상기 제1염공편 사이사이에 설치되고; 상기 과농 혼합기가 유입되는 복수의 제1염공편의 입구 측에는 복수의 제1연료노즐이 각각 설치되고; 상기 희박 혼합기가 유입되는 복수의 제2염공편의 입구 측에는 상기 제1연료노즐에 비해 직경이 작은 복수의 제2연료노즐이 각각 설치되는 구조로 이루어진다.The present invention for realizing this, a space in which a concentrated mixer flows is formed therein, and a plurality of first salt balls having a plurality of salt holes formed at predetermined intervals so that the concentrated mixer is ejected on a horizontal upper surface are installed in parallel at regular intervals. ; A plurality of second salt flakes each having a plurality of salt holes formed at predetermined intervals so that the lean mixer is ejected are formed between the first salt flakes on the left and right upper surfaces in which a space in which the lean mixer flows is formed and is upwardly bent; A plurality of first fuel nozzles are respectively installed at an inlet side of the plurality of first salt balls into which the concentrated mixer is introduced; At the inlet side of the plurality of second salt balls into which the lean mixer is introduced, a plurality of second fuel nozzles having a diameter smaller than that of the first fuel nozzle are provided.
이단연소, 과농-희박연소, NOx, 염공, 보염, 턴다운비, 화염전이 Two-stage combustion, over-lean burn, NOx, flame, flame, turndown ratio, flame transition
Description
본 발명은 공해물질 저감 및 보염 특성을 갖는 과농-희박연소 버너에 관한 것으로, 다단연소방법과 과농-희박 연소방법을 동시에 구현함으로써 NOx의 발생량을 저감시키는 한편 보염특성이 구현된 염공구조를 적용함으로써 화염안전성이 향상된 과농-희박연소 버너에 관한 것이다.The present invention relates to a super-lean burner having a pollution reduction and flame retardant characteristics, and simultaneously implements a multi-stage combustion method and a super-lean burn method to reduce the generation of NOx and to apply a salt ball structure with flame retardant properties. The present invention relates to an over-lean burn burner having improved flame safety.
일반적으로 기체연료의 연소방식에는, 가스연료와 연소용 공기를 미리 혼합한 후에 연소실에 공급하는 예혼합연소와, 연료와 공기를 따로 공급하는 확산연소 및, 예혼합연소와 확산연소 방식을 혼합한 부분예혼합연소가 있다.In general, in the combustion method of gas fuel, premixed combustion in which gas fuel and combustion air are mixed in advance and then supplied to the combustion chamber, diffused combustion for separately supplying fuel and air, and premixed combustion and diffused combustion are mixed. There is partial premixed combustion.
상기 부분예혼합연소는 분젠버너에 의해서 이루어지는 연소를 일컫는데, 상기 분젠버너는 공급되는 공기의 일부인 1차공기와 연료를 미리 혼합하여 공급하고 이와는 별도로 2차공기를 화염발생부분에 공급하여 완전연소를 유도하는 것이다. 종래의 가정용 가스보일러 등의 연소기기에는 화염안정성과 역화현상 등이 발생할 위험성이 적다는 장점을 이유로 분젠버너를 주로 채용하고 있다.The partial premixed combustion refers to the combustion produced by the Bunsen burner. The Bunsen burner pre-mixes the primary air and the fuel, which is a part of the supplied air, and supplies the secondary air to the flame-generating part. To induce. Conventional combustion gas appliances such as domestic gas boilers mainly employ Bunsen burners because of their advantages such as low flame stability and low risk of backfire.
그러나 분젠버너는 구조적으로 버너의 화염이 길고 화염온도가 높을 뿐만 아니라 연소에 필요한 공기량이 이론 공기량에 비해 많은 과잉공기가 필요하기 때문에 고온의 배기가스로 인한 열손실과 NOx 및 CO의 배출량이 많아 연소기기의 효율 극대화와 공해물질 저감화에 한계성을 지니고 있었다.However, the Bunsen burner has a long burn flame and high flame temperature, and the amount of air required for combustion requires a lot of excess air compared to the theoretical amount of air, resulting in high heat loss and high emissions of NOx and CO. It had limitations in maximizing the efficiency of equipment and reducing pollutants.
일반적으로 연소기기에서 배출되는 NOx는 당량비와 도 1의 그래프에서와 같은 관계를 갖는다. 당량비(Φ)란 실제 공연비(AFact)에 대한 이론 공연비(AFstoich)를 나타낸 것이다. Φ = 1은 이론 공연비와 실제 공연비가 같음을 의미하고, Φ > 1 조건은 과농 연소(rich burn), Φ < 1 조건은 희박 연소(lean burn) 상태를 각각 나타낸다.In general, NOx emitted from the combustor has an equivalent ratio as shown in the graph of FIG. 1. Equivalence ratio (Φ) represents the theoretical air-fuel ratio (AF stoich ) with respect to the actual air-fuel ratio (AF act ). Φ = 1 means that the theoretical air-fuel ratio is the same as the actual air-fuel ratio, Φ> 1 condition represents a rich burn, and Φ <1 condition represents a lean burn state, respectively.
도 1을 참조하면, NOx는 당량비가 1 근처에서 가장 많이 발생되고 과농 연소(Φ > 1) 또는 희박 연소(Φ < 1) 영역에서 NOx의 발생량이 감소함을 알 수 있다. 당량비와 화염온도의 곡선도 도 1과 같은 특성을 보인다.Referring to FIG. 1, it can be seen that the equivalent ratio of NOx is most generated near 1, and the amount of NOx is reduced in the region of excessive combustion (Φ> 1) or lean combustion (Φ <1). The curve of equivalence ratio and flame temperature also shows the same characteristics as in FIG. 1.
이와 같은 당량비, 화염온도와의 관계를 이용하여 NOx의 발생량을 줄이는 연소방법으로는 이단연소와 과농-희박연소(Lich-lean combustion)가 있다.Combustion methods that reduce the generation of NOx by using the relationship between the equivalent ratio and the flame temperature include two-stage combustion and rich-lean combustion.
이단연소는 연료 또는 공기를 분할하여 연소함으로써 최대 화염온도를 낮추어 연소시키는 방법인데, 일반적으로 공기를 분할하여 공급하고, 1차 연소영역에서 연료와 적은 양의 공기가 혼합되어 과농(fuel rich) 상태의 연소가 이루어지는 한편 2차적으로 공급되는 공기에 의하여 미연분이 완전연소가 되는 방식이다. 이러한 이단연소는 화염의 길이를 길게하여(화염의 표면적 증가 → 화염의 방열성 증대) 화염의 국소온도를 낮추어 NOx를 줄이는 연소방법이다.Two-stage combustion is a method of lowering the maximum flame temperature by splitting and combusting fuel or air, and in general, splitting and supplying air, and fuel and a small amount of air are mixed in the primary combustion zone to make the fuel rich. Combustion occurs, while unburned is completely burned by the secondary air. This two-stage combustion is a combustion method that reduces the NOx by lowering the local temperature of the flame by lengthening the flame length (increasing the surface area of the flame → increasing the heat dissipation of the flame).
과농-희박연소는 예혼합연소에서 화염온도가 가장 높은 연료와 공기의 과잉공기비가 1인 조건을 피해 과잉공기비가 낮은 과농연소(fuel rich)와 과잉공기비가 높은 희박연소(fuel lean)를 동시에 형성하여 화염온도를 낮춤으로써 NOx의 발생량을 낮추는 한편, 희박연소시 발생될 수 있는 화염의 날림 등의 불안전 현상을 과농연소에 의한 화염이 파이로트 버너의 화염과 같이 화염을 안정하게 유지시켜 주는 역할을 한다.Superrich-lean combustion avoids the condition that the excess air ratio of fuel and air with the highest flame temperature is 1 in premixed combustion, and simultaneously forms the fuel rich with low excess air ratio and the fuel rich with high excess air ratio. By lowering the flame temperature, the amount of NOx is lowered, and the unstable phenomena such as the flying of the flame, which may occur in lean burning, are maintained by the flames caused by overcombustion. do.
한편 종래의 평판형 화염에 비해 화염의 보염성이 향상되어 화염의 리프팅 및 그로 인한 화염 불안정성을 감소시킬 수 있는 염공 구조가 대한민국 특허등록 제10-778716호에 개시되어 있다. On the other hand, compared to the conventional flame-type flame flames are improved flame flame structure that can reduce the lifting and resulting flame instability of the flame is disclosed in Korean Patent Registration No. 10-778716.
또한 가스보일러에는 보일러에서 요구되는 난방부하에 따라 턴다운비(Turn-Down Ratio;TDR)가 설정된다. 턴다운비(TDR)란 가스의 양이 가변 조절되는 가스연소장치에 있어서 '최대가스소비량 대 최소가스소비량의 비'를 말한다. 예를 들면 최대가스소비량이 30,000kcal/h이고 최소가스소비량이 6,000kcal/h인 경우 턴다운비(TDR)는 5:1이 된다. 턴다운비(TDR)는 안정된 화염을 유지하기 위한 최소가스소비량을 얼마나 낮게 조절할 수 있는지 여부에 따라 제한된다.In addition, the gas boiler has a turn-down ratio (TDR) set according to the heating load required by the boiler. The turndown ratio (TDR) refers to the ratio of maximum gas consumption to minimum gas consumption in a gas combustion device in which the amount of gas is variably controlled. For example, if the maximum gas consumption is 30,000kcal / h and the minimum gas consumption is 6,000kcal / h, the turndown ratio (TDR) is 5: 1. The turndown ratio (TDR) is limited by how low the minimum gas consumption can be adjusted to maintain a stable flame.
이와 같은 턴다운비의 향상을 위하여 버너의 연소영역을 다수의 영역으로 분할하고, 버너의 각 연소영역으로 분사되는 가스의 통로를 개폐함으로써 가스버너의 턴다운비(TDR)를 높이는 방법이 제시되어 왔다.In order to improve the turndown ratio, a method of increasing the turndown ratio (TDR) of the gas burner has been proposed by dividing the combustion zone of the burner into a plurality of zones and opening and closing the passage of gas injected into each combustion zone of the burner.
그러나 도 2에서와 같이 연소영역을 3단 영역으로 분할하여 다단연소구조를 구현한 경우, 1단 연소영역(10)과 2단 연소영역(20), 3단 연소영역(30)이 각각 서로 인접하게 좌에서 우로 순차배치되어 있어 1단 연소(도 2a 상태)에서 2단 연소(도 2b 상태)로, 2단 연소에서 3단 연소(도 2c 상태)로 화염이 전이되는 경우 화염 전이가 불안정한 문제점이 있었다.However, when the combustion zone is divided into three stage regions as shown in FIG. 2 to implement a multi-stage combustion structure, the first
본 발명은 상술한 종래 버너 구조의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 이단연소와 과농-희박연소를 구현하여 NOx의 발생량을 감소시키는 한편, 평판형 화염에 비해 보다 높은 보염특성을 구현할 수 있는 염공구조가 구비된 버너를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.The present invention is to solve all the problems of the conventional burner structure described above, while implementing a two-stage combustion and super-lean burn to reduce the amount of NOx generation, salt tools that can implement a higher flame resistance than a flat flame The purpose is to provide a burner with a jaw.
본 발명의 다른 목적은, 턴다운비를 향상시키기 위한 다단연소구조를 구현하는 경우 화염의 전이가 중앙에서 좌우 양측으로 전이되도록 함으로써 화염전이의 안정성을 향상시킬 수 있는 버너를 제공하고자 함에 있다.Another object of the present invention is to provide a burner that can improve the stability of flame transition by allowing the transition of flame from the center to the left and right sides when implementing a multi-stage combustion structure for improving the turndown ratio.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 내부에 과농 혼합기가 흐르는 공간이 형성되고 수평한 상면에는 상기 과농 혼합기가 분출되도록 소정 간격으로 다수의 염공이 형성된 복수의 제1염공편이 일정한 간격으로 병렬로 설치되고; 내부에 희박 혼합기가 흐르는 공간이 형성되고 상향 절곡된 좌우측 상면에는 상기 희박 혼합기가 분출되도록 소정 간격으로 다수의 염공이 각각 형성된 복수의 제2염공편이 상기 제1염공편 사이사이에 설치되고; 상기 과농 혼합기가 유입되는 복수의 제1염공편의 입구 측에는 복수의 제1연료노즐이 각각 설치되고; 상기 희박 혼합기가 유입되는 복수의 제2염공편의 입구 측에는 상기 제1연료노즐에 비해 직경이 작은 복수의 제2연료노즐이 각각 설치되는 구조로 이루어진다.In order to achieve the above object, the present invention provides a space in which a concentrated mixer flows therein, and a plurality of first salt balls having a plurality of salt holes formed at predetermined intervals so that the concentrated mixer is ejected on a horizontal upper surface in parallel at regular intervals. Installed; A plurality of second salt flakes each having a plurality of salt holes formed at predetermined intervals so that the lean mixer is ejected are formed between the first salt flakes on the left and right upper surfaces in which a space in which the lean mixer flows is formed and is upwardly bent; A plurality of first fuel nozzles are respectively installed at an inlet side of the plurality of first salt balls into which the concentrated mixer is introduced; At the inlet side of the plurality of second salt balls into which the lean mixer is introduced, a plurality of second fuel nozzles having a diameter smaller than that of the first fuel nozzle are provided.
또한 상기 제1염공편과 제2염공편의 대향되는 측면 사이에는 송풍기를 통해 유입된 공기의 일부가 통과하도록 공기통과공간이 형성된 것으로 구성될 수 있다.In addition, an air passage space may be formed between the first side and the opposite side of the second salt piece to pass a portion of the air introduced through the blower.
또한 상기 복수의 제1염공편 중 중앙부에 위치된 하나 이상의 제1염공편과 그에 인접하게 위치된 하나 이상의 제2염공편이 1단 연소부를 형성하고; 상기 1단 연소부의 좌우측에는 제1염공편과 제2염공편으로 이루어진 하나 이상의 염공편쌍이 각각 병렬 설치되어 2단 연소부를 형성하거나, 상기 2단 연소부의 좌우측에 제1염공편과 제2염공편으로 이루어진 하나 이상의 염공편쌍이 각각 병렬 설치되어 3단 연소부를 추가로 형성하고; 상기 1단 연소부에서 형성된 화염이 부하가 증가함에 따라 좌우 양측의 2단 연소부 또는 3단 연소부로 전이되어 다단연소가 이루어지는 것으로 구성될 수 있다.In addition, the one or more first salt flakes positioned in the center of the plurality of first salt flakes and the one or more second salt flakes adjacent to form a first stage combustion; At least one pair of salt flakes composed of the first salt flakes and the second salt flakes are installed in parallel on each of the left and right sides of the first stage combustion section to form a two stage combustion section, or the first salt flakes and the second salt flakes on the left and right sides of the two stage combustion section. One or more pairs of salt ball pieces each formed in parallel to further form a three-stage combustion unit; The flame formed in the first stage combustion unit may be configured to be transferred to a two-stage combustion unit or a three-stage combustion unit on both the left and right sides as the load increases, thereby multistage combustion.
또한 상기 복수의 제1연료노즐과 제2연료노즐은 연료를 분배하기 위한 매니폴드의 일측면 하측과 상측에 각각 결합되고; 상기 매니폴드의 타측면에는, 상기 1단 연소부에 연료가 공급되도록 중앙부에 형성된 홈 형상의 1단연료공급홈과 상기 1단연료공급홈의 좌우 둘레를 따라 홈 형상으로 형성되어 상기 2단 연료부에 연료가 공급되도록 하는 2단연료공급홈이 형성되거나, 상기 1단연료공급홈과 2단연료공급홈과 함께 2단연료공급홈의 좌우 둘레를 따라 홈 형상으로 형성되어 상기 3단 연료부에 연료가 공급되도록 하는 3단연료공급홈이 형성된 것으로 구성될 수 있다.In addition, the plurality of first fuel nozzles and the second fuel nozzles are respectively coupled to the lower side and the upper side of one side of the manifold for distributing fuel; On the other side of the manifold, the two-stage fuel is formed in a groove shape along the left and right circumference of the first stage fuel supply groove and the first stage fuel supply groove formed in the center portion to supply fuel to the first stage combustion unit. A two-stage fuel supply groove is formed to supply fuel to the unit, or the three-stage fuel unit is formed in a groove shape along the left and right circumferences of the two-stage fuel supply groove together with the first and second fuel supply grooves. It may be composed of a three-stage fuel supply groove is formed so that the fuel is supplied to.
또한 상기 복수의 연료공급홈은 솔레노이드밸브의 개폐동작에 의해 연료공급경로가 연결되거나 차단되는 것으로 구성될 수 있다.In addition, the plurality of fuel supply grooves may be configured such that the fuel supply path is connected or blocked by the opening and closing operation of the solenoid valve.
본 발명에 의하면, 공해물질의 발생량을 감소시키고 보다 향상된 보염특성을 구현할 수 있으며 화염 전이가 안정적으로 이루어지는 효과가 있다.According to the present invention, it is possible to reduce the amount of pollutants generated and to implement improved flame retardant properties, and the flame transition is stable.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration and operation of the preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 버너를 보여주는 결합사시도, 도 4는 도 3에 도시된 버너의 분해사시도, 도 5는 도 3의 A-A 단면개략도, 도 6은 도 3의 B-B 단면개략도, 도 7은 도 3에 도시된 제1,2염공편을 각각 보여주는 정면도와 측면도이다.3 is a perspective view showing a burner according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is an exploded perspective view of the burner shown in Figure 3, Figure 5 is a cross-sectional view AA of Figure 3, Figure 6 is a schematic cross-sectional view BB of Figure 3, FIG. 7 is a front view and a side view showing the first and second salt balls shown in FIG. 3, respectively.
본 발명의 버너는, 내부에 공기와 연료의 혼합기가 흐르는 공간이 형성되고 상부에서 화염이 형성되는 버너본체부(100), 상기 버너본체부(100)의 일측면에 설치되어 연료가 도입되는 매니폴드(200), 상기 버너본체부(100)의 하측에 설치되어 공기가 도입되는 송풍기(300), 상기 매니폴드(200)의 측면을 덮는 덮개(400)로 구성된다.The burner of the present invention includes a
상기 버너본체부(100)는, 화염을 형성시키는 염공이 형성된 제1염공편(110)과 제2염공편(120)이 각각 다수 구비되어 있고, 상기 제1염공편(110)과 제2염공편(120)의 하단부에는 판 형상의 격판(130)이 설치되어 있다.The
상기 제1염공편(110)은 도 7a에 도시된 바와 같이, 연료와 공기가 유입되는 유입구(111), 상기 유입구(111)를 통해 유입된 연료와 공기의 혼합기가 통과하도록 공간이 형성된 혼합기통로(112), 상기 혼합기통로(112)를 거친 혼합기가 분출되는 염공(114)이 형성된 상면(113)으로 이루어진다.As shown in FIG. 7A, the first
상기 혼합기통로(112)는 공기와 연료의 충분한 혼합이 이루어지도록 하기 위해 지그재그 모양으로 형성되어 있다. 상기 상면(113)은 염공(114)이 연직상방을 향하도록 수평형상으로 이루어져 있다.The
상기 제2염공편(120)은 도 7b에 도시된 바와 같이, 연료와 공기가 유입되는 유입구(121), 상기 유입구(121)를 통해 유입된 연료와 공기의 혼합기가 통과하도록 공간이 형성된 혼합기통로(122), 상기 혼합기통로(122)를 거친 혼합기가 분출되는 염공(124)이 형성된 상면(123)으로 이루어진다. 상기 상면(123)은 상향 절곡되어 좌우측 대칭인 면에 혼합기가 분출되도록 염공(124)이 형성되어 있다.As shown in FIG. 7B, the second
상기 제1염공편(110)과 제2염공편(120)은 도 3에 도시된 바와 같이, 교대로 병렬 배치되어 있다.The
상기 제1염공편(110)의 내부에는 과농(rich) 혼합기가 공급되어 상면(113)에서 과농 연소가 이루어진다. The rich salt mixer is supplied to the inside of the
상기 제2염공편(120)의 내부에는 희박(lean) 혼합기가 공급되어 상면(123)에서 희박 연소가 이루어진다.A lean mixer is supplied inside the second
상기 제1염공편(110)과 제2염공편(120)의 유입구(111,121) 측에는 제1연료노즐(211)과 제2연료노즐(212)이 상하 소정 간격을 두고 위치하도록 설치되어 있다.The
상기 제1연료노즐(211)과 제2연료노즐(212)은 내부에 연료가 흐르는 경로가 형성된 매니폴드(200)의 일측면에 고정되어 있다.The
상기 제1연료노즐(211)은 상기 제1염공편(110)과 동일한 개수로 수평방향으로 일정간격 이격되어 설치되고, 상기 제2연료노즐(212)은 상기 제1연료노즐(211) 보다 상측에 위치되고 상기 제2염공편(120)과 동일한 개수로 수평방향으로 일정간격 이격되어 설치된다. The
따라서 상기 제1연료노즐(211)을 통해 분출된 과농 연료가 상기 제1염공편(110)의 유입구(111)로 유입되고, 상기 제2연료노즐(212)을 통해 분출된 희박 연료가 상기 제2염공편(120)의 유입구(121)로 유입되도록 제1염공편(110)의 유입구(111)와 제2염공편(120)의 유입구(121)는 상하 위치가 서로 다르게 형성되어 있다.Accordingly, the concentrated fuel injected through the
상기 제1연료노즐(211)을 통해 공급되는 연료는 연료-공기의 혼합기가 과농(rich) 상태가 되도록 노즐 직경이 설정되고, 상기 제2연료노즐(212)을 통해 공급되는 연료는 연료-공기의 혼합기가 희박(lean) 상태가 되도록 노즐 직경이 설정된다. The fuel supplied through the
상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 연료-공기 혼합기의 유입경로에 대해 설명한다.The inlet path of the fuel-air mixer of the present invention having the above configuration will be described.
먼저, 연료는 매니폴드(200)의 일측에 마련된 연료도입구(도면에 미도시)를 통해 유입된다. 상기 연료도입구를 통해 유입된 연료는 제1연료노즐(211)과 제2연료노즐(212)로 분기되어 공급된 후 상기 제1염공편(110)의 유입구(111) 및 제2염공편(120)의 유입구(121)로 분출된다. 이 경우 노즐(211,212)을 통과하는 연료의 양은 노즐의 직경에 의해 설정할 수 있다. First, fuel is introduced through a fuel inlet (not shown) provided at one side of the
송풍기(300)를 통해 상방향으로 공급된 공기는 격판(130)에 의해 측방향으로 흐름이 유도되어 버너몸체부(100)의 하부에 형성된 공기흐름공간(140)을 통해 측방 향으로 흐르게 된다. The air supplied upward through the
상기 공기흐름공간(140)을 거친 공기는 제1염공편(110)의 유입구(111)와 제2염공편(120)의 유입구(121) 측으로 공급되어 상기 제1,2연료노즐(211,212)에 의해 분출된 연료와 혼합이 이루어진다.The air passing through the
상기 유입구(111,121)에서 혼합이 이루어지기 시작한 연료-공기 혼합기는 혼합기통로(112,122)를 경유하면서 연료와 공기의 충분한 혼합이 이루어진다.The fuel-air mixer in which mixing starts at the
상기 제1염공편(110)의 혼합기통로(112)를 경유한 혼합기는 염공(114)을 통해 분출되어 과농화염이 형성되고, 제2염공편(120)의 혼합기통로(122)를 경유한 혼합기는 염공(124)을 통해 분출되어 희박화염이 형성된다.The mixer that passes through the mixing
상기 제1염공편(110)에서 염공(114)이 형성된 상면(113)은 수평한 형상이고, 제2염공편(120)에서 염공(124)이 형성된 상면(123)은 상향 절곡되어 서로 다른 방향을 향하는 두 경사면이 형성된 구조로 되어 있다. 따라서 상기 제1염공편(110)의 염공(114)에서 형성된 화염은 수직방향으로 형성되는데 반해, 상기 제2염공편(120)의 염공(124)에서 형성된 화염은 수직방향에 대해 기울어진 방향이 되어 상기 제1염공편(110)의 염공(114)에서 형성된 화염과 서로 충돌하면서 보염구조를 형성하게 된다.The
이에 따라 종래의 평판형 화염에 비해 화염의 보염성이 향상되어 화염의 공기비 또는 예혼합기의 부하를 높여도 화염의 리프팅 및 그로 인한 불안정성이 감소되고, 화염의 수직방향 길이가 단축되어 열교환기에 화염이 직접 닿을 경우에 우려되었던 일산화탄소 등의 불완전연소물 발생도 방지할 수 있게 된다.As a result, the flame retardancy of the flame is improved compared to the conventional flat flame, and the lifting of the flame and the instability thereof are reduced even when the air ratio of the flame or the load of the premixer is increased, and the flame length is reduced by the vertical length of the flame. In case of direct contact, it is possible to prevent the generation of incomplete combustion products such as carbon monoxide.
또한 과농화염(rich flame)의 미연성분을 양쪽 희박화염(lean flame)의 충돌을 통한 믹싱 향상으로 미연성분을 전부 연소시킬 수 있고, 고부하의 경우 분출 속도가 증가하여 더욱 좋은 믹싱 특성을 구현할 수 있다.In addition, it is possible to burn all of the unburned components by improving the mixing of the unburned components of the rich flame through the collision of both lean flames, and in the case of the high load, the ejection speed increases to realize better mixing characteristics. .
또한 본 발명은 제1염공편(110)과 제2염공편(120)으로 연료와 공기를 분할하여 공급하고 과농화염 염공(114)과 희박화염 염공(124)의 높이 차를 두어 이단연소 및 과농-희박 연소를 동시에 구현하여 NOx의 발생량을 감소시킬 수 있다. In addition, the present invention divides and supplies fuel and air to the
한편 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제1염공편(110)과 제2염공편(120)의 대향되는 측면 사이에는 송풍기(300)를 통해 유입된 공기의 일부가 통과하도록 공기통과공간(150)이 형성되는 것이 바람직하다.On the other hand, as shown in Figure 6, the
상기 송풍기(300)로부터 공급된 공기의 대부분은 격판(130)에 가로막혀 공기흐름공간(140)의 측방향으로 흐르고, 나머지 일부는 상기 격판(130)에 형성된 구멍(130a)을 통해 상기 공기통과공간(150)으로 공급된다.Most of the air supplied from the
상기 공기통과공간(150)을 통해 흐르는 공기에 의해 염공편(110,120)의 적열에 의한 파손을 방지할 수 있다. 또한 상기 공기통과공간(150)을 통해 공기가 분출되도록 하면 확산연소영역을 형성하게 되므로, 안정적인 연소가 이루어지는 화염영역이 좁은 예혼합버너의 특성을 보충하여 보다 넓은 부하 영역에서 안정적인 연소가 이루어질 수 있다.The air flowing through the
이하 도 8 내지 도 10을 참조하여 3단 연소를 통한 높은 턴다운비(TDR)를 구현함과 동시에 화염전이가 안정적으로 이루어지는 구조에 대해 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 8 to 10, a high turndown ratio (TDR) through three-stage combustion and a structure in which flame transition is stable will be described.
도 8a는 난방부하가 저부하인 1단연소가 이루어지는 상태를 보여주는 도면, 도 8b는 난방부하가 중부하인 2단연소가 이루어지는 상태를 보여주는 도면, 도 8c는 난방부하가 고부하인 3단연소가 이루어지는 상태를 보여주는 도면, 도 9는 도 4에 도시된 매니폴드부분의 측단면을 보여주는 개략도, 도 10a,b는 본 발명의 매니폴드를 보여주는 사시도이다.Figure 8a is a view showing a state in which the first stage combustion with a heating load is a low load, Figure 8b is a view showing a state in which the two-stage combustion with a heating load is a heavy load, Figure 8c is a three-stage combustion with a heating load is a high load 9 is a schematic view showing a side cross-section of the manifold portion shown in FIG. 4, and FIGS. 10A and 10B are perspective views showing the manifold of the present invention.
도 8a를 참조하면, 난방부하가 저부하여서 1단연소가 이루어지는 경우 중앙부에 있는 3개의 제1염공편(110)에서 과농화염(rich flame)이 발생되고, 그 사이에 있는 2개의 제2염공편(120)에서 희박화염(lean flame)이 발생되어 1단연소부(A부)가 형성된다.Referring to FIG. 8A, when the heating load is low and the first stage combustion occurs, rich flames are generated in the three
이 상태에서 난방부하가 증가하면 도 8b와 같이 2단연소가 이루어진다. 즉, 1단연소부(A부)에 화염이 형성된 상태에서 2단연소가 시작되면, 1단연소부(A부)의 좌우측에 위치된 제1,2염공편(110,120)의 염공을 통해 혼합기가 분출되고 1단연소부(A부)의 화염이 좌우로 전이되어 2단연소부(B부)가 형성된다.In this state, when the heating load increases, two stage combustion is performed as shown in FIG. 8B. That is, when the second stage combustion starts in the state where the flame is formed in the first stage combustion unit (part A), the mixer is ejected through the salt holes of the first and second
종래에는 화염이 일방향으로 전이되므로 화염전이가 불안정했으나, 본 발명의 경우 화염의 전이가 좌우 양측방향으로 이루어지므로 화염의 전이가 안정적으로 이루어진다. 이는 난방부하 증가시 2단연소부(B부)를 통해 분출되는 혼합기가 좌우 양측으로 나뉘어지므로 분출압력의 변화가 크지 않기 때문이다.In the past, the flame is unstable because the flame is transferred in one direction, but in the present invention, the flame is stably made because the flame is made in both the left and right directions. This is because the mixer is ejected through the two-stage combustion section (B) when the heating load is increased, so that the change in the ejection pressure is not large.
도 8b상태에서 난방부하가 증가하면 도 8c와 같이 3단연소가 이루어진다. 이 경우 2단연소부(B부)에서 형성된 화염에 의해 그 좌우측에 있는 3단연소부(C부)로 화염이 전이된다.In the state of FIG. 8B, when the heating load increases, three stage combustion is performed as shown in FIG. 8C. In this case, the flame is transferred to the three stage combustion section (C section) on the left and right sides by the flame formed in the two stage combustion section (B section).
이와 같이 화염이 중앙에서 좌우 양측방향으로 나뉘어 전이되는 버너를 구현하기 위한 매니폴드의 구조를 도 9와 도 10을 참조하여 설명한다.Thus, the structure of the manifold for implementing a burner in which the flame is divided into two sides in the center and transferred to the center will be described with reference to FIGS. 9 and 10.
매니폴드(200)의 일측면에는 염공편(110,120)의 유입구(111,121)를 향하도록 제1,2연료노즐(211,212)이 설치되고, 타측면에는 상기 1단,2단,3단연소부에 각각 연료를 공급하기 위한 1단,2단,3단연료공급홈(201,202,203)이 형성되어 있다.The first and
상기 1단연료공급홈(201)에는 주연료공급밸브(도면에 미도시)의 개폐에 의해 버너의 작동시 전 부하영역에서 항상 연료가 공급되도록 연결되어 있다.The first stage
상기 1단연료공급홈(201)의 내벽에는 하측에 3개의 관통구(201a)와 상측에 2개의 관통구(201b)가 형성되어 제1연료노즐(211)과 제2연료노즐(212)에 각각 연결된다.Three through
상기 주연료공급밸브의 개방에 의해 상기 1단연료공급홈(201)으로 유입된 연료는 관통구(201a,201b)와 연료노즐(211,212) 및 유입구(111,121)를 거치면서 공기와 혼합된 후 1단연소부로 공급된다. The fuel introduced into the first stage
상기 1단연료공급홈(201)의 일측과 2단연료공급홈(202)의 일측은 제1연결구멍(204)에 의해 서로 연결되고, 상기 제1연결구멍(204)은 제1솔레노이드밸브(221)에 의해 개폐된다. One side of the first stage
상기 2단연료공급홈(202)은 1단연료공급홈(201)의 좌우 둘레를 따라 홈 형상으로 형성되어 있다.The two stage
상기 2단연료공급홈(202)의 내벽 좌우측에는 하측에 1개씩의 관통구(202a)와 상측에 1개씩의 관통구(202b)가 형성되어 제1연료노즐(211)과 제2연료노즐(212)에 각각 연결된다.On the left and right sides of the inner wall of the two-stage
상기 2단연료공급홈(202)으로 유입된 연료는 관통구(202a,202b)와 연료노즐(211,212) 및 유입구(111,121)를 거치면서 공기와 혼합된 후 2단연소부로 공급된다. The fuel introduced into the second stage
상기 1단연료공급홈(201)의 타측과 3단연료공급홈(203)은 제2연결구멍(205)에 의해 서로 연결되고, 상기 제2연결구멍(205)은 제2솔레노이드밸브(222)에 의해 개폐된다. The other side of the first stage
상기 3단연료공급홈(203)은 2단연료공급홈(202)의 좌우 둘레를 따라 홈 형상으로 형성되어 있다.The three-stage
상기 3단연료공급홈(203)의 내벽 좌우측에는 하측에 1개씩의 관통구(203a)와 상측에 2개씩의 관통구(203b)가 형성되어 제1연료노즐(211)과 제2연료노즐(212)에 각각 연결된다.On the left and right sides of the inner wall of the three-stage
상기 3단연료공급홈(203)으로 유입된 연료는 관통구(203a,203b)와 연료노즐(211,212) 및 유입구(111,121)를 거치면서 공기와 혼합된 후 3단연소부로 공급된다. The fuel introduced into the three-stage
상기 제1솔레노이드밸브(221)는 1단연소시에 폐쇄되어 1단연료공급홈(201)으로 유입된 연료가 2단연료공급홈(202)으로 공급되는 것을 차단하고, 2단연소시에는 개방되어 1단연료공급홈(201)으로 유입된 연료가 2단연료공급홈(202)으로 공급되도록 한다.The
상기 제2솔레노이드밸브(222)는 1단 및 2단연소시에 폐쇄되어 1단연료공급 홈(201)으로 유입된 연료가 3단연료공급홈(203)으로 공급되는 것을 차단하고, 3단연소시에는 개방되어 1단연료공급홈(201)으로 유입된 연료가 3단연료공급홈(203)으로 공급되도록 한다.The
이와 같은 구조에 의하면 3단 연소를 통한 10 : 1의 높은 턴다운비를 구현함과 동시에 1단에서 2단, 2단에서 3단으로 난방부하 증가시에도 화염이 중앙에서 좌우 양측으로 전이되므로 안정적인 화염 전이가 가능하게 된다.According to this structure, it realizes a high turndown ratio of 10: 1 through three stage combustion and at the same time, the flame is transferred from the center to the left and right sides even when the heating load is increased from the first stage to the second stage and the second stage to the third stage. Transition is possible.
이상에서는 본 발명을 바람직한 실시예에 의거하여 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.In the above described the present invention based on the preferred embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, various modifications by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention This is possible.
도 1은 NOx와 당량비의 관계를 나타내는 그래프,1 is a graph showing a relationship between NOx and an equivalent ratio;
도 2는 종래의 다단연소상태를 보여주는 개략도,2 is a schematic view showing a conventional multi-stage combustion state,
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 버너를 보여주는 결합사시도, 3 is a perspective view showing a burner according to an embodiment of the present invention,
도 4는 도 3에 도시된 버너의 분해사시도, Figure 4 is an exploded perspective view of the burner shown in Figure 3,
도 5는 도 3의 A-A 단면개략도, 5 is a cross-sectional view A-A of FIG.
도 6은 도 3의 B-B 단면개략도, 6 is a cross-sectional schematic view taken along line B-B of FIG.
도 7은 도 3에 도시된 염공편을 보여주는 정면도와 측면도,7 is a front view and a side view showing the salt flakes shown in FIG.
도 8a는 난방부하가 저부하인 1단연소가 이루어지는 상태를 보여주는 도면,8A is a view showing a state in which the first stage combustion is performed with the heating load at a low load;
도 8b는 난방부하가 중부하인 2단연소가 이루어지는 상태를 보여주는 도면,8b is a view showing a state in which the heating load is a two-stage combustion with a heavy load,
도 8c는 난방부하가 고부하인 3단연소가 이루어지는 상태를 보여주는 도면,8c is a view showing a state in which the heating load is a three-stage combustion with a high load,
도 9는 도 4에 도시된 매니폴드부분의 측단면을 보여주는 개략도, 9 is a schematic view showing a side cross-section of the manifold portion shown in FIG.
도 10a,b는 본 발명의 매니폴드를 보여주는 사시도.10a, b are perspective views showing a manifold of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100 : 버너본체부 110 : 제1염공편100: burner body 110: the first salt flight
120 : 제2염공편 111,121 : 유입구120: second salt flight 111,121: inlet
112,122 : 혼합기통로 113,123 : 상면112,122: Mixing passage 113,123: Upper surface
114,124 : 염공 130 : 격판114,124: Flame attack 130: Plate
140 : 공기흐름공간 150 : 공기통과공간140: air flow space 150: air passage space
200 : 매니폴드 201 : 1단연료공급홈200: Manifold 201: 1st stage fuel supply groove
202 : 2단연료공급홈 203 : 3단연료공급홈202: 2-stage fuel supply groove 203: 3-stage fuel supply groove
201a,b,202a,b,203a,b : 관통구 211 : 제1연료노즐201a, b, 202a, b, 203a, b: Through-hole 211: First fuel nozzle
212 : 제2연료노즐 221 : 제1솔레노이드밸브212: second fuel nozzle 221: the first solenoid valve
222 : 제2솔레노이드밸브 300 : 송풍기222: second solenoid valve 300: blower
400 : 덮개400: cover
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