KR19990062679A

KR19990062679A - 산소 연료 버너

Info

Publication number: KR19990062679A
Application number: KR1019980052160A
Authority: KR
Inventors: 스테판 아르누; 도미니끄 로빌라르
Original assignee: 쉬에르 피에르; 레르 리뀌드, 소시에떼 아노님 뿌르 레뛰드 에 렉스쁠로와따시옹 데 프로세데 죠르쥬 끌로드
Priority date: 1997-12-02
Filing date: 1998-12-01
Publication date: 1999-07-26
Also published as: US6416317B1; JPH11223314A; FR2771798B1; CA2254191A1; EP0921350A1; CN1228520A; PL330031A1; FR2771798A1; TW422920B

Abstract

산소 연료 버너는 적어도 하나 이상의 연료 공급관(16)과, 산소 농후 가스를 공급하기 위한 적어도 하나 이상의 산소 공급관(18)을 포함하며, 상기 공급관들의 배출부는 거의 동일한 방향으로 향하며, 상기 버너는 로의 벽을 관통하여 장착되어 상기 공급관들이 로 내부로 향하도록 되어 있다. 상기 버너는 화염에 작용하도록 제공되는 적어도 하나 이상의 부속 기구(50,60)를 구비하며, 그리고 상기 부속 기구(50,60)는 연료 가스와 산소 농후 가스가 만나게 되는 영역의 상류인 버너 상에 배치된다.

Description

산소 연료 버너

본 발명은 적어도 하나 이상의 연료 공급관과, 산소 농후 가스(oxygen-rich gas)를 공급하기 위한 적어도 하나 이상의 산소 공급관을 포함하는 형태의 산소 연료 버너(oxy-fuel burner)에 관한 것으로, 상기 공급관들의 배출부는 거의 동일한 방향으로 향하며, 상기 버너는 로의 벽을 관통하여 장착되어 상기 공급관들이 로 내부로 향하도록 되어 있다.

이러한 버너는 특히 에나멜 혹은 알루미늄을 용융시키기 위한 로에 사용된다. 상기 버너는 구멍이 뚫려 있는 연와(brick)를 지나 로의 벽을 관통하여 배치되는데, 이러한 연와를 쿼럴(quarl; 유리 제조 가마에서 유리를 받아내는 구멍)이라고 칭한다. 연료 공급관의 배출단과 산소 농후 가스 공급관의 배출단은 쿼럴의 통로 내부로 들어가게 된다. 상기 통로는 로 속으로 발산하는 형상을 지닌다. 화염의 근원은 연료와 산소 농후 가스가 만나 혼합되는 영역인 쿼럴 내부에 위치한다.

밀폐체 내부의 온도가 연료의 자발 점화 온도 보다 낮게 되어 있는 밀폐체에서 버너를 점화시키기 위해, 버너 점화 장치를 사용할 필요가 있다. 따라서, 이러한 점화 장치를 대개 로의 벽에 설치된다. 연료와 산소 농후 가스가 만나는 영역에 인접하게 상기 점화 장치를 배치시키기 위해, 일반적으로 점화 장치는 쿼럴에 형성된 덕트에 배치되어 이 덕트를 관통하는 통로 내부로 들어가게 된다.

이와 유사하게, 버너의 배출부에 생성되는 화염을 검사하기 위해 화염 체류 영역 근처에는 통상 자외선 방사를 감지하는 수단이 설치된다. 이러한 수단은, 예컨대 자외선 방사 감지용 셀(cell)을 포함한다. 이 셀은 쿼럴에 형성된 덕트에 내장되어 이 덕트의 통로 내부로 들어가게 된다.

쿼럴은 내화물로 구성된다. 쿼럴을 통과하는 통로 내부로 들어가는 덕트는 쿼럴의 구조적 강도를 취약하게 만든다. 추가적으로, 이러한 덕트는 발산하는 통로 내측으로 유동하는 가스 스트림(stream)의 유동 특성을 저하시키는 원인을 제공하게 된다.

본 발명의 목적은 쿼럴의 기계적 강도와 이 쿼럴을 통과하는 가스의 유동 특성을 저하시키지 않고 점화 장치 혹은 화염 분석 장치 등의 부속 장치가 구비되어 있는 버너를 제공함으로써 전술한 문제점을 해결하는 데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 산소 연료 버너는

화염에 작용하도록 제공되는 적어도 하나 이상의 부속 기구를 구비하며, 그리고 상기 부속 기구는 연료 가스와 산소 농후 가스가 만나게 되는 영역의 상류인 버너 상에 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 양호한 실시예에 따른 버너는 이하의 특징들 중 하나 이상을 포함한다.

상기 버너는 로 내부를 향해 개방되고 상기 공급관들이 내장되어 있는 본체와, 산소 농후 가스를 공급하기 위해 공급원에 연결된 적어도 하나 이상의 탭을 포함하며, 따라서 상기 본체는 산소 농후 가스 공급관을 형성하며, 상기 본체는 상기 연료 공급관들 혹은 이들 각각에 의해 관통되며, 그리고 상기 부속 기구들 혹은 이들 각각은 본체에 고정되어 산소 농후 가스가 버너로 공급될 때 산소 농후 가스의 유동에 의해 휩쓸리게 되는 것을 특징으로 한다.

상기 본체를 통과하는 상기 연료 공급관들 혹은 이들 각각은 본체에 분리 가능하게 장착되는 것을 특징으로 한다.

상기 부속 기구들 혹은 이들 각각은 주요 작동 축들을 구비하며, 상기 주요 축들 혹은 이들 각각은 상기 공급관들의 상기 배출부 방향에 대해 0 내지 45°의 각도, 바람직하게 0 내지 20°의 각도를 이루는 것을 특징으로 한다.

상기 부속 기구들 혹은 이들 각각은 화염 체류 영역에서 작용하도록 향하게 되는 것을 특징으로 한다.

상기 부속 기구들 혹은 이들 각각은 화염을 점화시키는 점화 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 점화 장치는 점화 화염을 공급하기 위한 공급관을 구비하며, 상기 공급관은 연료가 산소 농후 가스와 만나게 되는 영역에서 2 내지 10cm 상류에 배치된 배출단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 부속 기구들 중 하나는 윈도우를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 부속 기구들 중 하나는 화염을 분석하기 위한 분석 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.

화염을 분석하기 위한 상기 분석 장치는 화염에 의해 생성된 자외선 영역의 광도를 측정하기 위한 셀을 포함하며, 상기 셀은 버너의 이상 작동 상태를 추정하기 위해 측정된 광도와 적어도 2개 이상의 미리 정해진 임계값과 비교하는 수단에 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명이 목적 및 장점은 첨부된 도면을 참조로 후술되는 상세한 설명을 고려하면 당업자들에게는 명확해 질 것이다.

도 1은 유리 제조용 로의 쿼럴에 끼워진 본 발명에 따른 버너의 종단면도이며,

도 2는 도 1에 도시된 버너의 선 Ⅱ-Ⅱ 를 따라 취한 단면도이며,

도 3 및 도 4는 도 5의 선 Ⅲ-Ⅲ 및 Ⅳ-Ⅳ를 따라 각각 절취한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 버너의 종단면도이며,

도 5는 도 3의 선 Ⅴ-Ⅴ를 따라 절취한 도 3 및 도 4에 도시된 버너의 단면도이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

14 : 본체

16 : 연료 공급관

18 : 산소 공급관

20 : 셸

28,30 : 챔버

34,36 : 탭

50 : 점화 장치

52 : 연료 혼합물 공급관

도 1에는 유리 제조용 로의 쿼럴(12)에 끼워진 산소 연료 버너(10)가 도시되어 있다.

이 버너(10)는 연료 가스를 쿼럴(12)로 공급하기 위한 3개의 연료 공급관(16)들이 구비되어 있는 본체(14)를 포함한다. 순수 산소를 쿼럴로 공급하기 위한 산소 공급관(18)은 상기 본체(14)에 의해 경계가 정해진다.

본체(14)는 축 X-X를 중심으로 거의 원통형을 갖는 케이싱 혹은 셸(20)을 포함한다. 이 셸의 후방 단부는 구형의 캡 형태의 단부벽(22)에 의해 폐쇄되어 있다. 셸(20)의 전방 단부는 완전히 개방되어 개구(24)를 형성하는데 이 개구는 쿼럴을 관통하는 통로(26)와 통하게 된다.

셸(20)은 횡단벽(32)으로 양분된 2개의 연속 챔버(28,30)로 구성된다. 이들 두 챔버들은 횡단벽(32)에 의해 분할된다.

상기 챔버(28)는 횡단벽(32)과 단부벽(22) 사이를 연장하는데 반해 상기 챔버(30)는 횡단벽(32)과 개구(24) 사이를 연장한다. 챔버(28)는 셸(20)의 측벽에 마련된 탭(34)으로부터 들어오는 연료 가스를 받아들인다. 탭(34)은 챔버(28) 내부로 직접 연결되고 연료 가스 공급원으로의 연결을 위한 연결 수단(도시 생략)을 포함한다.

3개의 연료 공급관(16)들은 동일한 길이로 이루어지고, 또 서로 평행하게 연장하면서 옆에서 보았을 때 정삼각형 모양으로 배치된 3개의 튜브들로 이루어져 있다. 이러한 3개의 연료 공급관들은 횡단벽(32)을 통해 연료 가스 챔버(28)와 통하게 되어 있다. 이들 튜브들은 본체(14)의 축에 평행하게 연장하여 챔버(30)를 관통하게 된다.

3개의 연료 공급관(16)의 단부들은 본체(14)로부터 돌출하며 쿼럴의 통로(26)를 향해 축방향으로 들어가게 된다.

챔버(30)는 셸(20)로 측벽을 통해 측면 탭(36)에 의해 전달된 산소 농후 가스를 받아들이도록 되어 있다. 상기 탭(36)은 챔버(30) 내부로 직접 연결되며, 산소가 풍부한 가스 즉, 공기 증류에 의해 얻어진 순수 산소의 공급원으로의 연결을 위한 연결 수단(도시 생략)을 포함한다. 본체의 원통형 측벽은 챔버(30)의 길이방향을 따라 산소 농후 가스 공급관(18)을 형성하게 되는데, 이 산소 공급관(18)은 개구(24)를 지나 쿼럴의 통로(26) 내부로 들어가게 된다.

셸(20)은 2개의 플랜지(37)와 1세트의 볼트에 의해 횡단벽(32)에서 서로 연결되어 있는 2개의 동축 부분으로 이루어진다.

쿼럴(12)은 평행 육면체의 내화 벽돌로 이루어져 있다. 통로(26)는 이것의 길이 방향으로 쿼럴과 직통한다. 상기 통로는 가스의 유동 방향의 순서대로 유입구와, 단면적이 작은 원통부(26A)를 구비하며, 이 원통부(26A)는 이보다 직경이 큰 동축의 원통부(26B)에 의해 배출구측으로 연장한다. 이러한 2개의 원통부(26A,26B)들은 가스의 유동 방향으로 통로의 직경이 점진적으로 증가하는 발산 부분(26C)에 의해 서로 연결된다.

유입구 측의 원통부(26A)는 셸(20) 측벽의 외경 보다 약간 큰 직경의 대향 구멍(26D)을 포함한다.

더욱이, 쿼럴의 외측면에는 내화 벽돌에 파묻힌 4개의 고정 핀(40)을 구비하는데, 이 핀의 돌출 단부에는 나사부가 형성되어 있다.

버너를 쿼럴에 고정시키기 위해 셸(20)의 외측면은 고정 핀(40)의 나사부를 수납하기 위한 구멍이 마련되어 있는 플랜지(42)를 구비하므로, 4개의 너트(44)를 사용하여 버너를 쿼럴에 확실히 고정시키게 된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 3개의 연료 공급관(16)의 배출구 단부는 대략 발산 부분(26C) 내에 위치하게 된다.

본 발명에 따르면, 본체는 화염에 작용하는 2개의 부속 기구를 포함한다. 이들 기구는 산소 농후 가스와 연료 가스가 만나게 되는 영역의 상류에 배치된다.

특히, 상기 본체에는 화염을 점화시키는 장치(50)가 구비되어 있다. 이 점화 장치는 연료 혼합물을 공급하는 연료 혼합물 공급관(52)을 구비한다. 이 공급관은 버너의 축(X-X)과 평행한 축(Y-Y)을 따라 연장한다. 연료 혼합물 공급관(52)은 단부벽(22)을 횡단벽(32)에 연결시키는 직경이 큰 동축 튜브에 의해 경계가 이루어지는 터널(54)을 통과하여 챔버(28)를 직통한다.

단부벽(22)으로부터 멀어지는 쪽의 연료 혼합물 공급관(52)의 후방 단부는 이 단부로 연료 혼합물을 공급하기 위해 마련된 예비 혼합 수단(56)을 구비한다. 예비 혼합 수단은 천연 가스 혹은 프로판 등의 연료 공급원(도시 생략)으로 연결되는 커넥터(58)와 공기 유입부(59)를 구비한다.

연료 혼합물 공급관(52)의 자유단은 3개의 연료 공급관(16)의 배출단의 상류인 쿼럴에 배치된다. 이러한 연료 혼합물 공급관(52)의 자유단과 3개의 연료 공급관(16)의 배출단 사이의 길이를 축(X-X) 방향을 따라 측정할 경우 2 내지 10cm 정도가 바람직하며, 5cm 가 가장 바람직하다.

더욱이, 버너는 화염을 분석하기 위한 장치인 제2 부속 기구를 포함한다. 이 화염 분석 장치는 자외선과 일치하는 파장을 사용하여 화염의 광도를 측정하는 셀(62)을 구비한다. 이 셀은 일단부가 개방되어 있는 원통형 하우징(64)에 내장되어 있다. 이 셀은 챔버(28)를 관통하는 튜브(66)로부터 연장한다. 따라서, 튜브(66)는 한편으로는 단부벽(22)을 관통하며, 다른 한편으로는 챔버(30) 내부로 자유롭게 들어가도록 횡단벽(32)을 관통한다.

튜브(66)의 축(Z-Z)은 버너의 축(X-X)과 평행하게 연장하며, 셀(62)은 축(Z-Z)을 따라 배치된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 연료 혼합물 공급관(52)과 튜브(66)는 2개의 연료 공급관(16) 사이에서 일정 각을 유지하면서 그 사이에 개재되어 있다. 상기 도 2에서, 튜브(66)의 위치는 실제로 도 2의 평면 상에는 나타나지 않기 때문에 점선으로 도시되어 있다.

상기 하우징(64)의 후방 단부에는 셀(62)을 데이터 프로세싱 유닛(70)에 연결시키는 전선을 위해 기밀한 배출구가 마련되어 있다.

상기 데이터 프로세싱 유닛(70)은 이상을 감지하기 위해 버너의 작동을 분석할 수 있도록 설계되어 있다. 이러한 분석을 위해, 상기 유닛은 셀(62)에서 나온 신호를 디지털 신호로 전환시키는 아날로그 디지털 전환기 등을 포함한다. 이 아날로그 디지털 전환기는 마이크로프로세서 등을 구비한 논리 장치에 연결된다.

마이크로프로세서는 셀(62)에 의해 측정된 광도(I)와 적어도 2개의 미리 정해진 임계값 세트와 비교하여 버너의 이상 작동 상태를 추정하기 위해 프로그램 되어 있다.

특히 임계값 세트는 적어도 버너의 정상적인 광도(I₀)의 약 115% 에 해당하는 제1 임계값(I₁)을 포함한다. 셀에 의해 측정된 광도가 상기 제1 임계값(I₁)을 초과할 경우, 데이터 프로세싱 유닛(70)은 도면 부호 (26B)로 표시된 위치의 상류에서 버너로 유입된 화염이 유입될 경우 그 구조가 파괴 위험성이 있다는 것을 추정하게 된다.

또한, 임계값 세트는 버너의 정상적인 광도(I₀)의 약 85% 에 해당하는 제2 임계값(I₂)을 포함한다. 셀(62)에 의해 측정된 광도가 상기 제2 임계값(I₂) 미만일 경우, 상기 제2 임계값에 의해 모든 화염의 이탈 혹은 연료 공급관(16)의 오염을 검출할 수 있게 되나.

도 1 및 도 2에 도시된 버너의 작동을 다음과 같이 이루어진다. 버너를 점화시키기 위해 먼저 점화 장치(50)가 작동한다. 이를 위해 예비 혼합 수단(56)에 연료 혼합물이 공급되기 때문에 이 혼합물은 연료 혼합물 공급관(52)의 개방단으로 유동하게 된다. 스파크가 압전기 요소(도시 생략)에 의해 연료 혼합물 공급관(52)의 개방단에서 생성되어 상기 연료 혼합물을 점화시키게 된다.

버너를 적절하게 점화시키기 위해서는 상기 연료 혼합물이 탭(34)을 통해 천연 가스(메탄을 주성분으로 함) 등의 연료 가스와 함께 공급된다. 이와 동시에, 버너에는 탭(36)을 통해 순수 산소가 공급된다.

연료 가스가 챔버(28)에 채우진 후, 이 연료 가스는 3개의 연료 공급관(16)을 통해 유동하게 된다. 산소는 챔버(30)에 채우진 다음 셸(20)의 개방단으로 직접 유동하여 쿼럴을 관통하는 통로의 단면적이 작은 원통부(26A)로 유동하게 된다.

산소와 천연 가스는 셸의 측벽에 의해 경계가 이루어지는 산소 공급관(18)의 하류와 3개의 연료 공급관(16)의 상류에 위치한 영역에서 서로 접촉하게 될 때, 연료 가스는 연료 혼합물 공급관(52)의 단부에 체류하는 화염의 작용 하에서 산소와 접촉하여 화염으로 발화된다.

따라서, 버너의 화염은 연료 가스/산소 혼합 영역을 형성하는 쿼럴의 확장 원통부(26B)에 배치된 3개의 연료 공급관(16)의 배출단에서 생성된다는 것을 알 수 있다.

그 다음, 점화 장치(50)의 작동이 정지되어 점화용 화염은 소멸하게 된다.

버너의 작동 중에, 광전자 셀(62)은 화염의 체류 영역에서 화염에 의해 생성되어 자외선과 일치하는 파장으로 방사하는 화염의 광도를 계속하여 측정하게 된다. 전술한 바와 같이, 측정된 광도는 미리 정해진 임계값(I₁),(I₂)과 비교되어 버너의 이상 작동 상태를 감지할 수 있게 된다,

전술한 부속 기구(50),(60)들은 연료 가스/산소 혼합 영역의 상류에 배치되기 때문에, 버너의 작동 중에 이들 부재들은 상기 2가지의 가스 중 단지 하나의 가스와 접촉하게 된다. 따라서, 이들 기구들은 버너의 단부에서 체류되는 화염의 열에 직접 노출되지 않는다.

따라서, 연료 혼합물 공급관(52) 혹은 셀(62)이 손상될 위험성이 줄어들게 된다.

추가적으로, 연료 혼합물 공급관(52) 혹은 화염 분석 장치의 단부는 유동하는 산소 스트림에 의해 계속적으로 휩쓸리게 된다. 따라서, 연료 혼합물 공급관 혹은 화염 분석 장치의 단부는 연속하여 냉각되기 때문에 화염에 의해 방사된 열에 손상될 위험성이 상당히 감소하게 된다.

더욱이, 종래의 점화기 혹은 화염 분석용 장치는 쿼럴에 형성된 보조 덕트에 배치되고 이 덕트를 관통하는 통로 내부로 들어가 있기 때문에, 이들 부속 기구를 연속적으로 냉각시키기 위해 이것이 내장된 덕트에 냉각 가스 스트림이 존재하여야 된다. 냉각을 위해 사용되는 가스는 통상적으로 공기이다.

이러한 냉각 스트림의 유입은 로의 정상 작동에 방해가 되며, 또 이 냉각 가스의 스트림이 공기일 경우 이 공기 중의 질소가 로 속으로 유입되는 산소와 반응하여 질소 산화물을 형성함으로써 심각한 오염을 유발시킬 수 있다.

본 발명의 버너에 따르면, 상기 부속 기구들이 공기에 의해 휩쓸리지 않기 때문에 질소 산화물의 생성을 상당히 줄일 수 있게 된다.

도 3 내지 도 5는 쿼럴(102)에 끼워진 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 버너(100)를 도시한 것이다.

쿼럴(102)은 전술한 실시예에서의 쿼럴(12)과 거의 유사하며, 서로 상이한 추가적인 특징에 대해서 설명하자면 다음과 같다.

버너(100)는 한편으로 쿼럴의 유입부로 산소 농후 가스를 공급하는 공급관에 의해 경계가 이루어지는 본체(104)와, 다른 한편으로 연료 가스를 공급하는 3개의 연료 가스 분사관(106) 세트를 포함한다.

본체(104)는 축(X-X)에 선대칭인 셸(108)에 의해 경계가 형성되며, 본체의 전방에는 쿼럴에 연결되는 원통부(110)가 마련되어 있다. 이 원통부(110)는 단부벽(114)에 가까워질수록 그 직경이 점진적으로 증가하는 원추형의 부분(112)에 의해 상류방향으로 연장한다.

산소 농후 가스 공급원(도시 생략)에 연결되는 탭(116)은 상기 원추형 부분(112)의 측벽 상에 마련되어 있다.

버너를 쿼럴에 고정시키기 위해, 연결용 원통부(110)는 도 1 및 도 2에 도시된 실시예의 플랜지(42)와 유사한 외측 플랜지(118)를 구비한다.

상기 단부벽(114)을 관통하는 튜브(120)는 축(X-X)에 평행하게 셸(108)의 외측으로만 연장한다. 이 튜브(120)는 3개의 분사관(106)을 지지하기 위해 사용된다.

이 튜브의 자유단은 3개의 분사관(106)을 수반하는 단부 끼워맞춤부(124)를 수납하기 위해 마련된 플랜지(122)를 구비한다. 연료 가스 공급원(도시 생략)에 연결되는 파이프(126)는 상기 단부 끼워맞춤부(124)로부터 연장한다. 이 단부 끼워맞춤부(124)는 제거 가능한 구속용 링(128)에 의해 플랜지(122)에 연결된다.

이 구속용 링(128)은 튜브(120)와 단부 끼워맞춤부(124) 사이를 밀봉된 상태로 연결시킨다. 추가적으로, 이 링은 버너의 축(X-X)과 평행한 방향을 따라 분사관(106)을 기계적으로 구속시키는 역할을 한다.

더욱이 도 3에 도시된 바와 같이, 화염 분석 장치(130)는 후방 단부벽(114) 상에 장착된다. 이 장치는 본체(104) 내부로 들어가는 연결관(132)을 포함한다. 이 연결관(132)의 자유단에는 밀봉 하우징(134)이 설치되어 있는데, 이 하우징에 자외선의 파장 범위인 광도를 측정하기 위한 셀(136)이 설치되어 있다. 이 셀은 연결관(132)의 축(Y-Y)을 따라 배열된다. 축(Y-Y)은 버너의 축(X-X)에 대해 7.5°의 각도를 형성한다. 셀(136)은 데이터 프로세싱 유닛(70)과 유사한 데이터 프로세싱 유닛에 연결된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 축(Y-Y)은 분사관(106)의 배출구가 놓인 평면상에서, 즉 화염 구속 영역에서 대략 버너의 축(X-X)과 만나게 된다.

셀(136)의 시야를 방해하지 않기 위해 쿼럴(102)의 단면적이 작은 제1 부분은 쿼럴의 통로에 형성된 종방향 홈부를 형성하고 측방향으로 발산하는 부분(138)을 포함한다.

또한, 버너는 점화 장치(140)를 포함한다. 이 점화 장치는 도 4에 도시된 바와 같이 단부벽(114)에 고정된다. 이를 위해 단부벽은 지지관(144)에 의해 외측으로 연장하는 원형 개구(142)를 구비한다. 이 지지관은 셸(108)의 내부로 들어가게 된다. 지지관(144)의 축(Z-Z)은 분사관(106) 세트의 축(X-X)에 대해 약 5°의 각을 유지하게 된다.

예비 혼합 수단(146)의 일단부는 연료 혼합물 공급원(도시 생략)으로의 연결을 위해 지지관(144)의 자유단에 배치된 커넥터를 포함한다. 지지관(144) 내측에 고정된 튜브(148)는 예비 혼합 수단(146)의 타단부로부터 셸(108)을 관통하여 연장한다. 튜브(148)의 자유단은 분사관(106)의 배출부가 놓인 평면 보다 상류방향으로 롤 입구 내부로 들어가게 된다. 특히, 튜브(148)의 단부와 분사관(106)의 단부 사이의 간격은 대략 5cm 이다.

상기 튜브(148)가 쿼럴의 직경이 작은 부분으로 통과할 수 있도록 이 부분에는 상기 제1 발산 부분(138)과 일정 각도로 오프셋 된 제2 발산 부분(150)을 구비한다.

끝으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 단부벽(114)은 이곳에 밀봉되게 고정된 투명한 디스크 모양의 윈도우(152)를 구비한다. 이 윈도우는 버너 내부를 관찰할 수 있게 해주며, 특히 버너의 작동 중 화염을 볼 수 있게 해준다.

전술한 제2 실시예에 따라 제공된 부속 기구의 구조에 있어서, 이들 부속 기구는 버너에 의해 생성된 화염으로부터 방사되는 열로부터 보호되는데, 그 이유는 이들 기구들이 연료 가스가 산소 농후 가스와 혼합되는 영역의 상류에 배치되기 때문이다. 추가적으로, 이전의 실시예와 마찬가지로 3개의 부속 기구들은 산소 농후 가스의 스트림에 의해 휩쓸리기 때문에 계속적으로 냉각된다.

상기 실시예에 따르면, 연료 가스 분사관(106)의 세트는 튜브(120)의 단부에 분리 가능하게 장착된다. 따라서, 분사관(106)의 교체가 용이해지고, 또 본체(104)에 직접 수반되어 있는 부속 기구를 제거할 필요 없이 이 부재들의 유지 관리를 용이하게 행할 수 있게 된다.

실제로, 분사관(106)의 제거는 단지 구속용 링(128)을 풀고 이 분사관을 지지하고 있는 단부 끼워맞춤부(124)를 구속용 링으로부터 끄집어냄으로써 이루어진다.

전술한 두 실시예에 있어서, 연료 가스 혼합물과 산소 농후 가스의 혼합이 일어나는 영역의 후방에 점화 장치를 배치함으로써, 버너에 사용되는 연료에 무관하게 분사관의 단부에서 화염을 양호한 형태로 유지할 수 있게 된다. 그 이유는 분사관의 배출부 바로 앞에서 일어날 수 있게 해주기 때문이다.

한편, 점화 장치가 쿼럴로 들어가게 되어 있는 종래의 점화 장치에 있어서, 혼합물은 분사관의 배출부로부터 소정 거리 만큼 떨어져 쿼럴 내에서 점화하기 때문에 연료는 화염을 양호한 형태로 유지하기 위해 연료의 유동 방향의 역방향으로 점진적으로 연소되어야만 한다. 이러한 연소 방향의 진행은 특히 연료가 액체이고 연료의 유량이 높을 때 항시 만족할 만한 수준으로 일어나는 것은 아니다.

물론, 부속 기구를 양호하게 계속 보호 유지시켜서 단지 연료와 접촉시킨 상태에서, 연료 및 산소 농후 가스 유입부를 바꿔 설치할 수 있다.

자외선 방사의 광도가 버너의 출력에 따라 변하지 않기 때문에, 예상과는 달리 화염은 그 광도를 한 번 측정함으로써 분석될 수 있다. 따라서, 버너 내의 연료 가스 및 산소 농후 가스의 유량에 상관없이 화염 체류 영역에서 측정된 광도는 실질적으로 일정하게 유지된다.

이러한 현상을 설명하기 위해 고려할 수 있는 전제 조건은, 연료 공급관의 연료 분사면 바로 하류방향에 위치한 혼합 영역이 연료 가스의 유량에 무관하게 자외선으로 충만되는 것으로 가정하는 것이다. 따라서, 측정 장치를 분사 영역의 상류에 위치시켜 분사관의 배출부 바로 앞의 혼합 영역, 즉 화염 체류 영역을 관찰할 수 있게 함으로써, 버너에 의해 공급된 열 동력에 무관한 광도의 측정이 가능해지도록 해주기 때문에, 따라서 신호의 간단한 분석을 행하여 그 분석으로부터 버너의 이상 작동 상태를 추정할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 버너는 점화 장치 혹은 화염 분석 장치 등의 부속 장치를 연료 가스와 산소 농후 가스가 만나게 되는 영역의 상류에 배치함으로써 쿼럴의 기계적 강도와 이 쿼럴을 통과하는 가스의 유동 특성이 저하되는 것을 막을 수 있는 효과를 발휘한다.

Claims

적어도 하나 이상의 연료 공급관(16;106)과, 산소 농후 가스를 공급하기 위해 적어도 하나 이상의 산소 공급관(18,108)을 포함하는 산소 연료 버너로서, 상기 공급관들의 배출부는 거의 동일한 방향(X-X)으로 향하며, 상기 버너는 로의 벽을 관통하여 장착되어 상기 공급관들이 로 내부로 향하도록 되어 있는 산소 연료 버너에 있어서,

화염에 작용하도록 제공되는 적어도 하나 이상의 부속 기구(50,60; 130,140,152)를 구비하며, 그리고 상기 부속 기구(50,60;130,140,152)는 연료 가스와 산소 농후 가스가 만나게 되는 영역의 상류인 버너 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 산소 연료 버너.
제1항에 있어서, 상기 버너는 로 내부를 향해 개방되고 상기 공급관들이 내장되어 있는 본체(14,104)와, 산소 농후 가스를 공급하기 위해 공급원에 연결된 적어도 하나 이상의 탭(36;116)을 포함하며, 상기 본체는 상기 산소 농후 가스 공급관(18)을 형성하며, 상기 본체는 상기 연료 공급관(16;106)들 혹은 이들 각각에 의해 관통되며, 그리고 상기 부속 기구(50,60;130,140,152)들 혹은 이들 각각은 본체에 고정되어 산소 농후 가스가 버너로 공급될 때 산소 농후 가스의 유동에 의해 휩쓸리게 되는 것을 특징으로 하는 산소 연료 버너.
제2항에 있어서, 상기 본체(104)를 통과하는 상기 연료 공급관(106)들 혹은 이들 각각은 상기 본체에 분리 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 산소 연료 버너.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부속 기구(50,60; 130,140,152)들 혹은 이들 각각은 주요 작동 축(Y-Y, Z-Z)들을 구비하며, 상기 주요 축들 혹은 이들 각각은 상기 공급관(16,18;106,108)들의 상기 배출부 방향(X-X)에 대해 0 내지 45°의 각도, 바람직하게 0 내지 20°의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 산소 연료 버너.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부속 기구들 혹은 이들 각각은 화염 체류 영역에서 작용하도록 향하게 되는 것을 특징으로 하는 산소 연료 버너.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부속 기구들 혹은 이들 각각은 화염을 점화시키는 점화 장치(50,140)를 구비하는 것을 특징으로 하는 산소 연료 버너.
제6항에 있어서, 상기 점화 장치는 점화하는 화염을 공급하기 위한 공급관(52;148)을 구비하며, 상기 공급관(52;148)은 연료가 산소 농후 가스와 만나게 되는 영역의 2 내지 10cm 상류에 배치된 배출단을 구비하는 것을 특징으로 하는 산소 연료 버너.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부속 기구들 중 하나는 윈도우(152)를 구비하는 것을 특징으로 하는 산소 연료 버너.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부속 기구들 중 하나는 화염을 분석하기 위한 분석 장치(60;130)를 구비하는 것을 특징으로 하는 산소 연료 버너.
제9항에 있어서, 화염을 분석하기 위한 상기 분석 장치(60;130)는 화염에 의해 생성된 자외선 영역의 광도를 측정하기 위한 셀(62;136)을 포함하며, 상기 셀(62;136)은 버너의 이상 작동 상태를 추정하기 위해 상기 측정된 광도와 적어도 2개 이상의 미리 정해진 임계값(I₁,I₂)과 비교하는 수단(70)에 연결되는 것을 특징으로 하는 산소 연료 버너.