KR100242745B1 - 연료연소용 버너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료연소용 버너, 특히 연료/공기 혼합물을 연소하는 버너에 관한 것으로서,화염보강판(20)이 연료/공기 혼합물이 보강판을 관통하는 버너구멍(13)을 통하여 화염보강판 측(24)의 다수의 구멍(25)까지 통과할 수 있는 복수의 불연속영역(22)를 구비하고, 상기 화염보강판(20)이 불연속영역(22)사이에 설치되어 불연속영역을 분리시키며 불연속 영역사이에서 보강판의 상승류로부터 보강판의 하강류 측(24)으로의 연료/공기 혼합물의 통과를 방지하는 장벽(21/26)을 포함하여, 버너내에서 연소에 의한 공진소음을 감소시키는 화염을 제공하는 것을 특징으로 한다.

Description

연료연소용 버너

제 1 도는 버너와 본 발명에 따른 화염유지판이 조합된 형태의 연소시스템을 개략적으로 나타내는 측면도,

제 2a 도, 제 2b 도는 각각 제3,4,5 및 6도에 나타낸 실시예를 구성하기 위한 화염유지판의 평면도, 선 A-A를 따른 확대 단면도를 나타내고,

제 3 도는 제3a,3b 및 3c도로 구성되며, 각각 버너에 사용하기 위한 본 발명에따른 화염유지판의 한 실시예의 평면도, 선 C-C를 따른 확대 단면도 및 선 D-D를 따른 확대 단면도를 나타내고,

제 4 도는 제4a,4b,4c,및 4d도로 구성되며, 각각 화염유지판의 다른 실시예의 평면도, 저면도, 선 E-E를 따른 확대 단면도, 및 선 F-F를 따른 확대 단면도를 나타내고,

제 5 도는 제5a,5b,5c 및 5d도로 구성되며, 각각 화염유지판의 또 다른 실시예의 평면도, 저면도, 선 G-G를 따른 단면도 및 선 H-H를 따른 단면도를 나타내고,

제 6 도는 제6a,6b,6c 및 6d도로 구성되며, 각각 화염유지판의 또 다른 실시예의 평면도, 저면도, 선 I-I를 따른 단면도 및 선 J-J를 따른 단면도를 나타내고,

제 7 도, 제 8 도 및 제 9 도는 제2도, 제3도 및 제4도에 도시된 화염유지판으로 구성된 버너의 실험결과에 기초한 전체구멍장전에 대한 공기혼화율의 버너 연소 그래프를 나타내는 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 강철 챔버 2 : 버너

3 : 화염유지판 4 : 플리넘 챔버

5 : 공기공급파이프 9,10 : 밸브

12,20,30,50 : 화염유지판 13,36 : 원통형 구멍

22,37 : 불연속영역 26,35 : 장벽수단

33,45 : 채널 33a,33b : 측벽

65 : 화염유지판 66 : 상류부

67 : 하류부 76 : 기공

본 발명은 연료연소용 버너에 관한 것으로서, 특히 연소전에 연료인 개스가 공기와 혼합실에서 완전히 혼합되는 형태에 적합한 연료연소용 버너에 관한 것이다.

연소전 완전 혼합되는 버너의 한 종류는 외부에서 미리 혼합된 공기와 천연개스와 같은 연료개스의 혼합물이, 챔버의 벽이나 부분을 형성하거나 또는 형성하지않는 화염유지판, 블럭, 플래크(plaque) 또는 스트립내의 슬롯 또는 구멍을 통해서 분출하기 전에 다소 균일하게 유입되는 플리넘(plenum) 챔버로 구성된다. 혼합물은 화염유지판, 블럭, 플래크, 플레이트 또는 스트립의 하류 또는 그 안의 지점에서 연소되어 연소 생성물을 형성한다. 상기 연소 생성물은 버너가 보일러 등의 가열장치의 열원으로 사용되는 경우, 열교환기와 같은 두번째 영역으로 연결되는 첫번째 영역으로 유입될 수 있다. 연소전 완전 혼합되는 혼합버너가 공개된 영국 특허출원 제2176588A호에 개시되어 있다.

이와 같은 종류의 버너가 비교적 낮은 열 입력/출력 수준에서 만족스럽게 작동된다고 하더라도, 이러한 버너는 특정한 조건하에서는 소위 연소에 의해 야기되는 공진 소음이 발생하며, 특히 버너가 단위 버너 표면적에 대하여 상대적으로 높은출력(즉, 상대적으로 높은 전체 버너구멍 장전율)에서 푸른 화염 모드로 작동될 때 그렇다.

본 발명의 목적은 상대적으로 만족스럽게 높은 턴 다운(turn down) 비율을 갖고 공진 연소소음이 감소되거나 제거된 버너를 제공하는 것이다.

본 발명의 한 예에 따르면, 연료와 공기의 혼합물을 수용하는 챔버와, 상기 챔버를 가로질러서 설치된 평평한 화염유지판을 포함하고, 상기 화염유지판은 연료/공기 혼합물이 상기 화염유지판을 통해 연장된 통로에 의하여 화염유지판의 상류측으로부터 상기 화염유지판의 하류측의 다수의 화염유지구멍으로 통과가능한 복수의 불연속영역을 구비하며, 상기 화염유지판은 불연속영역 사이에서 종방향으로 연장되어 불연속 영역이 서로 떨어지게 하며 연료/공기 혼합물의 유지판의 상류로부터 하류측으로의 이동을 불연속영역 사이의 영역에서 방지하기 위한 장벽수단을 포함한다.

바람직하게, 버너는 버너의 주어진 열 출력범위에서 정상적으로 작동할 때, 최소 출력수준과 낮은 출력수준의 범위에서 버너의 복사 모드일때 화염유지 구멍에 의해 한정되는 작은 영역에서 버너화염이 안정되고 구멍을 통한 화염유지판으로의 화염의 후퇴와 라이트 백을 야기함이 없이 작동하도록 배열 구성된다. 최대출력수준 및 비교적 높은 출력수준의 범위에서 버너는 푸른 화염모드로 작동하고, 화염유지구멍에서 안정한 버너의 화염은 합쳐져서 각각의 연속영역에의 둘레 테두리에 의하여 한정되는 큰 영역에서 유지되거나 또는 그 영역에서 안정한 하나의 큰 화염을 제공한다.

여기서, "하류" 및 "상류"란 용어는 혼합물이 화염유지판을 통과하여 흐르는 흐름의 의도하는 방향과 관련하여 이해하여야 한다.

화염유지판의 불연속영역은, 화염유지판의 상류측으로부터 화염유지판 하류의 개구까지 관통하는 동일 크기이며 균일하게 분포된 버너구멍을 포함할 수 있다. 버너구멍은 고리모양의 단면을 가질 수 있으며, 예를 들면 버너구멍을 똑바른 원통형의 형태로 할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서 화염유지판의 하류측은 보통의 평면에 위치한다.

화염유지판의 하류측 표면에 불연속영역 사이에서 연장되는 채널수단이 제공되고, 장벽수단에 의해 연료/공기 혼합물의 유지판의 상류로부터 채널수단의 전 길이에 걸쳐서 채널수단의 중앙부로의 분출을 방지하는 것이 바람직하다.

상기 장벽수단의 각각으로 또는 장벽수단의 각각의 측으로, 상기 화염유지판은 화염유지판을 통하는 부가적인 통로에 의해 상류측으로부터 채널수단의 각각의 측벽에 인접하거나 또는 각각의 측벽에서 채널안으로 개구하는 부가적인 화염유지구멍으로 통과하도록 하고, 상기 부가적인 화염유지구멍은, 버너가 가동중일 때 부가적인 화염유지구멍으로부터 나오는 화염이 측벽을 따라서 채널수단의 입구를 향하도록 배열된다. 따라서, 채널수단의 측벽은 가열되고 뜨거워진 측벽은 불연속영역의 화염을 유지하고 안정하게 한다.

부가적인 통로는 버너구멍을 포함할 수 있다.

바람직하게는 채널수단 입구의 대향하는 측이 경사지게 해서, 테두리가 날카로워지지 않게 함으로써, 채널수단의 측벽이 인접한 불연속영역의 하류측과 만나는부분에서 국부적으로 과열된 점이 생기기 때문에 발생하는 화염유지판 재료에 대한 악영향을 감소시킨다.

채널수단은 실질적으로 평행하게 연장되는 복수의 분리된 채널을 포함할 수 있다.

화염유지판은 하류측에 복수의 부가적인 채널을 포함할 수 있고, 각각의 부가적인 채널은 하나 이상의 불연속영역을 가로질러서 전술한 채널에 까지 연장된다. 이경우, 상기 부가적인 채널은 채널과 부가적인 채널이 교차하는 영역에서 떨어져서 불연속영역내에 포함된다. 본 발명자들의 조사에 의하면, 상기 부가적인 채널은 불연속영역의 이어짐을 깨트려서 연소에 의한 공진 발생에 대한 저항성을 증가시키는 작용을 한다.

상기 부가적인 채널의 입구에 대향하는 측은 전술한 채널이 경사진 것과 같은 이유로 경사질 수 있다.

상기 채널 및/또는 부가적인 채널은 직선형태인 것이 좋다.

바람직하게는, 최외부 채널수단은 화염유지판의 하류측 표면에 제공되어 있으며 불연속 영역의 테두리와 상기 화염유지판의 둘레 테두리 사이에 위치되도록 상기 화염유지판을 둘러싸도록 배치되고 있으며, 상기 화염유지판은 화염유지판의 상류로부터 최외부 채널수단의 중앙부로 분출하는 연료/공기 혼합물의 통과를 방지하기 위해 최외부 채널수단에 종방향으로 배치되는 장벽수단을 구비하고 있다. 이러한 배열은 버너를 사용할 때, 이들 화염유지구멍으로부터 나오는 화염이 상기 최외부 채널수단의 측벽 각각의 부분을 따라서 상기 채널수단의 입구 방향을 향하도록 하며, 상기 측벽 부분의 내부는 불연속 영역의 외부 테두리에서 끝나고 상기 측벽 부분의 외부는 상기 화염유지판의 둘레 테두리에서 끝난다. 화염유지판의 둘레 테두리와 불연속영역의 외부 테두리가 가열되기 시작하면, 이와 같은 배열로하지 않은 경우에 발생하는 열손실을 감소시키고 그 결과로 이들 테두리에서 화염상승에 대한 저항성을 증가시킨다.

상기 최외부 채널수단내로 열려있는 통로는, 예를들면 고리모양의 단면을 갖는

버너구멍을 포함할 수 있다.

상기 최외부 채널수단의 입구에 대향하는 측은 전술한 채널이 경사질 수 있는 것과 동일하게 경사질 수 있다.

다른 형태에 있어서, 불연속영역부와 관련된 화염유지판 구멍을 형성하는 불연속영역의 적어도 한 부분은 통로 또는 통로의 일부분으로 이용되는 기공을 갖는 다공성 재질로 되어 있어, 연료/공기 혼합물은 관련된 화염유지판 구멍을 통과할 수 있다.

이 경우에 있어서, 화염유지판은 장벽수단을 포함하는 상류부를 포함하고, 하나이상의 장벽수단의 적어도 부분에 걸쳐서 화염유지판은 관련된 하류부 또는 다공성 재료의 각각의 관련된 하류부를 포함하고, 통로는 상류부를 통하여 연장되는 통과구멍 또는 버너구멍으로 구성되는 첫번째 통로부와 다공성 하류부 또는 하류부들을 통해 연장되는 기공을 포함하는 두 번째 통로부를 포함하고, 이들 기공에 의해 관련된 첫번째 통로부와 연통하여 각각의 하류부 또는 하류부의 하류측에서 개구하는 화염유지구멍으로 인도하고 있다.

상기 버너구멍 또는 통과 구멍은 실질적으로 동일 크기이며 상류부 또는 상기불연속 영역의 부분에 실질적으로 균일하게 분포되어 있으며 원통형의 단면을 가진다.

상기 불연속 영역은, 측벽을 구비한 복수의 하류부를 포함할 수 있고, 이는 사이를 둔 하류부의 대향하는 측벽 및 장벽수단과 함께 인접한 불연속부 사이에서 채널을 규정한다.

불연속 영역은 측벽을 구비한 복수의 하류부를 포함할 수 있고, 인접한 분리된 하류부의 대향하는 측벽 및 장벽수단과 함께 인접한 불연속 영역 사이의 채널수단을 규정한다. 장벽수단은 연료/공기 혼합물이 상류 유지부의 상류로부터 통과하여 채널의 전체 길이에 걸쳐서 관련 채널의 중심부로 분출하는 것을 방지하기 위해 배열되어 있다.

장벽수단의 각각 또는 각각의 측으로, 상기 화염유지판은 연료/공기 혼합물이 상류부를 통하는 부가적인 통로에 의해 상류측으로부터 각각의 인접한 하류부의 측벽에 인접하게 또는 채널내에서 개구하는 상류부내의 부가적인 화염유지구멍까지 통과하도록 하고, 상기 부가적인 화염유지구멍은 버너가 가동중일 때 부가적인 화염유지구멍으로부터 나오는 화염이 각각의 측벽의 부분을 따라서 채널의 입구방향으로 향하도록 배열된다.

상류부내의 부가적인 통로는 버너구멍 또는 통과구멍을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 인접한 다공성의 하류부의 대향하는 측벽은 통로의 입구에서 경사져 있다.

하나의 배열에 있어서, 화염유지판은 복수의 장벽수단과 서로 떨어진 하류부를 포함하고, 이들은 함께 실질적으로 평행하게 떨어져서 연장된 복수의 채널을 한정한다.

한 실시예에 있어서, 복수의 하류부의 다른 대향하는 측벽은 그들 사이에서 상류부와 함께 전술한 채널까지 불연속영역을 가로지르거나 통과하여 연장되는 복수의 부가적인 분리채널을 규정한다.

바람직하게는, 부가적인 채널을 한정하는 하류부의 대향하는 측벽은 이들 채널의 입구에서 경사져 있다.

바람직하게는, 화염유지판은 그 테두리 주위로 연장되고 상류부와 하류부의 외부측벽과 함께 화염유지판을 둘러싸며 연장되는 최외부 채널수단을 한정하는 둘레벽을 구비하고, 상류부와 함께 최외부채널의 종방향으로 연장되어 상류부의 상류측으로부터 최외부 채널의 중앙부로 분출하는 연료/공기 혼합물의 통과를 방지하는 장벽수단을 구성하고, 장벽수단의 각각의 측으로 상류부는 연료/공기 혼합물이 상류부의 상류측으로부터 상류부를 통해 연장되는 각각의 통로에 의해 최외부 채널수단의 안으로 개구하는 화염유지구멍으로 통과하도록 허용하며, 상기 화염유지구멍은 버너가 가동중일 때 이들 화염유지구멍으로부터 나오는 화염이 둘레벽 및 하류부의 상기 외부 측벽의 부분을 따라서 채널수단의 입구방향으로 향하도록 배열되어 있다.

바람직하게는, 상기 최외부 채널을 한정하는 하류부의 외부 측벽과 둘레벽은 채널수단의 입구에서 경사져있다.

본 발명의 다른 관점에 따르면, 연료연소버너에 사용하기 위한 일반적인 평평한 화염유지판이 제공되며, 상기 화염유지판은 상기 화염유지판을 통하여 연장하는 통로에 의해 사용하고자 하는 상류측으로부터 상기 화염유지판의 사용하고자 하는 하류측의 복수의 화염유지구멍으로 연료/공기 혼합물이 통과할 수 있는 복수의 불연속 영역을 가지며, 또한 상기 화염유지판은 불연속영역 사이에서 종방향으로 연장되어 불연속영역 사이에서 화염유지판의 상류측으로부터 화염유지판의 하류측으로의 연료/공기 혼합물의 통과를 방지하기 위한 장벽수단을 구비한다.

본 발명은 도면을 참고하면 보다 쉽게 이해할 수 있다.

제1도를 참고하면, 연소시스템은 연도로 작용하며 그 내부에 혼합버너(2)가 부착된 직사각형의 강철 챔버(1)를 포함하고 있다.

상기 혼합버너(2)는 연도내에 수평으로 설치된 화염유지판(3)을 구비하고 있다.

상기 화염유지판(3)은 플리넘 챔버(4)를 가로질러서 설치된 평평한 형태이며, 플리넘 챔버에는 강철 챔버(1)의 벽(7)의 구멍(6)을 통하여 외부로 연장되는 주공기공급 파이프(5)가 연결된다. 이 파이프는 도시하지 않은 팬에 연결된다.

공기공급 파이프(5)에 연결된 지선 파이프(8)는 연료 공급원(도시하지 않음)으로부터 공급되는 연료로 채워져 있다. 파이프(5) 및 파이프(8)에는 각각 밸브(9)및 밸브(10)가 제공되어 각각 공기와 가스의 유속을 독립적으로 조절한다.

본 발명에 따라서 발명자의 실험에 사용된 화염유지판 또는 플래크(plaque)는 뮬라이트-실리카 세라믹과 같은 고온 세라믹 재료로 만들어졌다.

제2도에 도시된 직사각형의 평평한 화염유지판(12)은 대략 130mm×90mm×12㎜크기이고 직경이 1.1mm인 구멍(13)이 3619개 뚫려있다. 화염유지판(12)의 아래부분은 윗부분에 대응된다.

구멍이 47열 및 77행으로 배열된 것은 화염유지판의 표면에 약 33%의 개구 영역을 가지는 화염유지판 표면을 제공하기 위한 것이다.

화염유지판의 양 쪽(14,15)은 평평하며 모든 구멍은 막힘이 없다. 이와 같은보통의 형태는 낮은 입력 복사판(radiant plaque) 버너에서는 좋은 결과를 나타내지만 비교적 구멍수가 적은 경우에는 연소에 의한 공진 소음이 발생한다.

제3도에 도시된 화염유지판(20)에서는 (화염유지판(12)의 각 단부의 두 번째 행의 구멍에서 시작함), 제2도에 도시된 15번째 행에는 구멍이 없기 때문에, 구멍대신에 고체물질로 이루어진 선영역(21)이 남게 된다. 따라서 제3도에서, 화염유지판은 14행의 동일하게 분포된 동일 크기이며 화염유지판의 상류측(23)에서 하류측(24)까지 관통하는 직선 원통형의 구멍(13)으로 구성된 불연속영역(22)을 구비하며, 상기 불연속영역에서 구멍(13)은 개구부(25)로 끝난다. 화염유지판 재료의선(21)은 불연속영역(22)사이에서 종방향으로 연장되어 각 불연속영역 사이를 띄우는 장벽수단(26)을 형성하고, 또한 버너가 열출력이 높을 때 불연속영역의 하류측(24)에서 화염을 유지하기 위한 "선 영역"을 제공한다. 장벽수단(26)은 연료/공기 혼합물이 불연속영역 사이의 영역에서 화염유지판의 상류측으로부터 하류측(24)으로 통과하는 것을 방지한다. 각 불연속영역의 폭 즉, 인접한 선(21)사이의 폭은 약 23.1㎜이다.

제4도에 도시된 본 실시예의 화염유지판(30)의 상류측 또는 하류측은 제3도의실시예에 나타낸 것과 동일하다. 화염유지판의 하류측 또는 상부측(32)에 복수의 평행하고 똑바른 채널(33)이 제공되어 있으며, 각각의 채널은 화염유지판을 가로 질러서 연장되어 있다. 각 채널의 종방향 중심부(34)는 화염유지판 재료의 선(35)의 바로위 또는 그 선에 정렬되어 있어서, 장벽수단을 형성한다(여기서 구멍(36)의 행은 생략됨). 장벽수단(35)은 인접한 불연속영역(37) 사이에 위치하며, 또한 불연속영역 사이에 "선 영역"을 제공한다. 구멍(36)은 불연속영역에서 화염유지판의 상류측(31)에서 하류측(32)까지 관통하며 상기 구멍은 화염유지판의 개구부(39)로 종료한다. 각 채널(33)은 일반적으로 U자 형상이며 최대 깊이가 약6㎜이고, 입구(33a)의 폭이 약 7㎜이다. 각 채널의 치수와 배열은 관련된 장벽수단(35)이 화염유지판의 상류측으로부터 채널의 중앙부로 분출하는 연료/공기 혼합물의 통과를 방지하도록 하는 것이다. 제4a도에서 선의 영역(35)의 양 측의 두개의 구멍의 선(40)(내측과 외측)은 화염유지판의 상류측에서 연장되어 관련된 채널(33)의 측벽(33b,33c)에 각각 인접한 채널내의 화염유지구멍(41)을 열게하는 것을 알수 있다. 불연속영역의 측면과 공통인 채널의 측벽은 구멍(40)의 외부선의 구멍의 측면을 연장하며 화염유지판의 하류측(32)으로 연장되는 홈(42)을 포함한다. 화염유지판(30)이 버너에 사용되는 경우, 화염유지판의 구멍(41)으로부터 나오는 화염은 측벽을 따라 형성된 홈(42)을 따라서 채널의 입구(33a)를 향한다.측벽(33a,33b)은 따라서 가열되어 뜨거워지고 뜨거워진 측벽은 버너가 고출력일때 불연속영역에서 더욱 화염을 유지하여 안정시킨다.

제4도의 화염유지판의 하류측(32)에는 또한 두개의 분리되고 평행하며 똑바른 U자 형의 채널(45)이 제공되며, 상기 채널은 화염유지판의 한쪽 단부에서 다른 쪽단부를 향해 채널(33)에 수직하게 불연속영역(37)을 통해서 연장된다. 따라서, 채널의 부분(45a)은 불연속영역(37)을 형성한다. 채널(45)은 화염유지판위에 대칭적으로 위치한다. 이들은 채널(33)과 마찬가지로 깊이가 6mm 이고 입구의 폭이 7㎜이다. 채널(45)에 의해 둘러싸인 구멍의 열에 위치하는 구멍은 각각의 채널(45)을 향하여 열린다. 채널(45)은 영역(46)에서 채널(33)을 자르게 된다.

채널(45)은 하류측(32)에서 불연속영역(37)이 연속하는 것을 방지하여 각 불연속영역에서 너무 큰 하나의 연속적인 화염이 생성되는 것을 방지하고 이로부터 진동 발생의 경향을 감소시킬수 있음을 발견했다.

제5도에 나타낸 실시예의 화염유지판(50)은 제4도에 도시된 것과 동일하므로 공통되는 요소는 동일한 번호를 붙여서 표시하고 더 상세한 설명은 생략한다. 그러나, 배치형태는 화염유지판의 하류측에 4개의 채널(51)(채널 33에 대응됨), 두개의 채널(52)(채널 45에 대응됨) 및 최외부 채널(53)이 제공되어 있는 형태이다. 최외부 채널(53)은 직사각형의 화염유지판(50)의 전체를 둘러싸면서, 테두리부분(54a,54b,54c, 및 54d)으로 구성된 화염유지판의 둘레 테두리(54)와 이에 최근접한 불연속영역(37)의 외부 테두리(55) 사이에 걸쳐서 연장되어 있다. 테두리부분(54a,54b,54c, 및 54d)과 외부 테두리(55)는 채널(53)의 측벽을 구성한다. 연속적인 테두리(54)는 그 주위에서 또한 화염유지판의 강도를 증가시킨다. 또한 화염유지판은 화염유지판 재료로 형성되고 채널(53)의 종방향으로 배치되며 채널(53)의 기저부근에서 연료/공기 혼합물의 채널의 중앙부로의 통과를 방지하는 장벽수단(56)을 포함한다. 장벽수단(56)의 양측에는 연료/공기 혼합물을 화염유지판의 상류측으로부터 채널(53)로 향하게 하는 버너 구멍(57,58)의 열이 있다. 이와 같은 배열은 버너가 작동할 때 버너 구멍(57,58)로부터 나오는 화염이 각각 둘레 테두리부분(54a,54b,54c, 및 54d)과 관련된 불연속영역의 외부 테두리(55)를 따라서 향하게 하는 것이다. 따라서 둘레 테두리(54) 및 불연속영역의 외부테두리(55)는 뜨거워지고 결과적으로 화염의 유지와 안정성은 향상된다.

둘레 테두리(54) 및 인접한 불연속영역의 측벽(54)에 걸쳐서 너울거리는 적당한 크기의 화염의 열을 제공하기 위해서, 구멍의 열(57,58)은 화염유지판내의 나머지 구멍(39)보다 직경을 작게 할 수 있다.

구멍(57)으로부터 나오는 화염의 열은, 바람직하지 않은 차가운 공기의 외주테두리(54)로의 유입을 방지하거나 억제하는 뜨거운 상승기류를 생성하여, 결과적으로 테두리에서 열손실을 감소시킨다.

또한 장벽수단(56)은 선의 영역(56)을 제공하며, 구멍의 열(57,58)을 분리시킴으로써 각각의 두개의 화염의 열이 합쳐지는 것을 방지한다.

또한, 각 채널(51,52,53)의 입구의 반대편은 각각 "59,60,61"에서 경사져 있어서, 45°경사각 2㎜ 폭의 표면을 제공하여, 채널벽과 불연속영역의 하류측 사이의 연결부에서 테두리가 날카로워지는 것을 방지한다. 본 발명자들의 조사에 의하면, 낮은 출력범위에서 버너 가동시 경사면이 이들 영역에서의 과열을 방지하는 것을 발견했다.

제6도에 도시된 실시예의 화염유지판(65)은 평평한 직사각형 형태이고, 이미 언급된 화염유지판의 재료와 동일한 재료로 만들어진 상류부(66)와 복수의 다공성의 세라믹 재료로 만들어진 분리된 하류부(67)로 구성된다. 상류부(66)의 상류측(68)과 하류측(69)은, 화염유지판(65)의 테두리 주위로 연장되며 하류측(69) 보다 높게 직립한 둘레벽(70)을 제외하고 평평하다.

상류부(66)는 불연속영역(72) 부분을 한정하는 부분(71)과, 복수의 동일하게 분포하고 동일 크기이며 상류측(68)에서 하류측(69)으로 화염유지판을 관통하는 원통형의 통과 구멍 또는 버너 구멍(73)으로 구성된다. 또한, 상류부는 상류부의 재료로 연속적으로 형성되며 인접한 불연속영역(72) 사이에서 종방향으로 연장되는 장벽수단(75)을 포함한다. 각 불연속영역(72)은 화염유지판을 가로질러서 연장되는 부분(71)과 각 부분(71)과 관련된 하류부(67)를 포함함을 알 수 있다.

상류부(66)의 부분(71) 위에는 다공성 세라믹 하류부(67)가 서로 분리된 형태로 상류부의 하류측에 고정되어 있으며, 예를들면 상류부에 주조되어 있다. 제6b도 및 제6c도에 나타낸 바와 같이, 다공성의 세라믹 부분(67)은 상류부의 구멍(73)을 덮고 있으며, 상기 통과 구멍은 첫번째 통로부를 구성한다. 다공성의 하류부는 기공(76)을 가지므로 두번째 통로부를 구성하고, 상기 두번째 통로부는 관련된 통과구멍(73)과 통하여 하류부 다공성재료의 표면 또는 이에 인접한 기공의 입구에의해 형성되는 화염유지판 구멍(77)으로 인도된다. 첫번째 및 두번째 통로부(73,76)는 함께 연료/공기 혼합물이 화염유지판의 상류측(68)으로부터 화염유지판 구멍(77)으로 통과할 수 있는 통로를 형성한다.

인접하는 하류부(67)의 대향하는 측벽(78,79)은 그들 사이의 장벽수단(75)과 함께, 하류부(67) 사이, 즉 인접한 불연속영역 사이에서 화염유지판을 가로질러서 연장되는 평행 채널(80)을 한정한다. 장벽수단(75)은 연료/공기 혼합물이 통과하여 채널(80)의 전길이에 걸쳐서 채널의 중앙부로 나오는 것을 방지한다.

장벽수단(75)의 각 측면에서, 상류부(66)는 버너 구멍(82,83)을 더 포함하여, 상기 구멍을 통해 연료/공기 혼합물이 상류부내의 화염 구멍(84,85)으로 통과할 수있다. 화염구멍(84,85)은 인접한 하류부의 측벽(78,79)에 인접한 채널(80)을 향해 열려 있으며, 화염유지판이 버너내에 설치되어 있고 버너가 가동중일 때, 화염구멍으로부터 나오는 화염이 각 측벽의 부분을 따라서 채널의 입구를 향하도록 배열된다.

하류부(67)의 대향하는 측벽(86,87)은 함께 그들 사이에 상류부의 간섭부인 불연속영역을 가로질러 연장되며 불연속영역의 부분을 형성하는 복수의 분리된 평행한 부가 채널(88)을 한정한다. 부가적인 채널은 채널(80)에 수직하게 연장된다.

직립한 둘레벽(70)은 최외부의 하류부의 바깥쪽을 향한 측벽(89)과 함께 직립둘레벽(70)에 인접한 화염유지판 주위로 연장된 최외부 채널(90)을 한정한다. 상기 장벽수단(75)과 동일한 형태의 장벽수단(91)을 포함하며, 상기 장벽수단 (91)은 최외부 통로에서 종방향 및 중심방향으로 연장되어, 연료/공기 혼합물이 최외부 채널(90) 중심부로 나오는 것을 방지한다. 장벽수단(91)의 양측에서, 상류부(66)는 각각 통로를 형성하며 화염유지판 개구부(94,95)에서 최외부 채널로 열린 버너구멍(92,93)에 의해서 연료/공기 혼합물이 상류측으로부터 통과하게 한다. 이들 구멍은 이와 같은 화염유지판을 채용한 버너가 가동중일 때, 구멍으로부터 나오는 화염이 하류부(67)의 외부 측벽(89)과 외부 둘레벽(70)의 대향하는 측벽(70a)을 따라서 채널의 입구를 향하도록 배열하여 제5도에 나타낸 실시예와 동일한 효과를 얻도록 한다.

하류부(67)의 측벽(78,79) 및 측벽(86,87,89)과 외부 둘레벽(70)은 제5도에 나타낸 실시예에서 언급한 동일한 목적을 위해서 "78a,79a,86a,87a,70a"에서 경사져 있다.

장벽수단(75, 91)과 선 영역은 이전의 실시예와 마찬가지로 이해될 수 있다.

본 발명자에 의해서 실시된 버너 테스트의 목적은, 다른 여러 실시예의 성능을 결정하기 위한 실험을 하여, 화염유지판에 적용되는 "연소 다이어그램"을 작성하기 위한 데이타를 얻는 것이다.

연소 다이어그램은 한계 가동영역을 찾아냄으로써 작성하였다. 바람직한 가동영역은 다음에 의해서 정해진다.

1. 공진-실패는 연소과정에서 생성되는 어떠한 공진 소음이라도 들리는 경우이다.

2. CO 방출- 실패는 측정된 CO 농도가 100ppm 이상인 경우이다.

3. 화염 상승-실패는 버너의 화염유지판 표면위로 화염이 상승하기 시작하는 경우이다.

4. 버너 과열-실패는 화염유지판의 표면의 일부분이 주황색으로 빛을 내기 시작하는 경우이다.

테스트 과정은 이하와 같이 다른 열 입력률을 사용하였다. 혼합된 공기와 연료개스의 혼합물은 약 130%의 공기혼화율로 공급된다. 그리고 나서 공기혼화율을 단계적으로 공진, CO 방출 또는 버너 과열 실패까지 감소시키고 그 때의 공기혼화율을 기록하였다. 그리고 나서, 공기혼화율을 천천히 단계적으로 공진, CO 방출, 또는 바람직하지 않은 화염 실패가 있을 때까지 증가시키고 그 때의 공기혼화율을 다시 기록하였다.

라인 개스 G2(NGA)이 모든 실험에 사용되었다. 사용된 열입력의 범위는 2KW(약 0.24W/㎟) 에서 26KW (약3W/㎟) 이었다.

제2, 3 및 4도를 참고하여 설명한 화염유지판을 사용한 실험결과를 제7,8 및 9도의 연소 다이어그램에서 설명하고 있다.

우선 제2도에 나타낸 화염유지판을 사용하여 얻은 제7도의 연소 다이어그램을 참고하면, 바람직한 가동과 관련된 영역은 좁고, 제3도 및 제4도에 도시된 화염유지판의 변형된 형태를 위한 "기준"을 제공하는 것을 알 수 있다. 바람직한 가동은 복사 모드로 버너를 가동하고 공기혼화율이 140% 이하일 때 단지 전체 구멍 장전이 1W/㎟ 이하에서 얻어진다.

버너는 전체 구멍 장전이 약 1W/㎟ 이상이고 공기혼화율이 약 120% 이하일 때 공진한다. 따라서 버너는 상대적으로 높은 열 입력수준에서는 좋은 결과를 나타내지 못한다.

화염은 구멍으로부터 분출하는 혼합물의 유속이 혼합물의 연소속도보다 빠른 경우 상승한다. 이경우 화염은 전체 구멍 장전 0.2W/㎟일 때 공기혼화율 165%에서 상승하고, 135%, 1.25W/㎟ 까지는 떨어진다.

제8도의 연소 다이어그램은 제3도에 나타낸 화염유지판에 의해서 바람직한 가동영역이 매우 크게 됨을 나타낸다.

공진은 제2도의 화염유지판에 비해서 낮은 전체 구멍 장전에서 일어난다. 또한 전체 구멍 장전이 증가함에 따라 낮은 공기혼화율에서 공진이 일어난다. 즉, 버너가 높은 전체 구멍 장전에서 가동되면 공진에 필요한 공기혼화율의 수준은 떨어지게 된다.

화염 상승을 나타내는 선은 전체 구멍 장전 0.5W/㎟ 일때 공기혼화율 약 200%에서 2.1W/㎟ 일때 185%로 떨어진다.

제9도의 연소다이어그램은 제4도에 나타낸 화염유지판에 대하여 바람직한 가동영역이 넓은 것을 나타낸다. 공진의 발생이 크게 감소됨을 알 수 있다. 개선된 공진 성능은 화염유지판의 하류측의 연속을 깨트리는 채널(45)로부터 기인하는 것으로 생각된다.

이 화염유지판이 제8도와 관련된 화염유지판에 비해서 더 좋은 성능을 나타내지만, 본 발명자가 화염유지판을 변형시킴에 의해서 개선된 성능을 나타내는 두 개의 영역이 있고, 이와 같은 변형은 이미 제5도를 참고하여 설명하였다. 버너의 벽또는 둘레 테두리는 화염을 안정시키거나 고정시키는데 도움이 되는 뜨거운 표면을 제공한다. 본 발명자들은 비교할 수 있는 구멍 장전조건에서, 제4도의 화염유지판 대신에 제5도의 화염유지판을 사용한 경우 버너 가동의 향상이 있었고, 이는 화염이 상승하기 전에 높은 공기혼화율 수준이 사용될 수 있기 때문임을 발견했다. 따라서 바람직한 가동 영역이 증가한다.

제4도의 실시예에서, 과열되는 영역은 측벽이 불연속영역의 하류측과 만나는 채널 입구의 테두리들이다. 이들 테두리들의 모서리를 깍아서 경사 표면(54,56)을 형성하면, 이들 테두리가 밝게 빛나는 것과 화염유지판 재료의 과열은 없어지는 것 같다.

더우기 선의 영역(또는 막힌 구멍의 행)사이의 공간은 공진발생 경향의 큰 증가 없이 화염의 높이를 감소시키기 위해서 23.1mm에서 21.4㎟로 감소될 수 있다.

제4도 및 제5도에 나타낸 버너의 화염유지판을 사용하여 본 발명자들이 실행한 실험에 의하면 버너는,

- 전형적인 내수용 보일러에 적용된 경우에도 10 : 1 이상의(전체 구멍장전이 0.25W/㎟ 에서 2.5W/㎟) 턴-다운 비율을 달성할 수 있고,

- 공기혼화율이 약 110% 에서 180% 까지 안정한 화염을 유지하며,

- 복사, 전달(푸른 화염과 복사의 혼합) 및 푸른 화염의 3가지 가동방식을 갖는다.

제6도의 실시예와 관련하여, 본 발명자들의 조사에 의하면 다공성의 하류부는, 낮은 구멍 장전 또는 열 입력에서 하류부 표면이나 그 인접부분의 기공의 조밀하게 분리된 작은 구멍에 형성되는 작은 화염이, 높은 구멍 장전에서 하류부로부터 유지되는 큰 화염에 합쳐지는 것을 촉진하며, 따라서 작은 불꽃이 큰 화염으로 진행하는 동안 바람직하지 않은 공진의 발생을 감소시킨다.

또한, 하류부가 다공성 재료이기 때문에, 부분적으로 복사 히터로 사용되는 경우, 버너의 복사 출력을 높이기 위해 사용될 수 있음을 알 수 있다.

주어진 환경 또는 의도하는 환경하에서, 화염유지판의 치수 및 배열형태, 연소실, 및 연료 가스의 조성은 버너를 주어진 열 입력 범위내에서 의도하는 대로 가동하기 위하여 선택될 수 있다.

또한, 본 발명의 요지를 벗어나지 않고, 여러가지 변형된 실시예가 가능함을 알 수있다. 예를 들면, 채널(45)(제4도),(52)(제5도) 및 (88)(제6도)는 채널(33, 51, 80)이 장벽수단(35, 56, 75)을 갖는 것과 마찬가지로 장벽수단(영역의 선)을 관련부분에 구비할 수 있다.

또한 도면에 나타내고 이미 설명한 화염유지판과 불연속영역은 직사각형태 이지만, 원형으로 할 수도 있다. 이 경우 인접하는 채널에 의해 한정되는 불연속 영역과 함께 채널 및 장벽수단도 또한 원형으로 할 수 있다. 원형의 불연속 영역을 통해서 채널이 원형으로 더 설치될 수 있다.

또한, 상기 실시예에서 버너 구멍은 일반적으로 단부에서 단부까지 똑바른 원통형이었지만, 입구부분이 적당히 좁아지는 형태 및/또는 출구부분이 하류측으로 넓어지는 형태로도 할 수 있다. 이와 같이 좁아지는 입구는 연료/공기 혼합물이 상류측에서 화염유지판으로 분출할 때 와류의 형성을 감소시킬 수 있고, 넓어지는 출구는 화염유지판의 강도를 저하시키지 않고 구멍 영역을 증가시켜서 구멍 장전의 증가 및 높은 턴-다운 비율을 나타내는 결과를 가져온다.

Claims (8)

1. 연료/공기 혼합물을 수용하는 챔버(4)와, 상기 챔버를 가로지르는 평평한 화염유지판(3)을 포함하며;

   상기 화염유지판은 연료/공기 혼합물이 화염유지판을 통해 연장된 통로(36)에의해 화염유지판의 상류측(31)으로부터 화염유지판의 하류측의 화염유지구멍(39)으로 통과가능한 복수의 불연속 영역(37)을 구비하고, 상기 통로는 상기 복수의 불연속 영역의 각각의 내부에 균일한 간격으로 제공되며;

   상기 화염유지판은 복수의 불연속 영역 사이에서 종방향으로 연장되어 불연속영역을 서로 상기 균일한 간격보다 큰 간격으로 떨어지게 하는 장벽수단(35)을 포함하고, 장벽수단은 불연속 영역 사이의 영역에서 연료/공기 혼합물이 화염유지판의 상류측으로부터 하류측으로 통과하는 것을 방지하고;

   상기 화염유지판은 화염유지판의 하류측(32)의 표면에 제공되며 상기 하류측 표면상에서 불연속 영역의 경계를 규정하거나 또는 불연속 영역 사이에서 연장되는 채널수단(33)을 더 포함하고, 장벽수단에 의해 채널수단의 전체 길이에 걸쳐서 연료/공기 혼합물이 화염유지판의 상류측으로부터 관련 채널수단의 중심부로 분출하는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 연료연소용 버너.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 장벽수단의 각각 또는 장벽수단의 각각의 측으로, 상기 화염유지판은 연료/공기 혼합물이 상류측으로부터 화염유지판을 통하는 부가적인 통로(40)에 의해 채널수단의 측벽(33b,33c)에 매우 인접하거나 또는 각각의 측벽에서 채널수단내로 개구하는 부가적인 화염유지구멍(41)으로 통과하도록 하며, 상기 부가적인 화염유지구멍은 버너가 가동중일 때 부가적인 화염유지구멍으로부터 나오는 화염이 각각의 측벽의 부분을 따라 채널수단의 입구(33a)를 향하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 연료연소용 버너.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 채널수단(33)은 간격을 두고 평행하게 연장되는 복수의 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료연소용 버너.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 화염유지판은 복수의 부가적인 분리 채널(45)을 화염유지판의 하류측에서 포함하며, 각각의 부가적인 분리 채널은 하나 이상의 불연속 영역(37)을 통과해 전술한 채널수단(33)까지 가로지르는 것을 특징으로 하는 연료연소용 버너.
5. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항 또는 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 화염유지판의 하류측 표면에, 상기 화염유지판 주위로 연장되어 불연속 영역의 외부 테두리(55)와 화염유지판의 둘레 테두리(54) 사이에 위치하는 최외부 채널수단(53)이 구비되고;

   상기 화염유지판은 최외부 채널수단의 종방향으로 연장되어 연료/공기 혼합물이 화염유지판의 상류측으로부터 최외부 채널수단의 중심부로 분출하는 것을 방지하는 장벽수단(56)을 포함하고;

   상기 장벽수단의 양측으로, 상기 화염유지판은 연료/공기 혼합물이 화염유지판의 상류로부터 화염유지판을 통해 연장되는 각각의 통로(57,58)에 의해 최외부 채널수단 안으로 개구하는 화염유지구멍으로 통과하도록 하고, 상기 화염유지구멍은 버너가 가동중일 때 화염 유지구멍으로부터 나오는 화염이 최외부 채널수단(53)의 각각의 측벽의 부분을 따라서 상기 채널수단의 입구를 향하도록 배열되며, 상기 측벽의 부분중 안쪽 부분에 의해 불연속 영역의 외부 테두리(55)내에서 종료하며 측벽의 부분중 바깥쪽 부분에 의해 화염유지판의 둘레 테두리(54)내에서 종료하는 것을 특징으로 하는 연료연소용 버너.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 화염유지판은 장벽수단(75)을 포함하는 상류부(66)를 포함하고, 하나 이상의 불연속 영역(72)의 적어도 부분에 걸쳐서 화염유지판은 각각의 관련된 하류부들 또는 관련된 하류부(67)를 더 포함하고,

   상기 통로는 상기 상류부를 통해 연장된 버너구멍 또는 관통구멍으로 형성된 첫 번째 통로부(73)와, 다공성의 하류부 또는 하류부들을 통해 연장된 기공을 포함하는 두 번째 통로부(76)를 포함하며, 이들 기공에 의해 관련된 첫 번째 통로부(73)와 연통하여 각각의 하류부 또는 하류측의 화염유지구멍(77)으로 인도하는 것을 특징으로 하는 연료연소용 버너.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 화염유지판은 그 테두리 주위로 연장되며 하류부의 바깥쪽 측벽(89) 및 상류부와 함께 화염유지판 주위로 연장된 최외부 채널수단(90)을 규정하는 둘레벽(70)을 구비하고;

   상류부에 의해 최외부 채널의 종방향으로 연장되어 연료/공기 혼합물이 상류부의 상류로부터 최외부 채널수단의 중앙부로 분출하는 것을 방지하는 장벽수단(91)을 구성하고, 장벽수단의 각각의 측으로 상류부는 연료/공기 혼합물이 상류부의 상류측으로부터 상류부를 통해 연장된 각각의 통로(92,93)에 의해 최외부 채널수단 안으로 개구하는 화염유지구멍(94,95)으로 통과하도록 하고, 상기 화염유지구멍은 버너가 가동중일 때 이들 화염유지구멍으로부터 나오는 화염이 둘레벽과 상기 하류부의 바깥쪽 측벽의 부분을 따라서 채널수단의 입구를 향하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 연료연소용 버너.
8. 연료연소용 버너에 사용되는 평평한 화염유지판에 있어서,

   상기 화염유지판(3)은 연료/공기 혼합물이 상류측(31)으로부터 상기 화염유지판을 통해 연장된 통로에 의해서 화염유지판의 하류측의 화염유지구멍(39)으로 통과할 수 있게 하는 복수의 불연속영역(37)을 구비하고, 상기 통로는 상기 복수의 불연속 영역의 각각의 내부에 균일한 간격으로 제공되며;

   또한 상기 화염유지판은 불연속 영역 사이에서 종방향으로 연장되어 불연속 영역을 서로 상기 균일한 간격보다 큰 거리만큼 떨어지게 하는 장벽수단(35)을 포함하고, 장벽수단은 연료/공기 혼합물이 불연속 영역 사이의 영역에서 화염유지판의 상류로부터 화염유지판의 하류로 통과하는 것을 방지하며;

   상기 화염유지판은 화염유지판의 하류측(32)의 표면에 제공되어 상기 하류측 표면상에서 불연속 영역들의 경계를 규정하거나 또는 불연속 영역 사이에서 연장되는 채널수단(33)을 더 포함하고, 장벽수단에 의해 채널수단의 전체 길이에 걸쳐서 연료/공기 혼합물이 화염유지판의 상류로부터 관련 채널수단의 중앙부로 분출하는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 화염유지판.