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KR950007389B1 - 후혼합버너용 점화장치 및 방법 - Google Patents

후혼합버너용 점화장치 및 방법 Download PDF

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KR950007389B1
KR950007389B1 KR1019890018120A KR890018120A KR950007389B1 KR 950007389 B1 KR950007389 B1 KR 950007389B1 KR 1019890018120 A KR1019890018120 A KR 1019890018120A KR 890018120 A KR890018120 A KR 890018120A KR 950007389 B1 KR950007389 B1 KR 950007389B1
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Abstract

내용 없음.

Description

후혼합버너용 점화장치 및 방법
제1도는 주산화체(main oxidant)가 중앙통로를 통해 연소구역에 제공되고 연료를 중앙통로둘레에, 중앙통로를 따라서 동심으로 배향된 통로를 통해서 연소구역에 제공되는 본 발명의 후혼합버너의 한 구현예의 단면도.
제2도는 연료가 중앙통로를 통해 연소구역에 제공되고, 주산하체가 중앙통로 둘레에, 중앙통로를 따라서 동심으로 배향된 통로를 통해서 연소구역에 제공되는 본 발명의 혼합버너의 또 한의 구현예의 단면도.
제3도는 본 발명의 후혼합버너에서 유용한 점화기의 한 구현예의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 후혼합버너 2 : 중앙주산화체통로
3 : 연료통로 4 : 연소통로
5 : 로벽의 테두리 6 : 로벽
7 : 점화기 9 : 전극
본 발명은 후혼합버너에 관한 것으로서 보다 상세하게는 후혼합버너용 점화장치에 관한 것이다.
후혼합버너는 연료 및 산화체(oxidant)가 분리된 통로를 통해서 연료 및 산화체가 혼합 및 연소되는 로 또는 다른 연소구역과 같은 버너밖의 지점으로 전달되는 버너이다.
후혼합버너의 사용시 문제점은 신뢰성있는 점화장치의 작동에 있다. 왜냐하면, 후혼합버너작동시 연소성 혼합물은 버너내부가 아니라 연소구역에서 형성되기 때문데 점화장치는 연소구역내 또는 연소구역부근에 있어야만하고 , 따라서 점호장치를 연소구역의 가혹한 환경에 노출시키게 된다. 이것은 특히, 산소버너가 전형적으로 로의 복사열로부터 일부보호를 제공하는 버너블록을 사용할 수 없어서 산소를 산화체로서 사용하는 경우에 그렇다.
점화장치가 연소구역에 근접하기때문에 생기는 고열로 인한 신뢰성 감소 문제 이외에도 후혼합버너 점화장치의 경우에 직면하는 또 하나의 문제점은 절충 작동을 일으키는 점화장치의 능률저하이다.
일반적으로, 점화장치는 적절한 작동을 위해 청결하게 유지되어야만 하는 전기적 표면을 갖는 어떤 형태의 방전 또는 스파이크 발생장치로 이루어진다. 점화장치를 로 구역에 근접시킴으로써, 이러한 전기적 표면은 청결하고 손상되지 않게 유지시키는데 어려움을 일으키는 부식성 산화분위기에 노출되게 된다.
게다가, 연료내의 불순물은 점화장치의 작동을 방해할 수도 있다. 이러한 불순물로는 전기적 표면의 부식을 일으키고 전극을 접지시킬 수 있는 수분 및 전기적 표면을 더럽히는 본래 연료내에 있거나 또는 불완전 연소에 의한 미립자들이 있다. 이러한 불순물은 스파이크 발생을 감소시키거나 또는 전체적으로 정지되게 하여 점화장치의 시간낭비 및 고가의 청결 또는 점화장치의 대체를 필요하게 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 연소구역내이거나, 연소구역 가까이에 있을 필요가 없고 또한 그외에 종래 점화장치보다 우수하게 작동-절충 오염물없이 유지할 수 있는 점화장치를 갖는 혼합버너를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 하나의 목적은 종래의 후혼합버너 점화장치보다 높은 신뢰성을 갖는 후혼합버너를 점화시키는 방법을 제공하는데 있다.
본 분야의 통상의 기술을 가진자가 본 명세서를 숙지함으로써 명백하게 될 상기의 목적 및 기타의 목적은 본 발명에 의해 이루어질 것이며, 본 발명의 한 태양은 다음과 같이 구성된 후혼합버너이다.
후혼합버너는 ; (A) 주산화체를 연소구역에 공급하기 위한 배출단부를 갖는 주산화체통로 ; (B) 연료를 주산화체로부터 분리하여 연소구역에 공급하기 위한 배출 단부를 갖는 연료통로 ; (C) 공기의 산소농도 이상의 산소농도를 가진 산화체 공급원돠 유동연통하는 관 및 관내부에 위치한 전극으로 구성된 것으로서, 연료통로내부에 위치하고 연료통로의 배출단부로부터 오목하게 들어가서 위한 점화기로 이루어진다.
본 발명의 혼합물을 점화하는 방법은 ; (A) 주산화체를 주산화체통로의 배출단부로부터 연소구역으로 들여보내는 단계 ; (B) 연소구역에서 연소성 혼합물을 형성하도록 연료를 연료통로의 배출단부로부터의 연소구역으로, 주산화체와 분리하여 들여보내는 단계 ; (C)공기의 산소농도 이상의 산소농도를 갖는 점화기산화체를 전극을 함유하는 관을 거쳐서, 연료통로의 배출단부로부터 음푹들어간 지점의 연료통로 안으로 들여보내는 단계 ; (D)전극으로부터의 스파이크를 발생시켜, 연료와 점화기 산화체를 연료통로내에서 연소시키는 단계 및 (E) 연소하는 연료 및 점화기 산화체를 연료통로로부터 연소구역으로 들여보내서 연소성 혼합물을 점화시키는 단계로 이루어진다.
본 명세서에서 사용하는 용어 ″전극″이라 함은 스테인레스 강, 황동, 또는 텅스텐과 같은 어떤 도전성재료를 의미한다. 이 전극은 전위공급원(electric potential source)으로 부터 통상 떨어져 있는 특정지점에서 전기에너지의 방전을 가능케 한다.
본 발명에 의해 연료 및 산화체가 분리된 통로를 통해 연소구역에 제공되는 후혼합버너 구조를 실용화 할 수 있다. 본 발명은 연료 및 산화체가 동심통로들을 통해 연소영역에 제공되는 하나의 이러한 구조를 예시하는 도면들을 참고하여 상세히 설명될 것이다. 다른 구조는 예를들면 연료 및 산화체를 나란한 통로들을 통해 연소구역으로 공급하는 것이다.
제1도에서, 후혼합버너(1)는 산화체의 공급원(도시되지 아니함)과 유동연통하는 중앙주산화체 통로(2)및 연료 공급원(도시되지 아니함) 과 유동 연통하는 동심연료통로(3)로 이루어진다. 주산화체는 적어도 99.5%의 산소농도를 갖는 기술적으로 순수한 산소인 공기이거나, 또는 21% 이상의 산소농도를 갖는 산소부화공기일 수 있다. 바람직한 염료는 천연가스, 메탄, 코우크스로가스, 수소, 프로판,일산화탄소및 용관로 가스를 포함하는 가스형 연료이다.
연료 및 산화체는 각 개개의 통로의 배출단부를 통해 분리되어 연소구역(4)으로 전달되어 연소구역(4)내에서 연소성 혼합물을 형성한다. 연료및 산화체는 연소구역으로 흘러들어가서 고 연소조건에서는 1.0 내지 25.0 × 106BTU/HR범이내의 연소률의 효율을 나타내고, 저연소조건에서는 0.25 내지 1.0×106BTU/HR범위내의 연소률을 초래할 것이다. 제1도에 예시된 대로, 연료 및 산화체 통로는 연소구역을 한정하는 로벽(6)의 테두리(5)와 동일면에 있는 배출 단부를 가질 수도 있다. 즉, 두 배출단부는 동일평면에 있다. 대안적으로, 배출단부중의 하나 또는 테두리(5)에 의해 형성된 평면으로부터 움푹들어갈 수도 있다.
연료통로의 배출단부는 어떠한 노즐 또는 연료통로로부터 연소구역으로의 유체흐름에 대한 장애물을 포함하지 않는 것이 바람직하다. 왜냐하면 노즐은 점화기로부터의 점화화염이 연소구역으로 나아가는것을 방해할 수 있어서, 노즐이 막히어 폭발성 혼합물이 연료통로내에 형성된 만들 수 있기 때문이다.
본 발명의 버너는, 연료통로의 배출단부가 연료통로의 부출단부로부터 바람직하게는 적어도 약 4인치에서 최대 12이치(10.160-30.48㎝)만큼 오목들어 들어가게 하기 위하여 연료통로내의 위치한 점화기(7)로 특징지어진다. 점화기는 산화체 공급원(도시되지 아니함)과 유동연락되는 관(8) 및 관(8)내에 위치한 전극(9)으로 구성된다. 제1도의 구현예에서 점화기(7)는, 관(8)을 관통하여 흐르는 점화기 산화체가, 연료가 배출단부쪽으로 연료통로내로 흐르는, 방향에 대해 비스듬히 연료통로를 흐르게 하도록 연료흐름에 비스듬히 연료통로(3)의 측벽을 통과한다. 점화기가 비스듬하게 설치될 때는 최대 45o바람직하게는 연료통로의 5o내지 15o의 범위내에서 기울어져 있다. 점화기는 제3도를 참고하여 더 상세히 설명될 것이다.
제3도를 설명하면 다음과 같다. 점화기(20)는 산화체 공급원(도시되지 아니함)과 유동연통(22)되는 관(21)으로 구성된다. 점화기 산화체는 공기의 산소농도 이상의 산소농도를 가져야만 한다. 공기가 점화기 산화체로서 사용된다면, 점화기 화염은 단지 극히 낮은 유속에서만 안정화되고, 게다가 화염이 매우 짧기 때문에 점화기가 연료통로 배출단부에 매우 가깝거나 또는 연료통로 배출 단부에 평탄해야 할 필요가 있다. 게다가, 압축공기공급원은 점화기 악화 및 오동작을 촉진시킬 수분 또는 오일 불순물을 함요할 수도있다. 점화기 산소체의 산소동작을 클수록, 점화기를 더욱더 연료통로배출단부로부터 오목하게 할 수 있고, 그래서 점화기 산화체공급원은 주산화체 공급원과 동일해도 된다. 전형적인 산화체 공급원은 산소저장탱크를 포함하거나, 더 큰 유속이 필요한 경우에는 공기분리장치를 포함한다.
일반적으로, 점화기를 통과한 산화체는 8 내지 50ft3/hr(cfh)의 범위내의 유속을 나타낼것이다. 이 유속은 대개 낮은 연소작동시에 주산화체 유속의 0.8 내지 5.0%의 범위내에 있다. 바람직하게 관(21)은 스테인레스강 또는 인코넬과 같은 금속으로 되어 있다.
관(21)내에는, 관(21)의 종방향을 따라 뻗어있고 전극(23)의 점화단부(24)가 관(21)의 배출단부(25)와 평탄하거나 제3도에 예시된대로 관(21)의 배출단부(25)로부터 오목하게 될 수 있는 전극(23)이 놓여있다. 오목하다면, 대개 3/8 내지 1인치 (0.95-2.54㎝)의 범위내에서 오목하다. 전극(23)은 제3도에서 예시된 절연플러그 (26)와 같은 적절한 수단에 의해 관(21)내에서 적소에 유지된다. 전극(23)은 점화단부 (24)에서 점화가 발생하기에 충분한 전위공급원(27)(도시되지 않음)에 연결된다. 변압기는 바람직하게는 전위공급원으로서 사용된다. 변압기는 규정전위(120볼트)를 예를들면 6000볼트로 승압시킨다. 그리고 나서 이 전압은 가용성 점화선에 의해 전극단부 (27)에 전달된다. 전위 공급원의 다른예에는 용량성 방전, 피에조 전기요소 및 정적충전 발전기 등이 있다.
점화기는 점화단부(24)에서 발생되는 것이 바람직하다. 제3도에는 이를 이룩하는 한 방법이 예시되어있다. 여기서 전극(23)은 점화단부(24)근처부분 이외에는 전체길이에 걸쳐서 폴리테트라 플루오로에틸렌 절연물로 피복되고, 또한 비절연길이부 근처의 전극(23)의 일부는 세라믹절연물(28)로 절연되어 있다. 전극은 또한 비절연될 수도 있고, 전극과 점화기관사이의 공기간극은 전극팁 이외에서 점화하는 것을 억제하는 역할을 한다. 전극팁에서의 점화는 예를들면 스파아크단부(24)를 관(21)쪽으로 구부림으로써 이루어진다. 이렇게 하여, 스파아크는 전극(23)에서 관(21)까지 최단거리에서, 즉 점화단부(24)에서 아아크한다.
작동시, 공급원(22)로부터의 점화기 산화체는 관(21)으로 형성된 통로(29), 배출단부(25)를 통과하여, 연료통로의 배출단부로부터, 상류점에 있는 즉 오목하게 파인 연료통로로 전달된다. 이것은 배출단부(25)근처에 연소성 혼합물의 형성을 일으킨다. 전위가 전극(23)에 인가되어, 스파아크가 스파아크단부(24)에서 형성되게 한다. 점화기 관을 통과해 흐르는 점화기 산화체는 스파아크를 전화기의 팁으로 밀어내어 배출단부(25) 근처의 연소성 혼합물을 점화시킨다. 그리고, 연소성 연료 및 점화기 산화체는 연료통로에서의 유동연료의 작용에 의해 연소구역으로 흘러들어가 연소성 혼합물을 점화시키는 역활을 한다. 후혼합버너가 일단 점화되면, 산화체의 점화기로의 흐름 및 전이 공급이 중지되고 연료통로내부에서의 연소가 멈춘다.
제2도는 본 발명의 버너의또다른 구현예를 나타낸다. 이제 제2도를 설명하면 다음과 같다. 후혼합버너(40)는 연료공급원(도시되지 아니함)과 유동연통하는 중앙연료통로(41) 및 산화체 공급원(도시되지 아니함)과 유동 연통하는 동심주산화체통로(42)로 이루어진다. 연료 및 산화체는 로벽(45)의 테두리(44)와 평탄한 각 통로의 배출단부를 통해 연소구역(43)으로 분리되어 흘러들어, 연소구역(43)내에서 연소성 혼합물을 형성한다. 점화기(46)는 연료통로(41)의 배출단부가 연료통로의 배출단부로부터 오목해지도록 연료통로(41)의 내벽근처에, 또한 그 내벽의 축방향을 따라서 위치하게 되고, 점화기 산화체를 배출단부의 방향과 동일한 방향에 있는 흐르는 연료쪽으로 배출한다. 연료통로의 내벽근처에 있는 점화기의 위치선정은 연료관배출부에서 부가적인 난류를 일으키는데 도움을 주어, 증가된 버너점화를 얻는다. 점화기(46)는 제3도를 참고한 설명에 따라 작동하므로 반복하여 기술하지 않는다.
본 발명의 후혼합버너 및 점화방법은 상기에 설명된 종래의 후혼합버너 점화장치의 문제점을 찾아내어, 극복하는 역할을 한다. 첫째, 점화기는 연료통로 배출구로부터 오목해져 있어서 연소구역 및 그 구역에의 고온 및 부식산화성 조건수반물로부터 아주 멀리떨어져 위치한다. 공간이 알맞게 떨어진 이 위치 선정에도 불구하고, 점화화염이 연소구역으로 부터 알맞게 떨어져 형성되지만, 점화화염은 연료의 흐르는 작용및 점화기 산화체의 흐르는 작용에 의해 연소구역으로 또한, 연소구역안으로 흐르게 되기 때문에 점화장치가 신뢰할 수 있는 점화를 제공한다.
둘째로는, 스파아크 단부둘레와 같은 점화기내 전기적 표면상의 점화기 산화체의 흐름, 특히 점화기관내에서 오목들어간 전극과 결합한 점화기 산화체의 흐름은 전기적 표면을 수분, 미립자 및 탄소와 같은 오염물없이 청결하게 유지시키는 역할을 한다. 이렇게 하여, 수분은 전기적 표면상에 형성되지 않아서, 부식을 없애고 전극이 단락되지 않게 된다. 미립자 탄소가 전극면상에 생기지 않아서 훼손되지 않게 된다. 대신에 이들 불순물은 흐르는 점화기 산화체의 작용에 의해 표면으로 부터 휩쓸어 가게 되고 연소구역으로 휩쓸어들게 된다.
본 발명의 후-혼합버너 및 점화방법을 일부의 구현예를 참고하여 상세히 ; 설명하였지만, 본 분야에 통상의 지식을 가진자는 청구범위의 사상 및 영역내에서 본 발명의 다른 구현예가 있을수도 있다는 것을 이해하게 될 것이다.

Claims (21)

  1. (A) 주산화체를 연소구역에 공급하기 위해 배출단부를 갖는 주산화체통로 ; (B) 연료를 주산화체로부터 분리하여, 연소구역으로 공급하기 위한 배출단부를 갖는 연료통로 및 (C) 공기의 산소농도 이상의 산소농도를 가진 산화체 공급원과 유동연통하는 관 및 관내부에 위치한 전극으로 구성되며, 연료통로내부에 위치하고, 연료통로의 배출단부로부터 오목하게 들어간 곳에 위치한 점화기로 이루어짐을 특징으로 하는 후혼합버너.
  2. 제 1 항에 있어서, 주산화체통로는 중앙통로이고, 연료통로는 주산화체통로의 주위를 따라서 동심으로 배향된 것임을 특징으로 하는 후혼합버너.
  3. 제 1 항에 있어서, 연료통로는 중앙통로이고, 주산화체 통로는 연료통로의 주위를 따라서 동심으로 배향될 것임을 특징으로 하는 후혼합 버너.
  4. 제 1 항에 있어서, 연료통로와 주산화체통로는 나란히 배향되는 것임을 특징으로 하는 후혼합버너.
  5. 제 1 항에 있어서, 연료통로와 주산화체통로배출단부는 둘 다 실질적으로 동일면상에 있는 것임을 특징으로하는 후혼합버너.
  6. 제 1 항에 있어서, 점화기는 연료통로의 내벽에 근접한 연료통로내에 위치하는 것임을 특징으로 하는 후혼합버너.
  7. 제 1 항에 있어서, 점화기는 연료흐름의 배출단부쪽으로의 방향에 비스듬히 연료통로내에 위치하는것임을 특징으로 하는 후혼합버너.
  8. 제 1 항에 있어서, 점화기는 배출단부쪽으로의 연료흐름과 동일한 방향으로 연료통로내에 위치하는 것임을 특징으로하는 후혼합버너.
  9. 제 1 항에 있어서, 전극은 단부분을 제외한 전극길이부를 따라 전열되는 것임을특징으로 하는 후혼합버너.
  10. 제 1 항에 있어서, 전극팀은 점화기관의 단부와 평탄하게 되는 것임을 특징으로 하는 후혼합버너.
  11. 제 1 항에 있어서, 전극팁은 점화기관의 단부로부터 움푹패인 곳에 있는 것임을 특징으로 하는 후혼합버너.
  12. 제 1 항에 있어서, 점화기는 4 내지 12인치(10.16-30.48㎝)만큼 연료통로내에 움푹패인 곳에 있는 것임을 특징으로 하는 후혼합버너.
  13. (A)주산화체를 주산화체통로의 배출단부로부터 연소구역으로 들여보내는 단계 ; (B)연소구역에서 연소성 혼합물을 형성하도록 연료를 연료통로의 배출단부로부터 연소구역으로 주산화체와 분리하여 들여보내는 단계 ; (C) 공기의 산소농도 이상의 산소농도를 갖는 점화기 산화체를 전극을 함유하는 관을 거쳐서, 연료통로의 배출단부로부터 움푹들어간 지점의 연료 통로안으로 들여보내는 단계 ; (D)전극으로부터 스파아크를 발생시켜 연료와 점화기 산화체를 연료통로내에서 연소시키는 단계 및 (E) 연소하는 연료와 점화기 산화체를 연료통로로부터 연소구역으로 들여보내서, 연소성 혼합물을 점화시키는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 연소성 혼합물을 점화하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 주산화체는 공업적으로 순수한 산소인 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제13항에 있어서, 주산화체는 산소부화공기인 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제13항에 있어서, 점화기 산화체는 8 내지 50cfh의 범위내의 유속으로 관을 지나가는 것을 특징으로하는 방법.
  17. 제13항에 있어서, 점화기 산화체는 관을 거쳐서 연료통로의 내벽에 근접한 연료통로안으로 지나가는것을 특징으로하는 방법.
  18. 제13항에 있어서, 점화기 산화체는 관을 거쳐서, 연료가 배출단부쪽으로 흘러가는 방향에 비스듬히 연료통로로 흐르는 것을 특징으로하는 방법.
  19. 제13항에 있어서, 점화기 산화체는 관을 거쳐서, 연료가 배출단부쪽으로 흐르는 방향과 실질적으로 동일한 방향으로 연료통로로 흐르는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제13항에 있어서, 점화기 산화체는 관을 거쳐서, 연료가 배출단부쪽으로 흐르는방향과 실질적으로 동일한 방향으로 연료통로로 흐르는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제13항에 있어서, 점화기 산화체는 적어도 30%의 산소농도를 가지는것을 특징으로하는 방법.
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