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KR900006616B1 - 불꽃발생방법과 그 장치 - Google Patents

불꽃발생방법과 그 장치 Download PDF

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KR900006616B1
KR900006616B1 KR1019860700220A KR860700220A KR900006616B1 KR 900006616 B1 KR900006616 B1 KR 900006616B1 KR 1019860700220 A KR1019860700220 A KR 1019860700220A KR 860700220 A KR860700220 A KR 860700220A KR 900006616 B1 KR900006616 B1 KR 900006616B1
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KR
South Korea
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oxidizing gas
oxygen
combustion chamber
fuel
combustion
Prior art date
Application number
KR1019860700220A
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KR870700215A (ko
Inventor
마이클 지트만 그리고리
Original Assignee
아메리칸 컴바스쳔 인코포레이티드
제임스 엔.운츠
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Publication of KR870700215A publication Critical patent/KR870700215A/ko
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Abstract

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Description

불꽃발생방법과 그 장치
제 1 도는 본 발명의 제 1 구현예에 따른 불꽃발생기의 주요부를 나타낸 측면 종단면도,
제 2 도는 제 1 도에서의 II-II선 단면도,
제 3 도는 본 발명의 제 2 구현예에 따른 불꽃발생기의 주요부를 나타낸 측면 종단면도,
제 4 도는 제 3 도에서의 IV-IV선 단면도,
제 5 도는 본 발명의 제 3 구현예에 따른 불꽃발생기의 주요부를 나타낸 측면 종단면도,
제 6 도는 제 5 도에서의 IV-IV선 단면도,
제 7 도는 본 발명의 제 4 구현예에 따른 불꽃발생기의 주요부를 나타낸 측면 종단면도,
제 8 도는 제 7 도에서의 Ⅷ-Ⅷ선 단면도,
제 9 도는 본 발명의 제 1 구현예와 제 3 구현예에 대한 제어시스템의 개략도,
제10도는 본 발명의 제 2 구현예에 대한 제어시스템의 개략도,
제11도는 본 발명의 제4구현예에 대한 제어시스템의 개략도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1,20,40 : 불꽃발생기(버너) 2,21,41 : 발생기 연소블럭
3,22,42 : 수냉자켓(Jacket) 4,23 : 급수구
5,24 : 배수구 6,25 : 분할판
7 : 산소공급도관 8,50 : 산소공급채널(Channel)
9,36 : 연소실 10,27,47 : 연료공급도관
11,28,48 : 연료공급채널 12,29 : 공기공급도관
13,30 : 공기공급채널 14 : 개구부
15,26 : 배출슬롯(Slot) 16: 플랜지(Flange)
17,33,45 : 수축-발산노즐 31,49 : 제 1 산소공급도관
32,50 : 제 1 산소공급채널 34,43 : 제 2 산소공급도관
35,44 : 제 2 산소공급채널 39, 채 널, 46 : 수로
52,59,66,69 : 밸브 53,56,60,63,67,70 : 유량계
54,57,61,68,71 : 제어밸브 55 : 송풍기
58 : 공급라인 62 : 자동제어장치
64 : 압력계기 65 : 산소공급라인
80,83,86,89 : 관통라인 81 : 자동화밸브
82,84,85,87,88,90 : 솔레노이드(Solenoid)밸브
본 발명은 강철분이나 금속, 세라믹 또는 유리등과 같은 물질등을 고온에서 가열, 용융, 정제 및 과열시키기 위한 불꽃발생방법과 그 장치에 관한 것으로서, 특히 용해로, 산업적인 가열 및 열처리로, 킬른(KiIns :가마), 소각로 및 고온을 필요로 하는 분야에 주 에너지원으로서 사용되어지거나 보조 에너지원으로서 사용되어지는 불꽃발생방법과 그 장치에 관한 것이다.
종래에 강철분을 예열시키거나 용융시킬 경우에는 코크스, 오일 그리고, 공기나 산소와 같은 가스를 연소시켜서 발생되는 열을 이용하거나 전기아아크(전호)를 사용하여 발생되는 열을 이용하는 등 여러가지 방법이 있었으나, 이러한 방법에는 다음과 같은 장단점이 있었다.
즉, 공기만을 사용하여 연소과정을 실시할 경우에는 저렴한 산화제를 사용한다는 점에서 상당히 효과적이긴 하였지만, 공기속에는 산소의 양이 겨우 21% 정도만 포함되어 있는데 지나지 않으므로, 연료가스가 연소될 때 발생되는 열중에서 약 50% 정도가 폐열로 되어 불꽃의 온도는 낮아지게 되고, 차거운 강철분의 내부에서 연소의 불완전현상이 나타나게 되는 등, 열 이용면에서 그 효율이 매우 낮은 단점이 있었다.
한편, 순수한 산소가스를 사용하여 연소시킬 경우에는 불꽃의 온도는 상당히 높아지고 연소안정성도 우수하게 될 뿐 아니라, 고열 연료가스에서의 폐열도 크게 감소하는 장점이 있는 반면, 산소가스의 가격이 비싸고, 산소-연료버너 자체를 냉각시키는 단계가 필요하게 되는 단점이 있었다.
만일, 전기에너지를 이용하여 연소시킬 경우에는 가격이 비싼 전기를 사용한다는 점에서 바람직하지 못하지만, 공정상의 편리성과 생성물의 질을 향상시킬 수 있다는 점에서는 좋다.
이에 따라 최근에는 연소공정에 산소를 투입시키는 방법이 널리 사용되고 있는 바, 여기에는 다음과 같은 4가지 방법이 있다.
(1) 연료/공기버너에서 불꽂이 일어나도록 한 후에, 이 불꽃속으로 산소를 투입시키는 방법.
(2) 연료/공기버너에서 불꽃이 일어나도록 한 후에, 이 불꽃속으로 산소-연료버너불꽃을 투입시키는 방법.
(3) 산소가 농축된 공기버너에 연소용 공기를 공급시키기 전에, 이 연소용 공기에 산소를 투입시켜 연소용 공기에 산소를 농축시키는 방법.
(4) 연료, 산소 및 공기가 태워지는 고열화로 내부에서 상기 연료, 산소 및 공기를 런칭(lancing)시키기 위하여 연소장치의 외부에서 상기 연료, 산소 및 공기를 혼합시키는 방법이 있다.
여기서, 상기 (1)(2)의 산소투입법은 통상적으로 연료/공기 불꽃이 충분한 크기를 갖고, 가열 작업이 이루어지는 곳에 위치하며, 버너의 외부에서 산소투입이 유리한 유리용융로나 그 외의 고온화로에서 액체와 고체의 불꽃온도를 상승시키기 위하여 사용되어 지고 있으며, 차거운 오일이나 석탄을 이용한 불꽃중심의 중앙부분을 산소제트가 빠른 속도로 관통하게 될 경우에는 버너자체는 가열되지않고 상기와 같은 불꽃중심에서 존재하는 탄소미립자에서 방열되는 열유량이 중가되므로 불꽂중심만 과열되게 된다.
여기서, 산소가 농축된 연소용 공기등은 하이드로카본가스, 특히 천연가스를 함유하고 있는 연료에 사용될 수 있으나, 이러한 농축된 산소를 사용하는 공기버너는 여러가지 이유때문에 널리 응용될 수 없었다.
한편, 공기로 연료를 연소시키는데 사용하는 버너들은 오래전부터 사용되어 왔으며, 순수한 산소(산소-연료)나 산소가 농축된 공기로 연료를 연소시키는데 사용하는 버너등도 이미 널리 알려져 있고, 더우기 산소가 농축된 공기는 버너에서 산화제로서 사용되기도 하였다.
그러나, 이와 같은 종래 버너들은 고온가열에 적합한 모든 온도범위에 걸쳐 그 작동이 만족스럽게 이루어지지 않았을 뿐아니라, 불꽃화학성, 온도, 속도 및 광도를 조절한다고 하여도 경제적인 작동은 되지 못하였다.
또한, 통상적인 버너들은 가스의 연속적인 점화에 대해서도 불꽃이 안정될 수 있도록 상기 버너내부가 내화성 타일로 이루어져 있어서 가열된 공기나 산소가 농축된 공기등이 충분히 사용될 수 있도록 되어 있다. 그러나, 산소-연료불꽃의 온도는 매우 높기 매문에 상기의 내화성 타일은 사용될 수 없고, 보통 공기나 물로 상기 버너의 내부를 냉각시켜야만 된다.
그렇다고 하여 상기 버너의 내화성 타일을 제거할 경우에는 온도가 상당히 낮아져서 불안정한 뷸꽃이 발생하게 될 뿐아니라, 산소가 농축된 공기버너의 회전하강비가 한정되게 되는 문제점이 발생하게 된다.
또한, 산소-연료버너 및 산소가 농축된 공기버너 등에서는 종종 다음과 같은 문제들이 발생하게 되는데, 즉 산소가 연료가스에 과잉상태로 잔존하게 되어 연료가스의 산화능력이 과대화됨에 따라화학로온도가 가열되게 되고, 화로를 구성하고 있는 값비싼 성분들이 변질될 우려가 있는 것이다.
그뿐만 아니라, 연소용 연료로서 천연가스가 사용되는 경우에는 산소-연료불꽃이나 산소가 농축된 공기-연료불꽃등에는 방사성이 부족하게 되어 불꽃이 가열된 생성물과 불꽃의 접촉에 따른 열전달이 이루어지게 되므로 생성물이 찌그러지거나 산화되어 버리는 문제점이 발생하게 된다.
상술한 바와 같은 종래의 기술에서는, 산소가 농축된 공기버너에 사용되어지는 산소농축공기등이 종래 방식대로 제작된 연소장치의 내부에서 연료의 연소를 보다 빠르게 하거나 보다 느리게 조절하게 되므로, 환경적으로나 경제적으로 어렵게 만들 뿐아니라 라인헝태로 된 연소터널이 내화성으로 되어 있고, 산소농축공기의 압럭이 낮으며, 그 흐름을 낙후된 가스/공기 비율조절기로 제어하게 되므로 배합과정이 상당히 늦어지게 되는 기술을 사용하고 있는 것이다.
이에 본 발명은 열의 발생효율을 증가시켜 에너지의 소모와 가열비용을 최소로 하고, 용융과 정제공정을 간편하게 하며, 연료-공기-산소불꽃화학성, 온도, 속도, 광도 및 열입력을 계속적으로 최적상태로 되도록하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 가열하고자 하는 물질의 산화와 정제를 위하여 버너불꽃을 통해 산소를 음속이하 또는 음속이상으로 인가시키는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 연료흐름의 안쪽에 고농도의 산화제를, 연료흐름의 바깥쪽에는 저농도의 산화제를 가지는 고열감소성 불꽃을 생성시켜 가열되는 생성물과 산소와의 접촉을 최소로 하여 알루미늄과 같은 민감한 생성물의 산화를 최소로 하는 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 가열공정이 진행되는 동안 불꽃을 통해 고열생성물쪽으로 과잉산소의 흐름을 유도시켜 구리와 같은 가열 및 용융시키고자 하는 생성물을 최대로 산화시키는 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 모든 작동범위에서도 불꽃안정성이 유지되는 버너를 제공하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 연료가스의 부피와 오염물질을 최대로 감소시키는 가열방법과 그 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 물질의 가열, 용융 및 정제가 자동적으로 제어 및 최적화될 수 있는 것을 제공하는데 있다.
이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 연소실에 하이드로카본 유체연료와 산화가스인 두가지 형태의 서로 다른 산소를 각각 공급시키는 단계와, 연소실 벽면에 있는 적어도 하나이상의 개구부에 있는 연소실 배출노즐을 통해서 연소실로 제 1 산화가스를 직진시키는 단계와, 상기 제 1 산화가스 윗방향 및 그 쪽으로 직진시키는 흐름형태로 연소실 벽면의 적어도 하나이상의 개구부를 통해 하이드로카본 유체연료를 연소실 내부로 직진시켜 상기 하이드로카본 유체연료가 제 1 산화가스와 혼합되어 매우 밝은 빛을 내는 고열의 불꽃을 상기 연소실 전체로 확산시켜 연소실 내부의 연소를 안정시키는 단계와, 불꽃중심에 있게 되는 하이드로카본 유체연료의 주변 및 그 쪽으로 직진시키는 흐름형태로 연소실 벽면에 있는 적어도 하나이상의 개구부를 통해서 연소실 내부로 제 2산화가스를 직진시키는 단계 및, 상기 하이드로카본 유체연료, 상기 두가지 형태의 산화가스, 냉각용 액체의 흐름을 제어하여 필요로 하는 열입력, 연소생성물의 화학성, 온도, 속도, 방사성 및 연소블럭의 온도를 제공하는 단계로 이루어진 용광로 내부로 직진하게 되는 배출노즐을 가지는 액체로 냉각되는 연소블럭에 있는 연소실에서의 가열공정시 연료와 순수산소의 소비량을 줄여서 하이드로카본 뷸꽃처리를 할 때 하이드로카본 유체연료에 의한 연소를 경제적으로 실시하는 불꿎발생방법인 것이다.
또한, 본 발명은 총산소에 대한 연료의 비가 화학양론에 근접한 상태에서 공기와 산소를 하이드로카본 연료 흐름과 혼합 빛 연소시켜서된 불꽃을 가열시키고자 하는 물질로 직진시키는 단계와, 총산소에 대한 연료의 비가 화학양론으로 유지될 때 물질의 온도 증가를 위해 단열불꽃온도가 상승하도록 혼합물에서 총공기에대한 총산소의 비를 증가시켜 상기 물질중 어떤 성분이 발열산화반응으로 개시될 수 있게 하는 단계 및 연료에 대한 총산소의 비가 화학양론 이상으로 증가되게 과잉산소를 투입시켜 화로에서 연소생성물에 의하여 계속적으로 가열되어지는 물질의 어떤 성분이 산화되어 부가적인 열이 제공되도록 하는 단계로 이루어진 화로에서 물질을 가열 및 용융시키기 위한 불꽃발생방법인 것이다.
또한, 본 발명은 가열공정의 흐름단계를 지시하도록 대표적인 기술적 파라미터를 계속적으로 측정하고 프로그램화된 제어장치에서 상기 파라미터를 기본 데이타로 사용하는 단계와, 공기, 연료 및 산소의 순간흐름을 계속적으로 감지하고, 상기 프로그램화된 제어장치에 상기흐름에 대한 대표적인 전기적 신호를 계속적으로 공급하는 단계와, 측정된 가열공정의 흐름단계를 기초로 하여 상기 프로그램화된 제어장치로 최척의 순간연료흐름, 공기흐름 및 산소흐름을 계속적으로 결정하여 연소생성물의 열입력, 불꽃온도, 속도 및 방사성을 가장 바람직하게 유지하여 불꽃과 가열하고자 하는 물질간의 열교환을 최대로 하여 가열공정을 경제적으로 수행하는 단계 및, 흐름정규수단을 통해서 연료, 공기 및 산소공급을 계속적으로 제어하여 상기 프로그램화된 제어장치에 의해 결정된 순간흐름을 최적으로 하는 단계로 이루어진 각각의 산소가 20 내지 100%의범위로 변화될 수 있고, 연소장치의 연소실을 통해서 가열시키고자 하는 물질쪽으로 각각 직진하게 되는 두가지 형태의 산화가스흐름을 가지는 유체연료를 포함하고 있는 탄소의 고열 연소생성물을 연소장치를 통해서 화로내부로 투입시켜 화로에서 물질의 가열을 제어하는 불꽃발생방법인 것이다.
또한, 본 발명은 연소실에 배출노즐이 포함되어 있는 연소실을 갖는 연소블럭과 상기 연소실을 액체로 냉각시키는 수단과, 상기 연소블럭에 하이드로카본 유체연료와 산화가스인 두가지 형태의 산소를 각각 분리시켜서 공급시키는 수단과 상기 연소실 벽면의 적어도 하나의 개구부에 있는 연소실 배출노즐을 통해 상기 제 1 산화가스를 연소실로 직진시키는 수단과, 상기 연소실 벽면에 있는 적어도 하나의 개구부를 통해서 연소실쪽으로 직진시키는 흐름형태로 상기의 제 1 산화가스 주위에 하이드로카본 유체연료를 직진시켜 하이드로카본 유체연료가 제 1 산화가스와 혼합되어 매우 밝은 빛을 내는 고열의 불꽃을 연소실 전체로 확산시켜 액체로 냉각되는 연소실 내부의 연소를 안정시키는 수단 및, 상기 연소실 벽면에 있는 적어도 하나의 개구부를 통해서 연소실내부의 불꽃중심에 있게 되는 하이드로카본 유체연료나 그 주변으로 직진시키는 흐름형태로 제 2 산화가스를 직진시키는 수단으로 이루어진 가열공정시 연료와 순수산소의 소모를 줄일 수 있는 불꽃발생장치인 것이다.
이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다. ·
가열하고자 하는 생성물에 BTU를 전달하는데 필요한 총비용(작동비와 자본)은 일반적으로 온도와 함수관계에 있다.
즉, 생성물의 온도를 증가시킬 때 에너지원으로 부터 가열하고자 하는 생성물에 부가적인 BTU를 전달하는데 드는 비용은 더욱 증가하게 된다.
한편, 온도조건이 동일한 화로에 있어서, 연소장치를 변화시키고, 동일한 양의 하이드로카본 유체연료를 공급시키게 되면, 가열시키고자 하는 곳으로 직진하게 되는 불꽃의 총 열유량에는 차이가 있게 된다.
이것은 대류적인 열유량이냐 복사적인 열유량이냐에 따라 불꽃화학성, 온도, 광도 및 속도가 달라지게 되어 일어나게 되며, 가열시키고자 하는 물질과 연소가스 간에 일어나는 화학반응에 의하여 생기게 되는 부가적인 열입력에 의해서도 일어나게 된다.
한편, 가열공정시 낮은 온도단계에서 최소의 비용으로 생성물로 열을 전달시키는방법은 에너지원에서 가열하고자 하는 생성물로의 대류적인 열유량이 증가되도록 불꽃의 속도를 증가시키게 되는데, 이때, 생성물의 온도가 약 816℃ 내지 927℃를 초과한 경우에는, 에너지원으로 부터 생성물로 복사적인 열유량이 증가되도록 불꽃의 온도나 불꽃의 광도를 증가시키게 되는 열전달을 효과적으로 실시할 수 있다.
따라서 불꽃의 온도를 상승시키면, 제 1 동력에 의하여 대류적인 열유량이 증가하게 되고, 제 4 동력에 의해서는 복사적인 열유량이 증가되게 되므로, 온도가 높은 범위일 때 산소의 이동도는 가장 효과적이게 된다.
본 발명에서는 온도, 속도, 광도 및 열입력이 제어되도록 연료-공기-산소불꽃화학성를 연속적으로 최적화함으로서 불꽃의 변화, 즉 대류적인 가열을 복사적인 가열로 전환시킬 수 있게 되었다. 이러한 연소공정에서의 최적화는 공정의 산화능력을 계속적으로 제어할 수 있는 산화가스인 2가지의 서로 다른 산소 및/또는 공기 흐름과 연료흐름을 혼합시키고, 액체로 냉각되는 연소장치의 연소실 내부에서 태워지게 되는 연료흐름과 혼합 및 분리된 상태로 접촉하게 되는 두 형태의 산화성 흐름을 공급시키므로서 연료흐름에 대한 산화를 더욱 더 잘 조절할 수 있기 때문에 이루어질 수 있다.
한편, 가열과정시 상기 2가지의 서로 다른 산화성 가스인 공공기와 산소간의 비의 변화를 조절할 수 있으므로서 가열속도에 의존하는 불꽃특성을 제어할 수 있는 새로운 방법을 제공할 수 있게 된다. 이에 따라 가열과정이 낮은 온도에서 이루어질 때는 불꽃속도와 그로 인한 대류적인 열전달을 증가시키고, 가열과정이 높은 온도에서 이루어질 때는 불꽃광도를 증가시키므로서 불꽃에서 가열시키고자 하는 물질로의 열전달의효능이 최대로 발휘되게 된다.
더우기, 용융을 실시하는 경우, 가열시키고자 하는 생성물의 어떤 성분이 생성물의 질을 저하시키지 않고 발열반응을 일으키면서 산화되어진다면, 생성물의 가열부위쪽으로 과잉산화물 또는 순수한 산소(야금산소)들을 직진시켜 상기 생성물의 표면이나 안쪽에서 보다 강렬한 발열반응을 일으킬 수 있다.
이때, 생성물의 내부로 뚫고 들어가게 되는 야금산소의 능력을 개선시키기 위해서는 불꽃패턴에 의하여 가열되어지는 생성물 표면의 가장 뜨거운 부위로 농축된 산소흐름이 인도되도록 불꽃패턴의 중앙라인을 통해서 야금산소를 음속이상의 속도나 높은 압력하에서 인가시키면 된다.
특히, 버너에 가장 근접되어 있는 가열시키고자 하는 생성물의 표면을 향해서나 그 아래방향으로 산소의 기류를 각각 분리시켜 제공하면 산소흐름의 속도손실을 최소로 할 수 있고, 가열시키고자 하는 용융생성물 속으로 뚫고 들어가는 산소기류의 능력을 최대화할 수 있다.
더우기, 용융 및 가열시 가열되어지는 생성물중 알루미늄과 같이 어떤 성분이 산화에 매우 민감한 반응을 나타낸다면, 산화제가 적고 연료가 풍부한 고열의 불꽃으로 하는 것이 바람직하다.
이와 같은 경우에 본 발명에서는, 연류기류속에 산화기류를 포함시켜 고농도로 농축된 산화제를 가열시키고자 하는 생성물과 직접 접촉시키지 않도록 불꽃온도를 상승시켰다.
강철분의 가열, 용융 및 정제에 대해서는 본 발명에서는 다음과 같은 단계를 이용한다.
즉, 총산소/연료비가 화학양론에 근접된 상태하에서 연료와 혼합되게 하기 위하여 불꽃의 안쪽으로 도입되는 산소와 함께 유체연료-공기불꽃으로 강철분더미를 초기가열시켜 연소과정시 연속 점화부로서 사용되는 연소지역을 안정화시키는 단계와, 총산소/연료비가 화학양론에 아주 근접된 상태하에서 산소/공기의 비를 증가시켜 불꽃온도를 상승시키는 단계와, 907℃ 이상으로 예열될 때 유체연료-공기-산소불꽃을 통해서 고열의 강철분더미로 과잉산소제트를 직진시켜 강철분의 용융을 가속화시키는 발열산화반응을 일으키는 단계와, 유체연료-공기불꽃(또는 유체연료-공기-산소불꽃)으로 정제시 용융된 금속을 가열시키는 단계와, 음속의 속도를 유지시킬 수 있는 고속도로 유체연료-공기불꽃(또는 유체연료-공기-산소불꽃)을 통해 용융된 금속쪽으로 과잉의 야금산소를 제트형태로 직진시켜 용융된 금속을 산화시켜 용융된 금속을 정제하는단계로 이루어진다.
이와 같은 새로운 연소방법과 불꽃발생장치를 사용하므로서 종래에 비하여 다음과 같은 점이 개선되었다. 첫째, 하이드로카본 유체연료와 산소기류와의 강렬한 혼합을 공기기류가 물로 냉각되어진 연소실 벽면과 절연시키므로 이들이 냉각되는 것을 보호할 수 있으며, 동시에 연소공정에 많은 공기를 투입시키기 이전에 서로 반응할 수 있도록 산소와 가스에 대한 잔류시간을 제공하여 매우 높은 온도에도 안정한 지역을 만들게 된다.
또한 제 1 산화가스의 고농도 산소와 하이드로카본 가스의 연소에 의하여 방출되는 열이 고광도의 불꽃을형성하게 되는 잔류가스의 부분 열분해를 위한 열방출을 제공하게 된다.
둘째, 매우 빠른 속도로 가스와 산소를 반응시키므로서 연소실내에서 열방출을 매우 강하게 하며, 이것은 연소실을 이탈하기전에 연소가스의 팽창을 높은 수준으로 하므로 불꽃속도도 매우 빠르게 한다.
셋째, 용융과정에 있어서, 고온이 불꽂이 연소장치의 노즐 위치에 있는 강철분과 충돌하게 되며, 이에 따른 방해작용의 발생으로 인해 높은 기체역학적항이 나타나게 된다.
예컨대, 연료, 산소 및 공기기류가 서로 다른 압력 상태로 불꽃발생기의 연소실로 인가되기 때문에 이들의 각 기류가 강철분의 기체역학저항 또는 방해로 인하여 서로 다른 영향을 받게 된다. 이에 따라 산소나 가스라인의 높은 압력은 가열 및 용융과정이 이루어지는 동안 기체역학변화에 대하여 상기 기류는 거의 민감한 반응을 나타내지는 않게 되지만 상대적으로 낮은 압력에서 상대적으로 많은 양의 연소공기는 영향 받게 됨을 알 수 있다.
그러나, 이와 같은 상황에 있어서, 흐름정규밸브의 완전한 개방에도 불구하고, 바람직한 점화속도로 유지될 수 있도록 공기흐름은 연소터널에서 요구하는 산소의 양을 유도해내지는 못하게 된다.
따라서, 불꽃발생기의 제어시스템은 연속적으로 공기흐름센서기를 통해 상기와 같은 문제를 확인하게 되며, 공기에 소량 밖에 포함되지 않은 산소기류를 증가시켜 이를 적합하게 반응되도록 하여 버너배출구에 위치하고 있는 방해물질이 용융되도록 보다 높은 온도의 불꽃이 발생되어질 수 있게 한다.
또한, 상기와 유사한 문제들은 산소흐름이 강철분의 기체역학저항에 의하여 영향을 받게 된다면, 과잉산소를 주입시키는 시기에도 일어날 수 있다.
이하 븐 발명을 예시된 도면에 의거 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 제 1 도와 제 2 도는 본 발명의 제 1 구현예에 따른 불꽃발생기(1)의 단면을 나타낸 도면으로서, 여기에는 발생기연소블럭(2)이 형성되어 있고, 상기의 발생기연소블럭(2)의 주위를 수냉자켓(3)이 둘러싸고있으며, 급수구(4)와 배수구(5)가 각기 다른 위치에 설치되어 있고. 급수구(4)와 배수구(5) 사이에는 연소블럭(2)의 외부주위를 냉수가 회전할 수 있도록 하는 분할판(6)이 설치되어 있다.
한편, 연소블럭(2)내부의 원추형 연소실(9)에 산소가 도입되도록 하기 위해서 산소공급도관(7)이 연소블럭(2)을 관통하여 지나가는 산소공급채널(8)과 연결되어 있으며, 또한 유체연료를 공급하게 되는 연료공급도관(10)은 연소블럭(2)을 관통하여 지나가는 다수의 연료공급채널(11)과 연결되어 있다. 상기의 연료공급채널(11)은 산소공급채널(8) 주위에 대칭적으로 배치되어 있으며 연소블럭(2)의 중앙라인중 연소실(9)내에 있는 어느 한점으로 연료가 직진되도록 각도를 이루고 있다.
또한, 공기공급도관(12)은 연소블럭(2)을 관통하는 다수의 공기공급채널(13)에 공기를 공급시키도록 되어있는데, 여기서 공기공급채널(13)은 연소실(9)의 원추형표면에 있는 개구부(14)와 같이 연료공급채널(11)의 바깥쪽에 방사형태로 대칭을 이루면서 위치하고 있다.
한편, 개구부(14)를 통해서 연소반응에 필요한 산화가스가 도입되게 되는데, 이 산화가스는 연소생성물과 연소실 벽면사이에 얇은 가스막을 형성시켜 고온의 연소생성물로 부터 연소실 벽면을 보호하게 되며, 액체로 냉각된 블럭과 접촉하여 불꽃이 냉각되는 것을 보호하기도 한다. 더우기, 상기의 연소블럭(2)은 냉각공기와 냉각연료가 연소실(9)로 도입되어질때, 공기공급채널(13)을 통과하는 냉각공기와 연료공급채널(11)을 통과하는 냉각연료에 의하여 냉각되어지게 된다.
한펀, 배출슬롯(15)은 공기나 스팀에 의하여 발생되는 기포를 제거하기 위하여 수냉자켓(3)부위에 설치되어 있으며, 플랜지(16)는 화로에 불꽃발생기를 부착시키기 위한 수단으로서 제공되어져 있다.
여기서, 불꽃의 크기나 확산성을 최대로 높이기 위해서 산소공급도관(7)을 통해서는 중심기류로서 연료를도입시키고, 채널(11)을 통해서는 산소나 공기-산소의 혼합물을 도입시키게 되면 상당히 유리한 점도 나타나게 된다.
한편, 예시도면 제 3 도와 제 4 도는 본 발명에 따른 불꽃발생기(20)의 제 2 구현예와 단면을 나타낸 도면으로서, 본 구현예는 상기 제 1 구현예와 유사장치인 바, 예컨대 연소블럭(21), 수냉자켓(22), 급수구(23), 배수구(24), 분할판(25) 및 배출슬롯(26) 등이 설치되어 있으머, 연료공급도관(27), 연료공급채널(28), 공기공급도관(29) 및 공기공급채널(30) 등도 상기 제 1 구현예와 유사한 형태로 설치되어 있다.
여기서, 제 1 산소공급도관(31)이 연소블럭(21)의 중앙부분을 관통하여 지나가고 있는 제 1 산소공급채널(32)과 연결되어 있으며, 상기 제 1 산소공급채널(32) 끝부분에는 가열하고자 하는 생성물에 산소를 음속이상의 속도로 직접 분사시키기 위한 수축발산노즐(33)이 부착되어 있다.
한편, 제 2 산소공급도관(34)은 연소블럭(21)의 중앙부분과 나란하게 관통하여 지나가는 제 2 산소공급채널(35)과 연결되어 있으며, 연소실(36)에 산소를 음속이하의 속도로 분사시키기 위하여 채널(32)과 채널(28)사이에 방사형태로 위치하고 있다.
한편, 예시도면 제 5 도와 제 6 도는 본 발명에 따른 제 3 구현예를 나타낸 도면으로서, 상기 제 1 구현예와 거의 유사하지만 연소실(9)이 원추형으로 된 것이 다르며, 공기공급채널(13)은 연소실(9)내부에서 와류순환을 일으키기 위하여 연소실(9)과 접선방향으로 위치하고 있는 것이 다르다.
또한, 산소공급채널(8)에는 가열하고자 하는 생성물에 산소를 음속이상의 속도로 분사시키기 위하여 여러개의 구멍이 형성되어 있는 수축발산노즐(l7)이 부착되어 있다.
이와같은 형태로 구성되어 있는 것은 불꽃의 성질과 연소실의 중앙부분을 통해서 직진하는 과잉산소를 변화시켜서 불꽃발생기의 신축성을 증대시키기 위한 것이다.
한편, 제 7 도와 제 8 도는 본 발명에 따른 제 4 구현예를 나타낸 도면으로서 불꽃발생기(40)의 주위를 둘러싸고 있는 모양을 변화시킨 것으로서 본 구현예에서는 연소블럭(41), 수로(46)와 함께 수냉자켓(42)등으로 이루어져 있으며, 또한 연료공급도관(47), 연료공급채널(48), 산소공급도관(49) 및 산소공급채널(50)등이 상기 구현예와 유사하게 구성되어 있다.
여기서, 공기도입은 채널(39)을 통해서 이루어지도록 되어 있는데 상기의 채널(39)은 연소블럭(41)을 관통하여 형성되어 있어, 연소실(9)의 내부표면과 접한상태로 공기를 직진시키게 된다.
또한, 제 2 산소공급도관(43)은 연소블럭(41)의 윗부분을 관통하는 제 2 산소공급채널(44)과 연결되어 있어서, 산소가 이 채널을 따라서 공급되도록 되어 있는데, 상기 채널(44)은 밑방향으로 구부러지는 부분까지 똑바로 되어 있으며 연소블럭의 개구부 근방에서 열려져 있다. 이때, 산소는 불꽃발생기(40)의 중앙라인에 대하여 밑방향으로 각을 이루면서 연소실의 외부로 그 흐흠이 직진하게 된다. 상기 채널(44)의 개구부에는 산소가 음속이상의 속도로 분사되도록 하기 위하여 수축-발산노즐(45)이 설치되어 있다.
한편, 제 9 도는 본 발명에 따른 불꽃발생기(1)의 제 1 구현예와 제 3 구현예에 대한 제어시스템을 나타낸 도면으로서, 여기서 불꽃발생기(1)가 작동될때 냉각수가 급수구(4)의 공급라인을 통해서 공급되게 되면, 수냉자켓 안쪽에 있는 연소블럭(2)주위를 회전한 다음 배수구(5)를 통해서 배수되게 된다. 이때 요구되는 냉각속도는 유량계(63)와 압력계기(64)에 의하여 조절되어지게 되며, 상기의 연소블럭(2)의 모든 표면에 강력한 냉각작용이 제공되어지므로 상기 블럭은 열전도성이 매우 높은 구리나 그외 다른 물질 등으로 제조되어야한다.
이와 동시에 연료는 밸브(59), 유량계(60) 및 제어밸브(61)를 통해서 연료공급라인(58)으로부터 불꽃발생기(1)내부로 인가되어지게 되면 연료공급도관(10)과 다수의 연료공급채널(11)을 통해서 연소실(9)로 도입되어지게 된다.
그리고, 산화제는 공정이 가열단계인가, 용융단계인가 또는 과열단계인가에 따라 각기 다른 방법으로 연소실(9)로 인가되어지게 된다. 여기서, 가열되는 물질의 온도가 상대적으로 낮을때 공기/산소의 비는 상대적으로 높아야 하며, 공기는 송풍기(55)로부터 유량계(56), 제어밸브(57), 공기공급도관(12)과 다수의 공기공급채널(13)등을 통해서 연소실(9)로 인가되게 된다.
동시에 산소는 산소공급라인(65)으로부터 연소실(9)로 도입되는데 다음과 같은 두가지 방법 또는 어느 한가지 방법으로 실시할 수 있다.
즉, 첫째로는 밸브(66), 유량계(67), 제어밸브(68), 산소공급도관(7) 및 산소공급채널(8)을 통해서 도입시키는 방법이 있고, 둘째로는 밸브(52), 유량계(53), 제어밸브(54), 공기공급도관(12) 및 다수의 공기공급채널(13)을 통해서 도입시키는 방법이 있다. 여기서 자동제어장치(62)는 온도센서기, 에너지종합계기 및 시간기록계기와 같은 센서기로 결정되어지게 되는 가열사이클의 흐름단계를 기초로 하거나 가열되는 물질의 형태를 기초로 하는 여러가지의 산소, 공기 및 연료의 순간 흐름을 제하게 되며, 또한, 상기의 제어장치는 전가열사이클에 걸쳐 최적의 불꽃특성을 제어하게 되는 프로그램화된 마이크로프로세서의 제어장치에 전기적인 입력이 제공되도록 연료, 공기 및 산소의 순간흐름의 계기도 포함될 수 있다.
본 발명의 제10도는 제 2 구현예에 대한 불꽃발생기 제어시스템을 나타낸 도면으로서, 산소공급도관(34)에 밸브(69), 유량계(70) 및 제어밸브(71)가 첨가된 것 이외에는 예시도면 제 9 도와 본질적으로 동일하다.
한편, 제l1도는 제 4 구현예에 대한 불꽃발생기제어시스템을 나타낸 도면으로서, 관통라인(80), 자동화밸브(81) 및 솔레노이드밸브(82)를 통해서 제 1 산화가스에 조절가능한 양의 공기를 산소공급도관(49)에 인가되어지도록 구성되어 있으므로 불꽃발생기작동에 신축성을 부여하기 위하여 제공된 것이다.
본 구현예는 솔레노이드밸브(85)에 의하여 봉쇄되어지는 제 1 산화가스 대신에 라인(83)과 솔레노이드밸브(84)를 통해서 도관과 연결되어진 연소실의 중앙라인을 따라 연료흐름이 인가되므로 불꽃형상이나 불꽃광도를 변화시키도록 한 컷이며, 동시에 상기 중앙연료흐름에 대하여 솔레노이드밸브(88)에 의하여 봉쇄되어지는 연료 대신에 라인(86)과 솔레노이드밸브(87)를 통해서 도관(47)과 연결되어진 연소실로 제 1 산화가스를 인가시키므로서 불꽃형상이나 불꽃광도를 변화시키도록 한 것이다.
상술한 바와같이 연료와 제 1 산화가스흐름간의 교환에 있어서 공기의 정제는 라인(80), 자동화밸브(81)및 솔레노이드밸브(82)를 통해서 공기가 산소공급도관(49)으로 보내지게 되거나 라인(89), 솔레노이드밸브(90)를 통해서 공기가 도관(49)으로 보내지게 되면 이루어지게 된다.
대표적인 프로세스에 있어서 본 발명에 따른 제 1 구현예와 제 3 구현예를 이용하게 되면 가열되는 물질의 온도가 증가하게 되므로써 더 많은 산소가 연소실(9)에 인가되게 되고, 따라서 공기/산소비가 낮아지게 되고, 연소온도는 증가하게 된다. 이 단계에 있어서 연료/총산소의 비는 화학양론에 근접되게 유지된다.
가열되어지는 물질의 온도가 산화발열반응의 열을 경제적으로 이용할 수 있게될때 과잉산소의 제트는 물질의 용융에 필요한 산화반응의 열을 발생시키기 위해 산소공급도관(7)과 산소공급채널(8)을 통해서 연소실(9)을 채우고 있는 불꽃의 중심을 관통하여 고열생성물이 있는 방향으로 직진하게 된다.
이때, 가열되어지는 물질속으로 뚫고 들어가는 과잉산소제트의 능력을 증가시키기 위해서는 산소공급채널(8)의 수축발산노즐(l7)을 통해서 산소제트를 음속이상의 속도로 불어넣을 수 있다. 이렇게 되면 연소생성물과 화로분위기에 의해 산소가 희석되는 것을 감소시킬 수 있다.
또한, 과잉산소의 제트는 연소실(9)을 채우고 있는 불꽃을 통해서 용융되는 물질쪽으로 정제 또는 다른목적을 위해서 직진하게 되는데, 이때, 과잉산소제트의 속도를 음속이상으로 증가시키게 되면 수축발산노즐을 통해서 용융된 물질속으로 뚫고 들어가는 제트의 능력이 개선됨과 동시에 연료-공기, 연료-산소 도는연료-공기-산소불꽃은 산화지역의 안쪽이나 그 주면에서 상기 물질을 가열시키기 위하여 용융되어지는 물질로 직진할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 제 2 구현예에 있어서 불꽃발생기(20)의 작동은 상술한 바와같은 제 l 구현예 또는제 3 구현예의 불꽃발생기에 대한 모든 단계를 포함하고 있는데, 즉, 산소는 수축발산노즐(33)이 있는 산소공급도관(31)을 통해서 음속이상의 속도로 연소실(36)의 중앙부분으로 확산되어지게 되며, 여러개의 산소공급채널(35)을 통해서는 음속이하의 속도로 확산되어지게 된다.
이와같이 채널(35)에 의하여 유도되는 여러개의 산소제트의 위치는 도관(27,29,34)를 통해서 유도되어지는 연료, 공기 및 산소의 연소로 연소실(36)안쪽에서 형성되는 연소생성물에서 중심산소제트를 분리시킬 수있게 된다.
이것은 불꽃특성을 변화시켜 불꽃발생기의 유연성을 증가시키게 되며, 과잉산소제트는 연소실의 중앙부분을 통해서 직진하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 모든 구현예에 있어서, 가열, 용융, 정제 및 과열사이클시, 열입력, 불꽃속도, 온도, 광도, 불꽃의 형태와 연소생성물의 화학성등은 연료, 공기 및 산소공급을 변화시키고 상기 성분들을 연소실로 인가하는 방법을 변화시킴에 따라서 계속적으로 제어되는데, 이렇게 하는 것은 최소한의 작동비로 원하는 가열조건을 얻기 위한 것이다.
따라서, 불꽃발생기로부터 입력되는 열의 양은 불꽃발생기 내부로 유도되는 하이드로카본 유체연료의 양과 직접 관련이 있게 된다.
상술한 바와같이 본 발명의 공정이나 장치등은 순수한 산소나 공기 또는 이들의 혼합물 헝태로 연소공정에 산소를 제공시키는 것으로서 예를들면, 연소공정에 제공되는 연료/총산소의 비를 조절하므로서 산소와연료의 완전한 연소를 위한 화학양론비는 불꽃발생기에 인가되어진 것을 충분히 이용하여 원하는 형태로 유지시킬 수 있게 되는 것이다.
또한, 제공되어진 연료/총산소비에서, 산소농도에 따라 보다 높은 산소가스가 발생하게 되므로 불꽃의 온도는 자연히 증가하게 되는데, 이것은 버너에 공급된 공기와 순수한 산소를 변화시켜 공기/총산소비를 조절함으로서 이루어지게 된다.
비록 공급되는 순수한 산소가 공기를 사용하는 것보다 더욱 비싼것은 분명하지만 생성물에 열전달을 효과적으로 시켜서 보다 높은 불꽃온도를 갖는다는 점에서는 더욱 좋으며, 또한, 불꽃의 방사성을 증가시켰다는 점에서도 크게 개선되었음을 알 수 있는 것이다.
즉, 방사성이 높은 불꽃은 불꽃의 중심안쪽에서 하이드로카본연료로부터 탄소원자를 방사성이 높은 탄소분자로 전환시킴으로서 이루어지게 되는데, 이러한 것은 불꽃의 중심에서 연료의 열분해가 일어나도록 순수한 산소와 연료의 초기혼합물을 제공하므로서 본 발명의 목적이 이루어지게 된다. 여기서의 불꽃은 공기 또는 공기/산소혼합물과 같이 산소가 저농도인 제 2 산화제의 흐름에 의해 강열하게 냉각되어 있는 연소실벽과 분리된 형태로 존재하게 된다.
따라서, 다른 모든 파라미터가 원하는 값으로 유지될때 불꽃중심에서 하이드로카본연료/산소의 비를 조절하게 되면 불꽃의 방사성이 조절되게 된다.
또한, 높은 온도(예를들면 중심온도는 1482.2℃)에서 공기를 연소시키므로서 일어나게 되는 NOx 방사성을 근본적으로 감소시키거나 제거시킬 수 있는 불꽃발생기를 제공하는 것이 바람직한 바, 이러한 것은 불꽃중심에서 공기를 감소시키기만 하면 된다.
따라서, 연소실로 인가시키고자 하는 어떤 주어진 전체공기에 대해 불꽃의 외부로 인가된 공기와 불꽃의 중앙으로 인가된 공기의 비를 최대로 하거나 조절하게 되면 NOx는 감소하게 될 수 있다.
상술한 바와같은 불꽃발생기는 산화가스로서 예열된 공기나 예열된 공기-산소혼합물을 이용할 수 있는데, 이것은 예열된 공기나 예열된 공기-산소혼합물이 제공될 수 있게 그 공정으로 부터의 폐열을 회수할수 있으며, 작동을 더욱 효과적으로 만들게 된다.
본 발명의 바람직한 구현예로서, 산화가스를 포함하는 두가지 서로 다른 공기와 산소이상의 것들이 불꽃발생기의 연소조절능력을 더욱 개선시켜서 사용할 수 있는 장치를 설계할 수 있으며, 또한, 불꽃발생기의 안쪽 또는 바깥쪽에서 산화제와 연료를 부분적으로 미리 혼합하거나 또는 2개의 산화가스를 부분적으로 혼합할 수 있도록 설계할 수도 있다.

Claims (67)

  1. 연소실에 하이드로카본 유체연료와 산화가스인 두가지 형태의 서로 다른 산소를 각각 공급시키는 단계와, 연소실벽면에 있는 적어도 하나이상의 개구부에 있는 연소실 배출노즐을 통해서 연소실로 제 1 산화가스를 직진시키는 단계와, 상기 제 1 산화가스 윗방향 및 그 쪽으로 직진시키는 흐름 형태로 연소실벽면의 적어도 하나이상의 개구부를 통해 하이드로카본 유체연료를 상기 연소실내부로 직진시키는 단계와, 불꽃중심에 있게 되는 하이드로카본 유체연료의 주변 및 그쪽으로 직진시키는 흐름형태로 연소실벽면에 있는 적어도 하나이상의 개구부를 통해서 연소실내부로 제 2 산화가스를 직진시키는 단계 및, 상기 하이드로카본 유체연료, 상기 두가지 형태의 산화가스, 냉각용 액체의 흐름을 제어하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 불꽃발생방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 제 1산화가스는 상기 연소실의 중앙축을 따라 제트형태로 직진시켜서 되는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 제 2 산화가스는 상기 연소실의 바깥쪽에서 상기 하이드로카본 유체연료와 혼합되어지도록 직진시켜서 되는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 제 2 산화가스는 상기 하이드로카본 유체연료와 혼합되기전에 처음에 액체로 냉각된 연소블럭과 접촉되어 불꽃이 냉각작용으로 부터 순간적으로 절연되도록 하여서 되는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서의 방법은 화로의 내부쪽으로 개구되어 있는 연소실을 통해서 연소생성물이 부하되도록 하는 단계를 포함하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 흐름제어단계는 상기 두가지 형태의 산화가스에서 총산소에 대한 연료의 비를 제어하는 단계와, 상기 두가지 형태의 산화가스에 부가된 총산소에 대한 공기의 비를 제어하는 단계를 포함하여서 되는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 흐름제어단계는 제 1 산화가스에 포함되어 있는 산소에 대한 하이드로카본 유체연료의 비를 제어하는 단계도 포함하여서 되는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 흐름제어단계는 제 l 산화가스에서의 공기에 대한 제 2 산화가스에서의 공기의 비를 최대로 하는 단계를 포함하여서 되는 방법.
  9. 제 6 항, 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 흐름제어단계는 연속공정으로 상기의 제어단계에 대한 비를 적절히 결정하기 위하여 흐름공정온도를 감시하는 단계를 포함하여서 되는 방법.
  10. 제 6 항, 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 흐름제어단계는 연속공정으로 상기 제어단계에 적용되어지는 비와 공정의 단계를 결정하기 위하여 공정에 입력되는 축척된 에너지를 측정하는 단계를 포함하여서 되는방법.
  11. 제 6 항, 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 흐름제어단계는 공정의 단계와 제어단계에 적용되어지는 비를 결정하기 위하여 공정의 시간제어단계를 포함하여서 되는 방법.
  12. 제 9 항에 있어서, 제어단계는 전자계산수단에 의해 이루어지는 방법.
  13. 제10항에 있어서, 제어단계는 전자계산수단에 의해 이루어지는 방법.
  14. 제11항에 있어서, 제어단계는 전자계산수단에 의해 이루어지는 방법.
  15. 제 1 항, 제 2 항, 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 제 1 산화가스는 순수한 산소를 사용하여서 되는 방법.
  16. 제 1 항, 제 3 항, 제 4 항 또는 제 6 항에 있어서, 제 2 산화가스는 공기를 사용하여서 되는방법.
  17. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 하이드로카본 유체연료는 제 1 산화가스 주위에 여러개의 제트형태로 연소실에 있는 여러개의 개구부를 통해 연소실내부로 투입되는 방법.
  18. 제 1 항, 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 제 2 산화가스는 여러개의 제트형태로 불꽃중심에 직진되게 연소실 내부로 투입되는 방법.
  19. 제 1 항 또는 제 6 항에 있어서, 제 2 산화가스는 직진되는 제트중 적어도 하나가 접선형태로 연소실내부에 투입되는 방법.
  20. 제 1 항, 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 제 2 산화가스는 연소실의 길이 방향에 대해 경사지게 고열의 불꽃중심으로 직진되는 방법.
  21. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서의 방법은 제트의 속도가 연소실 내부로 들어올때 음속이하 내지 음속이상으로 되게 제 1 산화가스를 제어하는 단계를 포함하여서 되는 방법.
  22. 제 1 항에 있어서의 방법은 연소실의 중심라인에 대해 아래 방향으로 제 3 산화가스를 직진시키는 단계를 포함하여서 되는 방법.
  23. 제22항에 있어서, 제 3 산화가스는 음속이상의 제트속도로 투입되는 방법.
  24. 제 1 항에 있어서의 방법은 연소실내부로 상기 연료와 상기 제 2 산화가스를 직진시키기 전에 연소블럭에 있는 여러개의 채널을 통해서 상기 하이드로카본 유체연료와 상기 제 2 산화가스를 직진시키는 단계를 포함하여서 되는 방법.
  25. 총산소에 대한 연료의 비가 화학양론적에 근접한 상태에서 공기와 산소를 하이드로카본 유체연료의 흐름과 혼합 및 연소시켜서 된 불꽃을 가열시키고자 하는 물질로 직진시키는 단계와, 총산소에 대한 연료의비가 화학양론으로 유지될때 물질의 온도 증가를 위해 단열불꽃온도가 증가되도록 혼합물에서 총공기에 대한 총산소의 비를 증가시키는 단계 및, 연료에 대한 총산소의 비가 화학양론 이상으로 증가되게 과잉 산소를 투입시키는 단계로 이루어진 화로에서 물질을 가열 및 응용시키는 불꽃발생방법.
  26. 제25항에 있어서, 불꽃은 액체로 냉각된 연소블럭내에서 생성시켜서 되는 방법.
  27. 제25항에 있어서, 공기와 산소는 서로 다른 산소농도를 가진 두가지 산화가스흐름을 결합시킨 것이되 그중 하나의 가스흐름은 상기 연료흐름 내부로 투입되고, 다른 가스흐름은 상기 연료흐름 주위로 투입시켜서 되는 방법.
  28. 제25항에 있어서의 방법은 연소블럭의 개구부 일부가 가열 및 응용시키고자 하는 물질로 막혀있을 경우, 다음 단계를 수행하기 전에 상기 물질내에 고열캐비디가 형성되도록 상기 개구부를 막고 있는 물질에 하이드로카본 유체연료와 산소를 화학양론적인 비로 혼합 및 연소시켜서 된 고열의 불꽃을 직진시키는 초기단계를 포함하여서 되는 방법.
  29. 제25항에 있어서의 방법은 상기 물질을 응용시킨 후 불꽃패턴을 다시 형성시키기 위해 연소혼합물로 공급되는 연료와 공기를 감소시키는 단계와, 불꽃을 통해서 산소제트를 음속이상의 속도로 상기 물질에 직진시키는 단계 및, 상기와 같이 재형성된불꽃으로 상기 물질을 가열시키는 지역에서 응용된 물질내부로 산소를 음속이상의 제트로 관통시키는 단계를 포함하여서 되는 방법.
  30. 제29항에 있어서의 방법은 제 1 산소제트 주위로 제 2 산소제트를 음속이하의 속도로 직진시키는 단계를 포함하여서 되는 방법.
  31. 제29항에 있어서, 산소제트는 불꽃의 방향에 대하여 아래방향으로 직진시키는 방법.
  32. 제25항에 있어서, 과잉산소의 투입단계는 연소공정에서 공기의 첨가없이 연료를 연소시켜서 되는 방법.
  33. 제25항, 제27항 또는 제29항에 있어서의 방법은 연소공정에 공기를 투입시키기전에 예열시키는 단계를 포함하여서 되는 방법.
  34. 제25항, 제26항, 제27항, 제29항 또는 제30항에 있어서의 방법은 하나의 화로에 여러개의 불꽃과 산소제트를 공급시키는 단계를 포함하여서 되는 방법.
  35. 가열공정의 흐름단계를 지시하도록 대표적인 기술적 파라미터를 계속적으로 측정하고 프로그램화된 제어장치에 상기 파라미터를 기본 데이타로 사용하는 단계와, 공기, 연료 및 산소의 순간흐름을 계속적으로 감지하고, 상기 프로그램화된 제어장치에 상기 흐름에 대한 대표적인 전기적 신호를 계속적으로 공급하는 단계와, 측정된 가열공정의 흐름단계를 기초로 하여 상기 프로그램화된 제어장치로 최적의 순간연료흐름, 공기흐름 및 산소흐름을 계속적으로 결정하는 단계 및, 흐름정규수단을 통해서 연료, 공기 및 산소공급을 계속적으로 제어하는 단계로 이루어진 물질의 가열을 제어하는 불꽃발생방법.
  36. 제35항에 있어서, 대표적인 기술적 파라미터는 공징온도인 방법.
  37. 제35항에 있어서, 대표적인 기술적 파라미터는 축적된 가열시간인 방법.
  38. 제35항에 있어서, 대표적인 기술적 파라이터는 축적된 에너지소비인 방법.
  39. 제35항에 있어서의 방법은 제 l 산화가스흐름과 제 2 산화가스 흐름으로 가열장치에 공급되는 산소와 공기의 총흐름비를 계속적으로 제어하는 단계를 포함하여서 되는 방법.
  40. 제35항에 있어서의 방법은 연소실을 통해서 가열시키고자 하는 물질속으로 뚫고 들어가게 되는 산소의 흐름을 계속적으로 제어하는 단계를 포함하여서 되는 방법.
  41. 제35항에 있어서의 방법은 연소실을 통해서 가열시키고자 하는 물질속으로 뚫고 들어가게 되는 연료의 흐름을 계속적으로 제어하는 단계를 포함하여서 되는 방법.
  42. 제35항에 있어서의 방법은 연소공정에 투입되어지는 과잉산소의 양을 계속적으로 제어하는 단계를 포힘하여서 되는 방법.
  43. 제42항에 있어서, 과잉산소는 음속이상의 흐름속도로 하는 방법.
  44. 연소실에 배출노즐이 포함되어 있는 연소실을 갖는 연소블럭과, 상기 연소실을 액체로 냉각시키는 수단과, 상기 연소블럭에 하이드로카본 유체연료와 산화가스인 두가지 형태의 산소를 각각 분리시켜서 공급시키는 수단과, 상기 연소실벽면의 적어도 하나의 개구부에 있는 연소실배출노즐을 통해서 상기 제 1 산화가스를 연소실로 직진시키는 수단과, 상기 연소실벽면에 있는 적어도 하나의 개구부를 통해서 연소실쪽으로 직진시키는 흐름형태로 상기의 제 1 산화가스 주위에 하이드로카본 유체연료를 직진시키는 수단 및, 상기 연소실벽면에 있는 적어도 하나의 개구부를 통해서 연소실내부의 불꽃중심에 있게 되는 하이드로카본 유체연료나 그 주변으로 상기 제 2산화가스를 직진시키는 수단으로 이루어진 가열공정시 연료와 순수산소의 소모를 줄일 수 있는 불꽃발생장치.
  45. 제44항에 있어서의 장치에는 연소생성물을 연소실로 부터 부하시키고 최종불꽃패턴을 재형성시키는 연소블럭의 액체로 냉각되는 배출수단을 포함하여서 이루어진 장치.
  46. 제44항에 있어서, 제 1 산화가스를 직진시키는 수단은 연소실의 중앙축을 따라 제트형태로 제 1 산화가스를 직진시키도록 된 장치.
  47. 제44항에 있어서, 제 2 산화가스를 직진시키도록 된 수단은 하이드로카본 유체연료와 혼합되기전에 유체로 냉각되는 연소블럭과 접촉되어 냉각되는 것을 막기 위하여 제 2 산화가스를 직진시키도록 된 장치.
  48. 제44항에 있어서의 장치는 산소와, 제 1 산화가스와 제 2 산화가스를 포함하고 있는 공기에 의하여 인가되는 총산소 양의 배분이나 비율을 제어하여 최종불꽃패턴의 산화능력, 온도, 광도 및 속도를 제어하는 수단이 포함되어서 된 장치.
  49. 제44항에 있어서, 하이드로카본 유체연료의 직진수단은 제 1 산화가스쪽으로 각을 이루고 있는 다수의 채널로 이루어져서 된 장치.
  50. 제44항에 있어서, 제 2 산화가스의 직진수단은 불꽃중심쪽으로 각을 이루고 있는 다수의 채널로 이루어져서 된 장치.
  51. 제44항에 있어서, 제 2 산화가스의 직진수단은 적어도 하나가 접선방향으로 설치된 채널로 이루어져서된 장치.
  52. 제44항에 있어서, 제 2 산화가스의 직진수단은 연소실의 길이방향에 대해 경사지게 제 2 산화가스를 고열의 불꽃중심으로 직진시키도록 된 장치.
  53. 제44항에 있어서, 연소블럭은 고열전도성물질로 이루어져서 된 장치.
  54. 제53항에 있어서, 고열전도성물질은 구리로 된 장치.
  55. 제44항에 있어서, 연소블럭의 연소실은 연소장치 표면의 선단부가 보다 넓은 원추형으로 되어 있으며, 상기 제 2 산화가스의 채널은 얇은 막을 형성시키기 위해 연소실의 원추형 표면위에서 개구된 형태로 된 장치.
  56. 제44항에 있어서, 제 1 산화가스의 직진수단은 제 1 산화가스를 음속이상의 속도로 분사시킬 수 있는 수단으로 된 장치.
  57. 제44항에 있어서의 창치는 가열시키고자 하는 생성물의 다른 부분을 제 3 산화가스로 산화시키기 위하여 연소실 배출노즐로 부터 연소실의 중앙라인에 대하여 아래방향으로 제 3 산화가스를 직진시키는 수단을 포함하여서 된 장치.
  58. 제57항에 있어서, 제 3 산화가스는 음속이상의 분사속도로 투입되어지되 산소를 사용하도록 된 장치.
  59. 제44항에 있어서의 장치는 원하는 열입력, 연소생성물화학성 및 연소블럭의 온도를 제공하도륵 하이드로카본 유체연료와 두가지 형태의 산화가스흐름을 제어하기 위한 수단을 포함하여서 된 장치.
  60. 제59항에 있어서, 흐름제어수단은 상기 두가지 형태의 산화가스에서 총산소에 대한 연료의 비를 제어하는 수단과, 상기 두가지 형태의 산화가스에서 총산소에 대한 공기의 비를 제어하는 수단을 포함하여서 된 장치.
  61. 제60항에 있어서, 흐름제어수단은 제 1 산화가스에서 산소에 대한 하이드로카본 유체연료의 비를 제어하는 수단을 포함하여서 된 장치.
  62. 제61항에 있어서, 흐름제어수단은 제 1 산화가스에서 공기에 대한 제 2 산화가스에서의 공기의 비를 최대로 하는 수단을 포함하여서 된 장치.
  63. 제59항, 제60항, 제61항 또는 제62항에 있어서, 상기 흐름제어수단은 이 수단으로 적용하고자 하는비와 공정의 단계를 결정하는 공정온도감지수단을 포함하여서 된 장치.
  64. 제63항에 있어서, 흐름제어수단은 상기 장치와 프로그램화된 정보로부터의 입력을 기초로 상기 흐름제어수단의 적용방법을 계속적으로 결정하는 전자계산수단을 포함하여서 된 장치.
  65. 제44항에 있어서, 제 1 산화가스의 직진수단은 제 1 산화가스의 공급수단의 가스수송연결관으로써, 연소블럭의 중앙축을 따라 연소블럭의 뒷부분으로 부터 연소실까지 연소블럭을 관통하는 좁은 채널로 이루어진 장치.
  66. 제44항에 있어서, 하이드로카본연료의 직진수단은 하이드로카본연료의 공급수단의 유체수송연결관으로써, 제 1 산화가스채널 주위에 위치하고 있고 연소블럭의 연소실중앙축을 향해 각을 이루고 있으면서 연소블럭의 뒷부분으로부터 연소실쪽으로 상기 연소블럭을 관통하는 좁은 채널로 이루어진 장치.
  67. 제44항에 있어서, 제 2 산화가스의 직진수단은 제 2 산화가스의 공급수단의 가스수송연결관으로써, 상기 하이드로카본 유체연료채널의 외부방향에 방사적으로 위치하고 있고, 상기 연소블럭의 연소실중앙축을향해 각을 이루고 있으면서 상기 연소블럭의 뒷부분으로부터 연소실쪽으로 상기 연소블럭을 관통하는 여러개의 좁은 채널로 이루어진 장치.
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