(57)【要約】  本発明は独特な酸素の噴射構造及び独特な酸素の噴射方法に関し、酸素と燃料の高速流動を通じて視覚的に見えず、広い燃焼反応帯を形成するとともに、高温の排気ガスを流入して再燃焼することができる酸素燃料燃焼器及び酸素と燃料の噴射方法に関するものである。このために、酸素燃料燃焼器は、加熱炉に結合される吐出ヘッドユニットと、加熱炉に燃料と一次酸素のうち、少なくとも燃料が供給される中央供給ユニットと、加熱炉に二次酸素が供給される酸素供給ユニットと、中央供給ユニットで供給される燃料と一次酸素のうち、少なくとも燃料が噴射される中央ノズルユニットと、酸素供給ユニットで供給される二次酸素が噴射される酸素ノズルユニットとを含む。ここで、酸素ノズルユニットには、入口から直径が小さくなるように陥没形成される収容コーン部及び吐出ヘッドユニットの前方で燃料の噴射方向と二次酸素の噴射方向が交差するように収容コーン部から出口に向かって傾斜するように貫通形成される傾斜噴射孔部が含まれる。
2019528423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱炉に燃料と酸素が供給されるように前記加熱炉に結合され、燃料と酸素が供給されるように前記加熱炉の内部に露出される吐出ボディと、前記吐出ボディの中央部に貫通形成される中央貫通部と、前記中央貫通部を中心とする仮想の円に対する円周方向に沿って相互離隔された状態で、前記吐出ボディに貫通形成される酸素貫通部と、前記加熱炉との結合のために、前記吐出ボディの外周面に備えられる結合フランジとを含む吐出ヘッドユニットと、
前記加熱炉に燃料と一次酸素のうち、少なくとも燃料が供給されるように前記中央貫通部に結合される中央供給ユニットと、
前記加熱炉に二次酸素が供給されるように前記酸素貫通部に結合される酸素供給ユニットと、
前記中央貫通部で前記加熱炉の内部に露出されるように、前記中央供給ユニットまたは前記中央貫通部に結合され、前記中央供給ユニットで供給される燃料と一次酸素のうち、少なくとも燃料が噴射される中央ノズルユニットと、
前記酸素貫通部で前記加熱炉の内部に露出されるように前記酸素供給ユニットまたは前記酸素貫通部に結合され、前記酸素供給ユニットで供給される二次酸素が噴射される酸素ノズルユニットと、を含み、
前記酸素ノズルユニットには、入口から直径が小さくなるように陥没形成される収容コーン部と、
前記吐出ヘッドユニットの前方で燃料の噴射方向と二次酸素の噴射方向が交差するように前記収容コーン部から出口に向かって傾斜するように貫通形成される傾斜噴射孔部とが含まれることを特徴とする酸素燃料燃焼器。
【請求項２】
前記酸素ノズルユニットには、出口に備えられ、前記傾斜噴射孔部の傾斜方向を指示する傾斜表示部が含まれることを特徴とする請求項１に記載の酸素燃料燃焼器。
【請求項３】
前記傾斜噴射孔部で噴射される酸素の噴射角は２．５度以上３０度以下であることを特徴とする請求項１に記載の酸素燃料燃焼器。
【請求項４】
前記酸素貫通部は、前記中央貫通部を中心とする第１仮想の円に対する円周方向に沿って相互離隔された状態で貫通形成される第１酸素貫通部と、前記第１仮想の円よりも大きい第２仮想の円に対する円周方向に沿って相互離隔された状態で貫通形成される第２酸素貫通部とを含み、
前記酸素供給ユニットは、前記第１酸素貫通部に結合される第１酸素供給ユニットと、前記第２酸素貫通部に結合される第２酸素供給ユニットとを含み、
前記酸素ノズルユニットは、前記第１酸素貫通部で前記加熱炉の内部に露出されるように前記第１酸素供給ユニットまたは前記第１酸素貫通部に結合される第１酸素ノズルユニットと、前記第２酸素貫通部で前記加熱炉の内部に露出されるように前記第２酸素供給ユニットまたは前記第２酸素貫通部に結合される第２酸素ノズルユニットとを含むことを特徴とする請求項１に記載の酸素燃料燃焼器。
【請求項５】
火炎内に流入される排気ガスの量は、二次酸素の噴射間隔、二次酸素の噴射角、燃料と二次酸素の衝突地点の中の少なくともいずれか一つによって調整されることを特徴とする請求項１に記載の酸素燃料燃焼器。
【請求項６】
前記中央供給ユニットは、前記加熱炉に燃料と一次酸素の中のいずれか一つを供給し、前記加熱炉に供給される燃料と一次酸素の中のいずれか一つが移送される第１中央供給管を含む第１中央供給ユニットと、前記中央貫通部に結合され、前記加熱炉に燃料と一次酸素の中の他の一つを供給し、前記第１中央供給管が挿入された状態で、前記加熱炉に供給される燃料と一次酸素の中の他の一つが移送される第２中央供給管を含む第２中央供給ユニットとを含み、
前記中央ノズルユニットは、前記第１中央供給管に結合され、第１中央供給管で移送される流体が噴射される第１噴射口が貫通形成される中央ノズル部と、前記中央ノズル部の外周面で突出されて前記第２中央供給管に結合され、前記第２中央供給管で移送される流体が噴射される第２噴射口が貫通形成されるノズルフランジ部とを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の酸素燃料燃焼器。
【請求項７】
前記第２噴射口は、前記第２中央供給管で移送される流体の噴射方向が前記第１中央供給管で移送される流体の噴射方向と交差するように前記ノズルフランジ部に傾斜するように貫通形成されることをを特徴とする請求項６に記載の酸素燃料燃焼器。
【請求項８】
前記中央供給ユニットは、前記加熱炉に一次燃料を供給し、前記加熱炉に供給される一次燃料が移送される第１中央供給管を含む第１中央供給ユニットと、前記中央貫通部に結合されて、前記加熱炉に二次燃料を供給し、前記第１中央供給管が挿入された状態で、前記加熱炉に供給される二次燃料が移送される第２中央供給管を含む第２中央供給ユニットとを含み、
前記中央ノズルユニットは、前記第１中央供給管に結合され、前記第１中央供給管で移送される一次燃料が噴射される第１噴射口が貫通形成される中央ノズル部と、前記中央ノズル部の外周面で突出されて、前記第２中央供給管に結合され、第２中央供給管で移送される二次燃料が噴射される第２噴射口が貫通形成されるノズルフランジ部とを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の酸素燃料燃焼器。
【請求項９】
前記第２噴射口は、前記第２中央供給管で移送される二次燃料の噴射方向が前記酸素供給ユニットで供給される酸素の噴射方向と交差するように前記ノズルフランジ部に傾斜するように貫通形成されることを特徴とする請求項８に記載の酸素燃料燃焼器。
【請求項１０】
前記酸素貫通部は二つ〜四つが円周方向に沿って相互離隔して配置されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の酸素燃料燃焼器。
【請求項１１】
加熱炉の内部温度を測定する温度測定段階と、
前記温度測定段階を経て測定される前記加熱炉の内部温度と既定の自動点火温度を比較する温度比較段階と、
前記温度比較段階に応じて前記加熱炉の内部温度が既定の自動点火温度よりも小さい場合、燃料に一次酸素と二次酸素を噴射する第１火炎形成段階と、
前記温度比較段階に応じて前記加熱炉の内部温度が既定の自動点火温度以上である場合、燃料に二次酸素のみを噴射する第２火炎形成段階とを含み、
前記第１火炎形成段階で、一次酸素の噴射量は、全体酸素噴射量の３０％以下になり、二次酸素の噴射量は、全体酸素噴射量の７０％以上になることを特徴とする酸素と燃料の噴射方法。
【請求項１２】
前記第１火炎形成段階は、
吐出ヘッドユニットの中央部に備えられる中央ノズルユニットを通じて前記吐出ヘッドユニットの前方に燃料を噴射する燃料噴射段階と、
前記吐出ヘッドユニットの前方で燃料の噴射方向と交差して燃料濃厚地域を形成するように、前記中央ノズルユニットを通じて前記吐出ヘッドユニットの前方に一次酸素を噴射する濃厚噴射段階と、
前記吐出ヘッドユニットの前方で燃料の噴射方向と交差して前記燃料濃厚地域より遠い部分で酸素反応地域を形成するように、前記中央ノズルユニットから離隔された状態で、前記吐出ヘッドユニットに備えられる酸素ノズルユニットを通じて前記吐出ヘッドユニットの前方に二次酸素を噴射する反応噴射段階とを含むことを特徴とする請求項１１に記載の酸素と燃料の噴射方法。
【請求項１３】
前記反応噴射段階は、前記吐出ヘッドユニットの前方で燃料の噴射方向と交差して前記燃料濃厚地域より遠い部分で第１酸素反応地域を形成するように、前記中央ノズルユニットで離隔された状態で前記吐出ヘッドユニットに備えられる第１酸素ノズルユニットを通じて前記吐出ヘッドユニットの前方に二次酸素を噴射する第１反応噴射段階と、前記吐出ヘッドユニットの前方で燃料の噴射方向と交差して前記燃料濃厚地域より遠い部分で第２酸素反応地域を形成するように、前記中央ノズルユニットで離隔された状態で、前記吐出ヘッドユニットに備えられる第２酸素ノズルユニットを通じて前記吐出ヘッドユニットの前方に二次酸素を噴射する第２反応噴射段階との中の少なくともいずれか一つを含み、
前記第１酸素反応地域は、前記吐出ヘッドユニットの前方で前記第２酸素反応地域よりも近い部分に形成され、前記第１酸素ノズルユニットは前記第２酸素ノズルユニットより前記中央ノズルユニットに近いことを特徴とする請求項１２に記載の酸素と燃料の噴射方法。
【請求項１４】
前記第２火炎形成段階は、前記第１火炎形成段階の中で前記濃厚噴射段階を除いて、前記燃料噴射段階、及び前記反応噴射段階を含むことを特徴とする請求項１２に記載の酸素と燃料の噴射方法。
【請求項１５】
加熱炉の内部温度を測定する温度測定段階と、
前記温度測定段階を経て測定される前記加熱炉の内部温度と既定の自動点火温度を比較する温度比較段階と、
前記温度比較段階に応じて前記加熱炉の内部温度が既定の自動点火温度よりも小さい場合、酸素に一次燃料と二次燃料の中の少なくともいずれか一つを噴射する第１火炎形成段階と、
前記温度比較段階に応じて前記加熱炉の内部温度が既定の自動点火温度以上である場合、酸素に一次燃料と二次燃料の中の少なくともいずれか一つを噴射する第２火炎形成段階とを含み、
前記第１火炎形成段階と前記第２火炎形成段階の中の少なくともいずれか一つには、吐出ヘッドユニットの前方で一次燃料の噴射方向と酸素の噴射方向が交差して一次燃料と酸素が反応する酸素反応地域と、前記吐出ヘッドユニットと前記酸素反応地域との間で二次燃料の噴射方向と酸素の噴射方向が交差して二次燃料と酸素が反応する二つ以上の追加反応地域の中の少なくともいずれか一つを形成することを特徴とする酸素と燃料の噴射方法。
【請求項１６】
前記第１火炎形成段階は、吐出ヘッドユニットの前方で一次燃料の噴射方向と交差して形成される酸素反応地域と二次燃料の噴射方向と交差して形成される追加反応地域の中で少なくともいずれか一つが形成されるように前記吐出ヘッドユニットの中央部に備えられる中央ノズルユニットで離隔された状態で、前記吐出ヘッドユニットに備えられる酸素ノズルユニットを通じて前記吐出ヘッドユニットの前方に酸素を噴射する反応噴射段階を含み、
前記中央ノズルユニットを通じて前記酸素反応地域に一次燃料を噴射する第１燃料噴射段階、及び前記中央ノズルユニットを通じて前記追加反応地域に二次燃料を噴射する第２燃料噴射段階の中の少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１５に記載の酸素と燃料の噴射方法。
【請求項１７】
前記反応噴射段階は、前記吐出ヘッドユニットの前方で一次燃料の噴射方向と交差して第１酸素反応地域を形成するように、前記中央ノズルユニットで離隔された状態で、前記吐出ヘッドユニットに備えられる第１酸素ノズルユニットを通じて前記吐出ヘッドユニットの前方に酸素を噴射する第１反応噴射段階と、
前記吐出ヘッドユニットの前方で一次燃料の噴射方向と交差して第２酸素反応地域を形成するように、前記中央ノズルユニットで離隔された状態で、前記吐出ヘッドユニットに備えられる第２酸素ノズルユニットを通じて前記吐出ヘッドユニットの前方に酸素を噴射する第２反応噴射段階との中の少なくともいずれか一つを含み、
前記第１酸素反応地域は、前記吐出ヘッドユニットの前方で前記第２酸素反応地域よりも近い部分に形成され、前記第１酸素ノズルユニットは前記第２酸素ノズルユニットよりも前記中央ノズルユニットに近いことを特徴とする請求項１６に記載の酸素と燃料の噴射方法。
【請求項１８】
前記第２火炎形成段階は、前記中央ノズルユニットを通じて前記酸素反応地域に一次燃料を噴射したり、前記追加反応地域に二次燃料を噴射する燃料調整段階と、前記燃料調整段階で噴射される燃料によって前記酸素反応地域または前記追加反応地域の中の少なくともいずれか一つに酸素を噴射する酸素調節段階とを含むことを特徴とする請求項１６に記載の酸素と燃料の噴射方法。
【請求項１９】
前記第１火炎形成段階と前記第２火炎形成段階の中の少なくともいずれか一つで、燃料と酸素が噴射されるとき、前記中央ノズルユニットで前記吐出ヘッドユニットの前方に噴射される燃料の噴射速度は、前記酸素ノズルユニットで噴射される酸素の噴射速度の５０％以下であることを特徴とする請求項１１〜１８のいずれか一項に記載の酸素と燃料の噴射方法。
【請求項２０】
前記第１火炎形成段階と前記第２火炎形成段階の中の少なくともいずれか一つで、燃料と酸素が噴射されるとき、前記酸素ノズルユニットで噴射される酸素の噴射速度は１００ｍ／ｓ〜４００ｍ／ｓであることを特徴とする請求項１１〜１８のいずれか一項に記載の酸素と燃料の噴射方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は酸素燃料燃焼器及び酸素と燃料の噴射方法に関するもので、より具体的には、独特な酸素の噴射構造及び独特な酸素の噴射方法に関し、酸素と燃料の高速流動を通じて視覚的に見えず、広い燃焼反応帯を形成するとともに、高温の排気ガスを火炎内に流入して排気ガスが火炎と反応することができる酸素燃料燃焼器及び酸素と燃料の噴射方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、製鉄製鋼及び溶湯鍛造工程で用いる産業用燃焼器は、燃料と酸化剤である空気を利用して火炎を形成し、形成された火炎の温度によって加熱しようとする素材の温度を上昇させて、後処理工程の利便性に役立つようにするためのもので、工業用炉に設置される。このような従来の産業用燃焼器は、限られたスペースを有する工業用炉で用いられ、燃料ノズルから燃料を供給し、燃料ノズルとは別途に設置されている酸化剤である空気を供給するための空気ノズルを通じて常温の空気または空気予熱器（ＲＥＣＵＰＥＲＡＴＯＲ）を通じて空気を約５００℃まで予熱する構成により汚染物質が多量発生し、エネルギーが過度に消費されるなどの問題点もあった。
【０００３】
一方、排気ガスの廃熱を利用して１０００℃以上に空気を予熱して用いる蓄熱式燃焼器の場合、燃料の節約効果は一般的な酸素燃焼器と類似するが、その設備が複雑でメンテナンスに困難があり、設備の投資費用が高いだけでなく、一般的な酸素燃焼器に比べて１０倍以上の大きさを有するため、設置面積が大きくなるなどの問題点があった。
【０００４】
また、一部特殊分野で酸素燃焼器が用いられているが、一般的な空気と燃料を用いる一般的な燃焼器の火炎に比べて８００℃以上の高い断熱火炎を有するが、高温の短い火炎によって加熱素材の局部加熱による材料の不良及びバーナー自体の破損などの問題を誘発するという問題点があった。
【０００５】
そして、一般の燃焼器に対して３０％以上の高い省エネルギー効果と８０％以上の低い排気ガス放出にもかかわらず、大量の窒素酸化物（ＮＯｘ）が発生されるという問題があるため、一般的な工業用炉では使用できない実情である。
【０００６】
背景技術として大韓民国公開特許公報第２００３−００６１３３６号（発明の名称：不燃性物質を分解するためのバーナー、２００３．０７．１８公開）がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、従来の問題点を解決するために案出されたものであり、独特な酸素の噴射構造及び独特な酸素の噴射方法を通じて広い燃焼反応帯を形成するとともに、高温の排気ガスを火炎内に流入して排気ガスが火炎と反応することができる酸素燃料燃焼器及び酸素と燃料の噴射方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述した本発明の目的を達するための好ましい実施例によれば、本発明による酸素燃料燃焼器は、加熱炉に燃料と酸素が供給されるように前記加熱炉に結合され、燃料と酸素が供給されるように前記加熱炉の内部に露出される吐出ボディ、前記吐出ボディの中央部に貫通形成される中央貫通部、前記中央貫通部を中心とする仮想の円に対する円周方向に沿って相互離隔された状態で、前記吐出ボディに貫通形成される酸素貫通部、前記加熱炉との結合のために、前記吐出ボディの外周面に備えられる結合フランジを含む吐出ヘッドユニットと、前記加熱炉に燃料と一次酸素のうち、少なくとも燃料が供給されるように前記中央貫通部に結合される中央供給ユニットと、前記加熱炉に二次酸素が供給されるように前記酸素貫通部に結合される酸素供給ユニットと、前記中央貫通部で前記加熱炉の内部に露出されるように、前記中央供給ユニットまたは前記中央貫通部に結合され、前記中央供給ユニットで供給される燃料と一次酸素のうち、少なくとも燃料が噴射される中央ノズルユニットと、前記酸素貫通部で前記加熱炉の内部に露出されるように前記酸素供給ユニットまたは前記酸素貫通部に結合され、前記酸素供給ユニットで供給される二次酸素が噴射される酸素ノズルユニットとを含み、前記酸素ノズルユニットには、入口から直径が小さくなるように陥没形成される収容コーン部と、前記吐出ヘッドユニットの前方で燃料の噴射方向と二次酸素の噴射方向が交差するように前記収容コーン部から出口に向かって傾斜するように貫通形成される傾斜噴射孔部とが含まれる。
【０００９】
ここで、前記酸素ノズルユニットには、出口に備えられ、前記傾斜噴射孔部の傾斜方向を指示する傾斜表示部が含まれる。
【００１０】
ここで、前記傾斜噴射孔部で噴射される酸素の噴射角は２．５度以上３０度以下である。
【００１１】
ここで、前記酸素貫通部は、前記中央貫通部を中心とする第１仮想の円に対する円周方向に沿って相互離隔された状態で貫通形成される第１酸素貫通部と、前記第１仮想の円よりも大きい第２仮想の円に対する円周方向に沿って相互離隔された状態で貫通形成される第２酸素貫通部とを含み、前記酸素供給ユニットは、前記第１酸素貫通部に結合される第１酸素供給ユニットと、前記第２酸素貫通部に結合される第２酸素供給ユニットとを含み、前記酸素ノズルユニットは、前記第１酸素貫通部で前記加熱炉の内部に露出されるように前記第１酸素供給ユニットまたは前記第１酸素貫通部に結合される第１酸素ノズルユニットと、前記第２酸素貫通部で前記加熱炉の内部に露出されるように前記第２酸素供給ユニットまたは前記第２酸素貫通部に結合される第２酸素ノズルユニットとを含む。
【００１２】
ここで、前記第１酸素ノズルユニットで噴射される二次酸素の噴射角は、前記第２酸素ノズルユニットで噴射される二次酸素の噴射角よりも大きい。
【００１３】
ここで、火炎内に流入される排気ガスの量は、二次酸素の噴射間隔、二次酸素の噴射角、燃料と二次酸素の衝突地点の中の少なくともいずれか一つによって調整される。
【００１４】
ここで、前記中央供給ユニットは、前記加熱炉に燃料と一次酸素の中のいずれか一つを供給し、前記加熱炉に供給される燃料と一次酸素の中の何れか一つが移送される第１中央供給管を含む第１中央供給ユニットと、前記中央貫通部に結合され、前記加熱炉に燃料と一次酸素の中の他の一つを供給し、前記第１中央供給管が挿入された状態で、前記加熱炉に供給される燃料と一次酸素の中の他の一つが移送される第２中央供給管を含む第２中央供給ユニットとを含み、前記中央ノズルユニットは、前記第１中央供給管に結合され、第１中央供給管で移送される流体が噴射される第１噴射口が貫通形成される中央ノズル部と、前記中央ノズル部の外周面で突出されて前記第２中央供給管に結合され、第２中央供給管で移送される流体が噴射される第２噴射口が貫通形成されるノズルフランジ部とを含む。
【００１５】
ここで、前記第２噴射口は、前記第２中央供給管で移送される流体の噴射方向が前記第１中央供給管で移送される流体の噴射方向と交差するように前記ノズルフランジ部に傾斜するように貫通形成される。
【００１６】
ここで、前記中央供給ユニットは、前記加熱炉に一次燃料を供給し、前記加熱炉に供給される一次燃料が移送される第１中央供給管を含む第１中央供給ユニットと、前記中央貫通部に結合されて、前記加熱炉に二次燃料を供給し、前記第１中央供給管が挿入された状態で、前記加熱炉に供給される二次燃料が移送される第２中央供給管を含む第２中央供給ユニットとを含み、前記中央ノズルユニットは、前記第１中央供給管に結合され、第１中央供給管で移送される一次燃料が噴射される第１噴射口が貫通形成される中央ノズル部と、前記中央ノズル部の外周面で突出されて前記第２中央供給管に結合され、第２中央供給管で移送される二次燃料が噴射される第２噴射口が貫通形成されるノズルフランジ部とを含む。
【００１７】
ここで、前記第２噴射口は、前記第２中央供給管で移送される二次燃料の噴射方向が前記酸素供給ユニットで供給される酸素の噴射方向と交差するように前記ノズルフランジ部に傾斜するように貫通形成される。
【００１８】
ここで、前記第２噴射口は、前記酸素ノズルユニットに１：１対応するように備えられる。
【００１９】
ここで、前記酸素貫通部は二つ〜四つが円周方向に沿って相互離隔して配置される。
【００２０】
本発明による酸素と燃料の噴射方法は、加熱炉の内部温度を測定する温度測定段階と、前記温度測定段階を経て測定される前記加熱炉の内部温度と既定の自動点火温度を比較する温度比較段階と、前記温度比較段階に応じて前記加熱炉の内部温度が既定の自動点火温度よりも小さい場合、燃料に一次酸素と二次酸素を噴射する第１火炎形成段階と、前記温度比較段階に応じて前記加熱炉の内部温度が既定の自動点火温度以上である場合、燃料に二次酸素のみを噴射する第２火炎形成段階とを含み、前記第１火炎形成段階で、一次酸素の噴射量は、全体酸素噴射量の３０％以下になり、二次酸素の噴射量は、全体酸素噴射量の７０％以上になる。
【００２１】
ここで、前記第１火炎形成段階は、吐出ヘッドユニットの中央部に備えられる中央ノズルユニットを通じて前記吐出ヘッドユニットの前方に燃料を噴射する燃料噴射段階と、前記吐出ヘッドユニットの前方で燃料の噴射方向と交差して燃料濃厚地域を形成するように、前記中央ノズルユニットを通じて前記吐出ヘッドユニットの前方に一次酸素を噴射する濃厚噴射段階と、前記吐出ヘッドユニットの前方で燃料の噴射方向と交差して前記燃料濃厚地域より遠い部分で酸素反応地域を形成するように、前記中央ノズルユニットで離隔された状態で、前記吐出ヘッドユニットに備えられる酸素ノズルユニットを通じて前記吐出ヘッドユニットの前方に二次酸素を噴射する反応噴射段階とを含む。
【００２２】
ここで、前記反応噴射段階は、前記吐出ヘッドユニットの前方で燃料の噴射方向と交差して前記燃料濃厚地域より遠い部分で第１酸素反応地域を形成するように、前記中央ノズルユニットで離隔された状態で、前記吐出ヘッドユニットに備えられる第１酸素ノズルユニットを通じて前記吐出ヘッドユニットの前方に二次酸素を噴射する第１反応噴射段階と、前記吐出ヘッドユニットの前方で燃料の噴射方向と交差して前記燃料濃厚地域より遠い部分で第２酸素反応地域を形成するように、前記中央ノズルユニットで離隔された状態で、前記吐出ヘッドユニットに備えられる第２酸素ノズルユニットを通じて前記吐出ヘッドユニットの前方に二次酸素を噴射する第２反応噴射段階との中の少なくともいずれか一つを含み、前記第１酸素反応地域は、前記吐出ヘッドユニットの前方で前記第２酸素反応地域よりも近い部分に形成され、前記第１酸素ノズルユニットは前記第２酸素ノズルユニットより前記中央ノズルユニットに近い。
【００２３】
ここで、前記第２火炎形成段階は、前記第１火炎形成段階の中で前記濃厚噴射段階を除いて、前記燃料噴射段階、及び前記反応噴射段階を含む。
【００２４】
本発明による酸素と燃料の噴射方法は、加熱炉の内部温度を測定する温度測定段階と、前記温度測定段階を経て測定される前記加熱炉の内部温度と既定の自動点火温度を比較する温度比較段階と、前記温度比較段階に応じて前記加熱炉の内部温度が既定の自動点火温度よりも小さい場合、酸素に一次燃料と二次燃料の中の少なくともいずれか一つを噴射する第１火炎形成段階と、前記温度比較段階に応じて前記加熱炉の内部温度が既定の自動点火温度以上である場合、酸素に一次燃料と二次燃料の中の少なくともいずれか一つを噴射する第２火炎形成段階とを含み、前記第１火炎形成段階と前記第２火炎形成段階の中の少なくともいずれか一つには、吐出ヘッドユニットの前方で一次燃料の噴射方向と酸素の噴射方向が交差して一次燃料と酸素が反応する酸素反応地域と、前記吐出ヘッドユニットと前記酸素反応地域との間で二次燃料の噴射方向と酸素の噴射方向が交差して二次燃料と酸素が反応する二つ以上の追加反応地域の中の少なくともいずれか一つを形成する。
【００２５】
ここで、前記第１火炎形成段階は、吐出ヘッドユニットの前方で一次燃料の噴射方向と交差して形成される酸素反応地域と二次燃料の噴射方向と交差して形成される追加反応地域の中の少なくともいずれか一つが形成されるように前記吐出ヘッドユニットの中央部に備えられる中央ノズルユニットで離隔された状態で、前記吐出ヘッドユニットに備えられる酸素ノズルユニットを通じて前記吐出ヘッドユニットの前方に酸素を噴射する反応噴射段階を含み、前記中央ノズルユニットを通じて前記酸素反応地域に一次燃料を噴射する第１燃料噴射段階、及び前記中央ノズルユニットを通じて前記追加反応地域に二次燃料を噴射する第２燃料噴射段階の中の少なくともいずれか一つを含む。
【００２６】
ここで、前記反応噴射段階は、前記吐出ヘッドユニットの前方で一次燃料の噴射方向と交差して第１酸素反応地域を形成するように、前記中央ノズルユニットで離隔された状態で、前記吐出ヘッドユニットに備えられる第１酸素ノズルユニットを通じて前記吐出ヘッドユニットの前方に酸素を噴射する第１反応噴射段階と、前記吐出ヘッドユニットの前方で一次燃料の噴射方向と交差して第２酸素反応地域を形成するように、前記中央ノズルユニットで離隔された状態で、前記吐出ヘッドユニットに備えられる第２酸素ノズルユニットを通じて前記吐出ヘッドユニットの前方に酸素を噴射する第２反応噴射段階の中の少なくともいずれか一つを含み、前記第１酸素反応地域は前記吐出ヘッドユニットの前方で前記第２酸素反応地域よりも近い部分に形成され、前記第１酸素ノズルユニットは前記第２酸素ノズルユニットより前記中央ノズルユニットに近い。
【００２７】
また、前記第２火炎形成段階は、前記中央ノズルユニットを通じて前記酸素反応地域に一次燃料を噴射したり、前記追加反応地域に二次燃料を噴射する燃料調整段階と、前記燃料調整段階で噴射される燃料によって前記酸素反応地域または前記追加反応地域の中の少なくともいずれか一つに酸素を噴射する酸素調節段階とを含む。
【００２８】
ここで、前記第１火炎形成段階と前記第２火炎形成段階の中の少なくともいずれか一つで燃料と酸素が噴射されるとき、前記中央ノズルユニットで前記吐出ヘッドユニットの前方に噴射される燃料の噴射速度は前記酸素ノズルユニットで噴射される酸素の噴射速度の５０％以下である。
【００２９】
ここで、前記第１火炎形成段階と前記第２火炎形成段階の中の少なくともいずれか一つで燃料と酸素が噴射されるとき、前記酸素ノズルユニットで噴射される酸素の噴射速度は１００ｍ／ｓ〜４００ｍ／ｓである。
【発明の効果】
【００３０】
本発明による酸素燃料燃焼器及び酸素と燃料の噴射方法によれば、独特な酸素の噴射構造及び独特な酸素の噴射方法を通じて広い燃焼反応帯を形成するとともに、高温の排気ガスを火炎内に流入して排気ガスが火炎と反応することができる。また、断熱火炎温度の低下を通じて窒素酸化物を格段に減少させることができ、加熱炉の内部の材料を実質的に均一に加熱することができる。また、製鉄工程または製鋼工程で用いる加熱炉の大きさを最小化することができ、酸素燃料燃焼器の大きさを減少することができる。
【００３１】
また、本発明は燃料と酸素との衝突を容易にし、衝突火炎に起因する無火炎燃焼効果を極大化させ、燃焼反応を安定化させることができる。また、酸素と燃料の高速流動を通じて加熱炉内部の温度が自動点火温度以上になるとき、燃料と酸素との衝突を向上させ、無火炎燃焼反応を容易に実現することができる。
【００３２】
また、本発明は、酸素ノズルユニットの結合を安定化させ、中央ノズルユニットで噴射される燃料と酸素ノズルユニットで噴射される酸素が吐出ヘッドユニットの前方で安定的に衝突することができ、火炎の発生を安定的に誘導することができる。また、酸素と燃焼の衝突地点が吐出ヘッドユニットの前方で離隔されることによって、酸素の高温火炎から吐出ヘッドユニット、中央ノズルユニット、酸素ノズルユニットを保護し、高い耐久性を有するようにすることができ、酸素の使用により高い燃料節約効果を奏するようすることができる。また、中央ノズルユニットの構造及び酸素ノズルユニットの数と配置構造を通じて平面火炎を形成したり、一般的な火炎を形成しながら、火炎の長さを調節することができる。また、強制的でなく、別途の装置なしに火炎内に高温の排気ガスが安定的に流入されるようにし、火炎内に流入される高温の排気ガスの量を調節することができる。
【００３３】
また、本発明は、酸素の多段燃焼を誘導し、点火及び火炎の保持が容易で、窒素酸化物の排出を減少させることができる。また、燃料と酸素の噴射速度に対する相関関係を利用して高温の排気ガスを流入するためのエントレインメント効果を極大化することができ、火炎の中で排気ガスの再循環効果を極大化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１実施例による酸素燃料燃焼器を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１実施例による酸素燃料燃焼器の結合状態を示す断面図である。
【図３】本発明の第１実施例による酸素燃料燃焼器で中央ノズルユニットと酸素ノズルユニットの配置状態を示す図である。
【図４】本発明の第１実施例による酸素燃料燃焼器で中央ノズルユニットと酸素ノズルユニットの変形された配置状態を示す図である。
【図５】本発明の第１実施例による酸素燃料燃焼器で中央ノズルユニットを示す図である。
【図６】本発明の第１実施例による酸素燃料燃焼器で酸素ノズルユニットを示す図である。
【図７】本発明の第１実施例による酸素と燃料の噴射方法を示す図である。
【図８】本発明の第１実施例による酸素と燃料の反応状態を示す図である。
【図９】本発明の第２実施例による酸素燃料燃焼器を示す斜視図である。
【図１０】本発明の第２実施例による酸素燃料燃焼器の結合状態を示す断面図である。
【図１１】本発明の第２実施例による酸素燃料燃焼器で中央ノズルユニットと酸素ノズルユニットの配置状態を示す図である。
【図１２】本発明の第２実施例による酸素燃料燃焼器で中央ノズルユニットと酸素ノズルユニットの変形された配置状態を示す図である。
【図１３】本発明の第２実施例による酸素と燃料の噴射方法を示す図である。
【図１４】本発明の第２実施例による酸素と燃料の反応状態を示す図である。
【図１５】本発明の第３実施例による酸素燃料燃焼器を示す斜視図である。
【図１６】本発明の第３実施例による酸素燃料燃焼器の結合状態を示す断面図である。
【図１７】本発明の第３実施例による酸素燃料燃焼器で中央ノズルユニットと酸素ノズルユニットの配置状態を示す図である。
【図１８】本発明の第２実施例による酸素燃料燃焼器で中央ノズルユニットを示す図である。
【図１９】本発明の第３実施例による酸素と燃料の噴射方法を示す図である。
【図２０】本発明の第３実施例による酸素と燃料の反応状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、添付された図面を参照して、本発明による酸素燃料燃焼器及び酸素と燃料の噴射方法の実施例を説明する。このとき、本発明は実施例によって制限されたり限定されるのではない。また、本発明を説明するにおいて、公知の機能や構成に対する具体的な説明は本発明の要旨を明確にするために省略されることができる。
【００３６】
図１は本発明の第１実施例による酸素燃料燃焼器を示す斜視図であり、図２は本発明の第１実施例による酸素燃料燃焼器の結合状態を示す断面図であり、図３は本発明の第１実施例による酸素燃料燃焼器で中央ノズルユニットと酸素ノズルユニットの配置状態を示す図であり、図４は本発明の第１実施例による酸素燃料燃焼器で中央ノズルユニットと酸素ノズルユニットの変形された配置状態を示す図であり、図５は本発明の第１実施例による酸素燃料燃焼器で中央ノズルユニットを示す図であり、図６は本発明の第１実施例による酸素燃料燃焼器で酸素ノズルユニットを示す図であり、図７は本発明の第１実施例による酸素と燃料の噴射方法を示す図であり、図８は本発明の第１実施例による酸素と燃料の反応状態を示す図である。
【００３７】
以下では図１〜図８を参照して本発明の第１実施例による酸素燃料燃焼器について説明する。本発明の第１実施例による酸素燃料燃焼器は加熱炉に酸素と燃料を供給するもので、吐出ヘッドユニット１０と、中央供給ユニット２０と、酸素供給ユニット３０と、中央ノズルユニット４０と、酸素ノズルユニット５０とを含む。
【００３８】
前記吐出ヘッドユニット１０は、加熱炉に燃料と酸素が供給されるように加熱炉に結合される。吐出ヘッドユニット１０は、燃料と酸素が供給されるように加熱炉の内部で露出される吐出ボディ１１と、吐出ボディ１１の中央部に貫通形成される中央貫通部１３と、中央貫通部１３を中心とする仮想の円Ｃに対する円周方向に沿って相互離隔された状態で吐出ボディに貫通形成される酸素貫通部１４と、吐出ボディ１１の外周面に設置されて加熱炉と結合される結合フランジ１２とを含むことができる。
【００３９】
そこで、吐出ボディ１１が加熱炉の結合部に挿入された状態で、別途の締結部材を利用して結合フランジ１２を加熱炉に固定結合させることで、吐出ボディ１１の前面部が加熱炉の内部から露出されることができる。
【００４０】
このとき、酸素貫通部１４は、二つ〜四つが円周方向に沿って相互離隔された状態で配置されることができる。それにより、火炎内の高温の排気ガスの流入を極大化し、窒素酸化物ＮＯｘの排出を減少させることができる。ここで、酸素貫通部１４の数が１個または５個以上である場合、火炎内の高温排気ガスの流入が少なくなり、一般火炎を形成するようになる。
【００４１】
また、中央貫通部１３は燃料の噴射方向と一致するようにし、酸素貫通部１４は中央貫通部１３と平行に形成されて中央供給ユニット２０と酸素供給ユニット３０の設置面積を縮小させ、燃料と酸素の供給を円滑にすることができる。
【００４２】
前記中央供給ユニット２０は、加熱炉に燃料と一次酸素のうち少なくとも燃料を供給する。中央供給ユニット２０は中央貫通部１３に結合されるようにする。中央供給ユニット２０は、加熱炉に燃料と一次酸素の中のいずれか一つを供給する第１中央供給ユニット２１０と、中央貫通部１３に結合されて、加熱炉に燃料と一次酸素の中の他一つを供給する第２中央供給ユニット２２０とを含む。一例として、第１中央供給ユニット２１０で燃料が供給されると、第２中央供給ユニット２２０で一次酸素が供給される。他の例として、第１中央供給ユニット２１０で一次酸素が供給されると、第２中央供給ユニット２２０で燃料が供給される。
【００４３】
第１中央供給ユニット２１０は、加熱炉に供給される燃料と一次酸素の中のいずれか一つが移送される第１中央供給管２１３を含む。第１中央供給管２１３には、燃料と一次酸素の中のいずれか一つが収容される第１中央供給チャンバ２１２が連結されることができる。第１中央供給チャンバ２１２には、燃料と一次酸素の中のいずれか一つを供給する第１中央供給口２１１が備えられることができる。そこで、燃料と一次酸素の中のいずれか一つは、外部の貯蔵容器（図示しない）から第１中央供給口２１１を通じて第１中央供給チャンバ２１２に収容されてから第１中央供給管２１３を経て中央ノズルユニット４０から噴射されるようにする。
【００４４】
第２中央供給ユニット２２０は中央貫通部１３に結合されて、加熱炉に供給される燃料と一次酸素の中の他の一つが移送される第２中央供給管２２３を含む。第２中央供給管２２３は中央貫通部１３に挿入されることができる。第２中央供給管２２３には燃料と一次酸素の中の他の一つが収容される第２中央供給チャンバ２２２が連結されることができる。第２中央供給チャンバ２２２には燃料と一次酸素の中の他の一つを供給する第２中央供給口２２１が備えられることができる。そこで、燃料と一次酸素の中の他の一つは、外部の貯蔵容器（図示しない）から第２中央供給口２２１を通じて第２中央供給チャンバ２２２に収容されてから第２中央供給管２２３を経て中央ノズルユニット４０から噴射されるようにする。
【００４５】
ここで、第２中央供給管２２３と第２中央供給チャンバ２２２には第１中央供給管２１３が挿入されてされ、中央ノズルユニット４０の設置面積を減少し、燃料と一次酸素の供給を円滑にすることができる。
【００４６】
前記酸素供給ユニット３０は加熱炉に二次酸素が供給されるように酸素貫通部１４に結合される。酸素供給ユニット３０は酸素貫通部１４に結合されて、加熱炉に供給される二次酸素が移送される酸素供給管３０３を含むことができる。酸素供給管３０３は酸素貫通部１４に挿入されることができる。酸素供給管３０３は、酸素貫通部１４の数に対応して二つ〜四つ備えられるようにする。酸素供給管３０３には、二次酸素が収容される酸素供給チャンバ３０２が連結されることができる。他の表現で、酸素供給チャンバ３０２には酸素貫通部１４に対応して酸素供給管３０３が分岐されることができる。酸素供給チャンバ３０２には、二次酸素を供給する酸素供給口３０１が備えられることができる。そこで、二次酸素は、外部の貯蔵容器（図示しない）から酸素供給口３０１を通じて酸素供給チャンバ３０２に収容されてから酸素供給管３０３を通って酸素ノズルユニット５０から噴射されるようにする。ここで、酸素供給チャンバ３０２には第２中央供給管２２３が貫通挿入されて、酸素供給ユニット３０の設置面積を減少し、二次酸素の供給を円滑にすることができる。
【００４７】
図示しないが、酸素供給チャンバ３０２に第２中央供給チャンバ２２２が内蔵されたり貫通形成されることができる。また、第２中央供給チャンバ２２２に第１中央供給チャンバ２１２が内蔵されたり貫通形成されることができる。
【００４８】
前記中央ノズルユニット４０は、中央貫通部１３で加熱炉の内部に露出されるように中央供給ユニット２０に結合される。中央ノズルユニット４０は中央貫通部１３で加熱炉の内部に露出されるように第１中央供給管２１３と第２中央供給管２２３が結合されることができる。中央ノズルユニット４０は中央貫通部１３に結合されることができる。このとき、中央貫通部１３の内部は第１中央供給管２１３と第２中央供給管２２３の連結構造に対応して区画されることができる。また、中央ノズルユニット４０は中央供給ユニット２０で供給される燃料と一次酸素のうち少なくとも燃料が噴射される。本発明の第１実施例で、中央ノズルユニット４０は中央供給ユニット２０で供給される燃料と一次酸素をそれぞれ噴射することができる。
【００４９】
中央ノズルユニット４０は第１中央供給管２１３に結合される中央ノズル部４１と、中央ノズル部４１の外周面で突出されて第２中央供給管２２３に結合されるノズルフランジ部  ４２とを含むことができる。
【００５０】
中央ノズル部４１には第１中央供給管２１３で移送される流体が噴射される第１噴射口４１１が貫通形成されることができる。第１噴射口４１１は中央ノズル部の中心部に貫通形成されることができる。第１噴射口４１１の貫通方向は第１中央供給管２１３で移送される流体の移動方向と実質的に一致し、燃料の噴射方向と実質的に一致することができる。第１噴射口４１１の入口側に入口から直径が小さくなるように陥没形成される中央コーン部４１１ａが備えられることができる。そこで、燃料と二次酸素の衝突地点で燃料と二次酸素が反応する酸素反応地域Ｒ２を形成することができる。また、中央ノズル部４１の辺縁には第１中央供給管２１３と結合するための第１結合部４１２が含まれることができる。
【００５１】
ノズルフランジ部４２には第２中央供給管２２３で移送される流体が噴射される第２噴射口４２１が貫通形成されることができる。第２噴射口４２１はノズルフランジ部４２の辺縁に沿って二つ以上が相互離隔して貫通形成されることができる。ここで、第２噴射口４２１は第２中央供給管２２３で移送される流体の噴射方向が第１中央供給管２１３で移送される流体の噴射方向と交差するようにノズルフランジ部４２で傾斜するように貫通形成されることができる。他の表現で、第２噴射口４２１の貫通方向は第１噴射口４１１の貫通方向と交差するようにすることができる。第２噴射口４２１は第１噴射口４１１の周囲に沿って二つ以上が備えられて第１噴射口４１１を囲む形態で形成されることができる。そこで、燃料と一次酸素の衝突地点で燃料と一次酸素が反応する燃料濃厚地域Ｒ１を形成することができる。また、ノズルフランジ部４２の辺縁には第２中央供給管２２３との結合のための第２結合部４２２が含まれることができる。
【００５２】
一例として、第１噴射口４１１で燃料が供給されると、第２ノズルで一次酸素が供給される。他の例として、第１噴射口４１１で一次酸素が供給されると、第２噴射口４２１で燃料が供給される。このような一次酸素と燃料の噴射方式による火炎の構成は、二重逆拡散火炎の構成を有することになり、第１噴射口４１１で燃料が供給されることに比べて、高い輻射伝熱効果を奏することになる。
【００５３】
前記酸素ノズルユニット５０は酸素貫通部１４で加熱炉の内部に露出されるように酸素供給ユニット３０に結合される。酸素ノズルユニット５０は酸素貫通部１４で加熱炉の内部に露出されるように酸素供給管３０３が結合されることができる。酸素ノズルユニット５０は酸素貫通部１４の数、酸素供給管３０３の数に対応して二つ〜四つ備えられることができる。酸素ノズルユニット５０は酸素貫通部１４に結合されることができる。
【００５４】
また、酸素ノズルユニット５０は酸素供給ユニット３０で供給される酸素が噴射される。酸素ノズルユニット５０は酸素貫通部１４の数に対応して二つ以上備えられることができる。
【００５５】
このとき、酸素ノズルユニット５０には入口から直径が小さくなるように陥没形成される収容コーン部５０２と、吐出ヘッドユニット１０の前方で燃料の噴射方向と二次酸素の噴射方向が交差するように収容コーン部５０２から出口に向かって傾斜するように貫通形成される傾斜噴射孔部５０３が含まれることができる。他の表現で、傾斜噴射孔部５０３の貫通方向は第１噴射口４１１の貫通方向と交差するようにすることができる。そこで、燃料と二次酸素の衝突地点で燃料と二次酸素が反応する酸素反応地域Ｒ２を形成することができる。
【００５６】
酸素ノズルユニット５０の入口は、酸素ノズルユニット５０で酸素が流入される部分であり、酸素ノズルユニット５０の出口は、酸素ノズルユニット５０で内部に流入された酸素が排出される部分であると定義することができる。
【００５７】
特に、傾斜噴射孔部５０３で噴射される酸素の噴射角Ａは、傾斜噴射孔部５０３の傾斜角または二次酸素の噴射角と表現することができ、燃料の噴射方向と二次酸素の噴射方向が交差するように燃料の噴射方向を基準として、酸素ノズルユニット５０で傾斜噴射孔部５０３が傾いた角度を示す。傾斜噴射孔部５０３で噴射される酸素の噴射角Ａは２．５度以上３０度以下にすることができる。
【００５８】
また、酸素ノズルユニット５０には、出口に設置されて傾斜噴射孔部５０３の傾斜方向を指示する傾斜表示部５０４が含まれることができる。傾斜表示部５０４は、酸素ノズルユニット５０が酸素供給ユニット３０または酸素貫通部１４に結合されるとき、二次酸素の噴射方向と燃料の噴射方向が交差するように酸素貫通部１４で酸素ノズルユニット５０を定位置させることができる。
【００５９】
傾斜表示部５０４を通じて酸素貫通部１４で酸素ノズルユニット５０を定位置させると、傾斜表示部５０４、傾斜噴射孔部５０３の中心、中央ノズルユニット４０の第１噴射口４１１の中心が一直線上に配置されることにより、酸素ノズルユニット５０で噴射される酸素は第１噴射口４１１または第２噴射口４２１で噴射される燃料と衝突することができる。
【００６０】
また、酸素ノズルユニット５０の辺縁には酸素供給管３０３との結合のためのノズルの結合部５０１が含まれることができる。
【００６１】
本発明の第１実施例による酸素燃料燃焼器で火炎内に流入される排気ガスの量は、二次酸素の噴射間隔、二次酸素の噴射角Ａ、燃料と二次酸素の衝突地点の中の少なくともいずれか一つによって調節することができる。
【００６２】
まず、二次酸素の噴射間隔が広くなるほど、火炎内に流入される排気ガスの量が増加する。また、二次酸素の噴射間隔が狭くなるほど、火炎内に流入される排気ガスの量が減少することができる。
【００６３】
第二に、二次酸素の噴射角Ａが小さくなるほど火炎内に流入される排気ガスの量が増加する。また、二次酸素の噴射角Ａが大きくなるほど火炎内に流入される排気ガスの量が減少することができる。このとき、二次酸素の噴射角Ａは２．５度以上３０度以下に制限することができる。それにより、二次酸素の噴射角Ａを許容範囲に制限することにより、火炎内に流入される排気ガスの量を極大化させることができる。例え、火炎内に流入される排気ガスの量を増加させるために、二次酸素の噴射角Ａが許容範囲よりも小さくなる場合、燃料と二次酸素の衝突による衝突火炎が形成されず、ＭＩＬＤ（Ｍｏｄｅｒａｔｅ  ａｎｄ  Ｉｎｔｅｎｓｅ  Ｌｏｗ  ｏｘｙｇｅｎ  Ｄｉｌｕｔｉｏｎ）燃焼効果が減少する。また、二次酸素の噴射角Ａが許容範囲よりも小さくなる場合、燃料と二次酸素の衝突と反応が遠くなって燃焼反応が行われないか、不完全燃焼が増加し、一酸化炭素ＣＯの発生が増加する虞がある。また、二次酸素の噴射角Ａが許容範囲よりも大きくなる場合、衝突火炎の位置が吐出ヘッドユニット１０に近くなって衝突火炎によって吐出ヘッドユニット１０、中央ノズルユニット４０、酸素ノズルユニット５０が損傷されたり、衝突火炎が中央供給ユニット２０や酸素供給ユニット３０に逆行することがある。
【００６４】
第三に、燃料と二次酸素の衝突地点が吐出ヘッドユニット１０から遠くなる場合、火炎内に流入される排気ガスの量が増加することができる。また、燃料と二次酸素の衝突地点が吐出ヘッドユニット１０に近づく場合、火炎内に流入される排気ガスの量が減少することができる。衝突地点が既定の許容範囲を離れる場合、加熱炉の内部の材料に所望の火炎を伝達することができない。つまり、燃料と二次酸素の衝突地点が既定の許容範囲を離れる場合、加熱炉の内部の材料と吐出ヘッドユニット１０との間に衝突火炎を形成することができない。また、燃料と二次酸素の衝突地点が既定の許容範囲を離れる場合、衝突火炎が吐出ヘッドユニット１０に近づくようになって衝突火炎によって吐出ヘッドユニット１０、中央ノズルユニット４０、素ノズルユニット５０が損傷されたり、衝突火炎が中央供給ユニット２０や酸素供給ユニット３０に逆行することがある。
【００６５】
図示しないが、本発明の第１実施例による酸素燃料燃焼器は制御ユニットをさらに含むことができる。前記制御ユニットは加熱炉の内部温度Ｔに対応して燃料と酸素の噴射量を調節する。制御ユニットの動作は、本発明の第１実施例による酸素と燃料の噴射方法で説明する。
【００６６】
以下では図１〜図８を参照して本発明の第１実施例による酸素と燃料の噴射方法について説明する。本発明の第１実施例による酸素と燃料の噴射方法は、加熱炉の内部に酸素と燃料を噴射する方法で、図８に示すように、温度測定段階Ｓ１と、温度比較段階Ｓ２と、第１火炎形成段階Ｓ３と、第２火炎形成段階Ｓ４とを含む。本発明の第１実施例による酸素と燃料の噴射方法は、本発明の第１実施例による酸素燃料燃焼器を通じて加熱炉の内部に酸素と燃料が噴射される方法で説明する。
【００６７】
前記温度測定段階Ｓ１は、加熱炉の内部温度Ｔを測定する。温度測定段階Ｓ１は、多様な温度測定手段で加熱炉の内部温度Ｔを測定することができる。
【００６８】
前記温度比較段階Ｓ２は、温度測定段階Ｓ１を経て測定される加熱炉の内部温度Ｔと既定の自動点火温度Ｔ０を比較する。温度比較段階Ｓ２は、多様な制御ユニットで加熱炉の内部温度Ｔと既定の自動点火温度Ｔ０を比較することができる。
【００６９】
前記第１火炎形成段階Ｓ３は、温度比較段階Ｓ２の比較結果によって加熱炉の内部温度Ｔが既定の自動点火温度Ｔ０よりも小さい場合、燃料に一次酸素と二次酸素を噴射する。ここで、既定の自動点火温度Ｔ０は燃料が液化天然ガスを燃料とする場合、摂氏８００度〜摂氏９００度であることができる。第１火炎形成段階Ｓ３で一次酸素の噴射量は、全体酸素噴射量の３０％以下になり、二次酸素の噴射量は、全体酸素噴射量の７０％以上になる。第１火炎形成段階Ｓ３は、燃料噴射段階Ｓ１１と、濃厚噴射段階Ｓ１２と、反応噴射段階Ｓ１３とを含む。ここで、第１火炎形成段階Ｓ３の順序を限定するのではなく、火炎の形成のために、第１火炎形成段階Ｓ３の順序を調整することができる。
【００７０】
第１火炎形成段階Ｓ３における燃料噴射段階Ｓ１１は、吐出ヘッドユニット１０の中央部に備えられる中央ノズルユニット４０を通じて吐出ヘッドユニット１０の前方に燃料を噴射する。第１火炎形成段階Ｓ３における濃厚注入段階Ｓ１２は、中央ノズルユニット４０を通じて吐出ヘッドユニット１０の前方に一次酸素を噴射する。ここで、一次酸素の噴射量は、全体噴射量の３０％以下になるようにする。濃厚噴射段階Ｓ１２を通じて吐出ヘッドユニット１０の前方で燃料の噴射方向と交差して一次酸素と燃料が反応し、燃料濃厚地域Ｒ１を形成する。第１火炎形成段階Ｓ３における反応噴射段階Ｓ１３は、中央ノズルユニット４０から離隔された状態で吐出ヘッドユニット１０に備えられる酸素ノズルユニット５０を通じて吐出ヘッドユニット１０の前方に二次酸素を噴射する。ここで、二次酸素の噴射量は、全体噴射量の７０％以上になるようにする。反応噴射段階Ｓ１３を通じて吐出ヘッドユニット１０の前方で燃料の噴射方向と交差して二次酸素と燃料が反応し、燃料濃厚地域Ｒ１より遠い部分で酸素反応地域Ｒ２を形成する。他の表現で、吐出ヘッドユニット１０と酸素反応地域Ｒ２との間には、燃料濃厚地域Ｒ１が形成される。燃料濃厚地域Ｒ１と酸素反応地域Ｒ２は一部が重なったり互いに離隔されることができる。
【００７１】
そこで、燃料濃厚地域Ｒ１で一次酸素と反応し、未燃焼された燃料が二次酸素と最終的に反応することにより、点火及び火炎の保持を容易にし、窒素酸化物の排出を減少することができる。
【００７２】
前記第２火炎形成段階Ｓ４は、温度比較段階Ｓ２の結果によって加熱炉の内部温度Ｔが既定の自動点火温度Ｔ０以上である場合、燃料に二次酸素のみを噴射する。第２火炎形成段階Ｓ４で二次酸素の噴射量は、全体酸素噴射量の１００％になる。第２火炎形成段階Ｓ４は、第１火炎形成段階Ｓ３の中で濃厚噴射段階Ｓ１２を除いて、燃料噴射段階Ｓ１１−１と、反応噴射段階Ｓ１３−１を含む。
【００７３】
第２火炎形成段階Ｓ４における燃料噴射段階Ｓ１１−１は、吐出ヘッドユニット１０の中央部に備えられる中央ノズルユニット４０を通じて吐出ヘッドユニット１０の前方に燃料を噴射する。第２火炎形成段階Ｓ４における反応噴射段階Ｓ１３−１は、中央ノズルユニット４０から離隔された状態で吐出ヘッドユニット１０に備えられる酸素ノズルユニット５０を通じて吐出ヘッドユニット１０の前方に二次酸素を噴射する。ここで、二次酸素の噴射量は、全体噴射量の１００％になるようにする。反応噴射段階Ｓ１３−１を通じて吐出ヘッドユニット１０の前方で燃料の噴射方向と二次酸素の噴射方向が交差して二次酸素と燃料が反応し、燃料濃厚地域Ｒ１がなしに酸素反応地域Ｒ２のみを形成する。他の表現で、吐出ヘッドユニット１０の前方に酸素ノズルユニット５０を通じて二次酸素の噴射角Ａに対応して所定距離離隔して酸素反応地域が形成される。
【００７４】
そこで、第２火炎形成段階Ｓ４では、酸素反応地域Ｒ２のみで二次酸素と燃料が衝突して火炎が発生されるので、排気ガスの流入のためのエントレインメント効果を最大化することができ、火炎内に流入される排気ガスに対して排気ガスの再循環効果を極大化させることができる。また、第２火炎形成段階Ｓ４では、肉眼で区別しにくい無火炎燃焼反応が行われる。
【００７５】
第１火炎形成段階Ｓ３と第２火炎形成段階Ｓ４の中の少なくともいずれか一つを通じて酸素ノズルユニット５０で二次酸素が噴射されるとき、燃料と二次酸素との間には、加熱炉の内部で発生される高温の排気ガスが火炎に流入される。それにより、排気ガスが火炎に流入される部分で再循環地域Ｒ３を形成する。このような現象は、排気ガスの再循環効果を表して、窒素酸化物の排出を急激に減少させることができる。特に、本発明の第１実施例では、加熱炉の内部で発生する排気ガスを強制的に循環させたり、別途の循環装置を通じて排気ガスを火炎に流入させたり、酸素と混合する必要がないので、本発明の第１実施例による酸素燃料燃焼器の構造的特徴として排気ガス再循環効果を奏することができる。
【００７６】
第１火炎形成段階Ｓ３と第２火炎形成段階Ｓ４の中の少なくともいずれか一つの二次酸素と燃料の反応において、二つの酸素ノズルユニット５０が二つの酸素貫通部１４に備えられ、仮想の円Ｃに対する円周方向に離隔されるので、吐出ヘッドユニット１０の前方に所定距離離隔されて形成される酸素反応地域Ｒ２で燃料と二次酸素が衝突することになる。それにより、燃料と二次酸素の衝突によって形成される火炎は、厚さは薄く、幅は広い扇形の平面火炎を形成することができる。そこで、平面火炎の形成によって、一つの酸素燃料燃焼器は、広い地域を加熱する効果を奏する。また、二次酸素と燃料の反応において、三つ〜四つの酸素ノズルユニット５０が三つ〜四つの酸素貫通部１４に１：１に対応して備えられ、仮想の円Ｃに対する円周方向に等間隔で離隔されているので、吐出ヘッドユニット１０の前方に所定距離離隔されて形成される酸素反応地域Ｒ２で燃料と二次酸素が衝突することになる。それにより、燃料と二次酸素の衝突によって形成される火炎は一般火炎を形成して、一般的な加熱分野で用いることができる。
【００７７】
また、第１火炎形成段階Ｓ３と第２火炎形成段階Ｓ４の中の少なくともいずれか一つで燃料と酸素が噴射されるとき、中央ノズルユニット４０で吐出さヘッドユニット１０の前方に噴射される燃料の噴射速度は、酸素ノズルユニットで噴射される二次酸素の噴射速度の５０％以下に制限することができる。このような燃料と二次酸素の噴射速度の差は、高温の排気ガスが火炎内に流入される量を最大化することができる。また、第１火炎形成段階Ｓ３と第２火炎形成段階Ｓ４の中の少なくともいずれか一つで燃料と酸素が噴射されるとき、酸素ノズルユニット５０で噴射される二次酸素の噴射速度は１００ｍ／ｓ〜４００ｍ／ｓに制限することができる。このような二次酸素の噴射速度の制限は、高温の排気ガスが火炎内に流入される量を最大化することができる。
【００７８】
例え、二次酸素の噴射速度が制限範囲よりも低くなると、高温排気ガスの流入量が減少され、窒素酸化物の発生量が増加することができる。また、二次酸素の噴射速度が制限範囲よりも低くなると、相対的に燃料の噴射速度が増加することになり、火炎反応が発生しない場合がある。また、二次酸素の噴射速度が制限範囲よりも高くなると、相対的に燃料の噴射速度が減少し、排気ガスの流入量が増加して、火炎反応が発生しない場合がある。
【００７９】
図９は本発明の第２実施例による酸素燃料燃焼器を示す斜視図であり、図１０は本発明の第２実施例による酸素燃料燃焼器の結合状態を示す断面図であり、図１１は本発明の第２実施例による酸素燃料燃焼器で中央ノズルユニットと酸素ノズルユニットの配置状態を示す図であり、図１２は本発明の第２実施例による酸素燃料燃焼器で中央ノズルユニットと酸素ノズルユニットの変形された配置状態を示す図であり、図１３は本発明の第２実施例による酸素と燃料の噴射方法を示す図であり、図１４は本発明の第２実施例による酸素と燃料の反応状態を示す図である。
【００８０】
以下では図９〜図１４を参照して、本発明の第２実施例による酸素燃焼器について説明する。本発明の第２実施例による酸素燃料燃焼器は加熱炉に酸素と燃料を供給するもので、吐出ヘッドユニット１０と、中央供給ユニット２０と、酸素供給ユニット３０と、中央ノズルユニット４０と、酸素ノズルユニット５０とを含む。本発明の第２実施例による酸素燃料燃焼器で、本発明の第１実施例による酸素燃料燃焼器と同じ構成については同じ符号を付与し、それに対する説明は省略する。
【００８１】
本発明の第２実施例による酸素燃料燃焼器は、酸素ノズルユニット５０を多段に形成する。それにより、前記酸素貫通部１４は、第１酸素貫通部１５と、第２酸素貫通部１６とを含み、前記酸素供給ユニット３０は、第１酸素供給ユニット３１０と、第２酸素供給ユニット３２０とを含み、前記酸素ノズルユニット５０は、第１酸素ノズルユニット５１０と、第２酸素ノズルユニット５２０とを含むことができる。
【００８２】
前記第１酸素貫通部１５は中央貫通部１３を中心とする第１仮想の円Ｃ１に対する円周方向に沿って相互離隔された状態で貫通形成される。前記第２酸素貫通部１６は第１仮想の円Ｃ１よりも大きい第２仮想の円Ｃ２に対する円周方向に沿って相互離隔された状態で貫通形成される。ここで、第１酸素貫通部１５は二つ〜四つ備えらてもよく、第２酸素貫通部１６は二つ〜四つ備えられてもよい。本発明の第２実施例では、第１酸素貫通部１５と第２酸素貫通部１６が互いに同じ数で形成されてもよい。このとき、第１酸素貫通部１５は、中央貫通部１３と第２酸素貫通部１６とを連結する仮想の線上に配置されたり、仮想の線から外れて配置されてもよい。図示しないが、第１酸素貫通部１５の数と第２酸素貫通部１６の数は互いに異なってもよい。
【００８３】
前記第１酸素供給ユニット３１０は第１酸素貫通部１５に結合される。第１酸素供給ユニット３１０は第１酸素貫通部１５に結合されて、加熱炉に供給される二次酸素が移送される第１酸素供給管３１３を含むことができる。第１酸素供給管３１３は第１酸素貫通部１５に挿入されることができる。第１酸素供給管３１３は第１酸素貫通部１５の数に対応して二つ〜四つ備えられるようにする。第１酸素供給管３１３には二次酸素が収容される第１酸素供給チャンバ３１２が連結されることができる。他の表現で、第１酸素供給チャンバ３１２には、第１酸素貫通部１５に対応して、第１酸素供給管３１３が分岐されることができる。第１酸素供給チャンバ３１２には二次酸素を供給する第１酸素供給口３１１が備えられることができる。そこで、二次酸素は、外部の貯蔵容器（図示しない）から第１酸素供給口３１１を通じて、第１酸素供給チャンバ３１２に収容されてから、第１酸素供給管３１３を通って第１酸素ノズルユニット５１０で噴射される。ここで、第１酸素供給チャンバ３１２には第２中央供給管２２３が貫通挿入されて、第１酸素供給ユニット３１０の設置面積を減少し、二次酸素の供給を円滑にすることができる。
【００８４】
前記第２酸素供給ユニット３２０は第２酸素貫通部１６に結合される。第２酸素供給ユニット３２０は第２酸素貫通部１６に結合されて加熱炉に供給される二次酸素が移送される第２酸素供給管３２３を含むことができる。第２酸素供給管３２３は第２酸素貫通部１６に挿入されることができる。第２酸素供給管３２３は第２酸素貫通部１６の数に対応して二つ〜四つ備えられるようにする。第２酸素供給管３２３には二次酸素が収容される第２酸素供給チャンバ３２２が連結されることができる。他の表現で、第２酸素供給チャンバ３２２には第２酸素貫通部１６に対応して第２酸素供給管３２３が分岐されることができる。第２酸素供給チャンバ３２２には二次酸素を供給する第２酸素供給口３２１が備えられる。そこで、二次酸素は、外部の貯蔵容器（図示しない）から第２酸素供給口３２１を通じて第２酸素供給チャンバ３２２に収容されてから第２酸素供給管３２３を通って第２酸素ノズルユニット５２０で噴射されるようにする。ここで、第２酸素供給チャンバ３２２には第２中央供給管２２３が貫通挿入されて、第２酸素供給ユニット３２０の設置面積を減少し、二次酸素の供給を円滑にすることができる。また、第２酸素供給チャンバ３２２は第２中央供給チャンバ２２２と第１酸素供給チャンバ３１２との間に配置されることができる。
【００８５】
図示しないが、第２酸素供給チャンバ３２２に第１酸素供給チャンバ３１２が内蔵されることができる。また、第１酸素供給チャンバ３１２に第２中央供給チャンバ２２２が内蔵されることができる。また、第２中央供給チャンバ２２２に第１中央供給チャンバ２１２が内蔵されることができる。
【００８６】
前記第１酸素ノズルユニット５１０は第１酸素貫通部１５で加熱炉の内部に露出されるように第１酸素供給ユニット３１０または第１酸素貫通部１５に結合される。第１酸素ノズルユニット５１０には、本発明の第１実施例のように、収容コーン部５０２と、傾斜噴射孔部５０３が含まれ、ノズル結合部５０１、及び傾斜表示部５０４の中の少なくともいずれか一つが含まれることができる。前記第２酸素ノズルユニット５２０は、第２酸素貫通部１６で加熱炉の内部に露出されるように第２酸素供給ユニット３２０または第２酸素貫通部１６に結合される。第２酸素ノズルユニット５２０には、本発明の第１実施例のように、収容コーン部５０２と、傾斜噴射孔部５０３が含まれ、ノズル結合部５０１、及び傾斜表示部５０４の中の少なくともいずれか一つが含まれることができる。このように、酸素ノズルユニット５０が多段に形成される場合には、第１酸素ノズルユニット５１０で噴射される二次酸素の噴射角は、第２酸素ノズルユニット５２０で噴射される二次酸素の噴射角より大きくすることにより、酸素反応地域Ｒ２は第１酸素反応地域Ｒ２１と第２酸素反応地域Ｒ２２を含むことができる。第１酸素反応地域Ｒ２１は、吐出ヘッドユニット１０の前方に第１酸素ノズルユニット５１０で噴射される二次酸素の噴射方向と燃料の噴射方向が交差して二次酸素と燃料が反応する。第２酸素反応地域Ｒ２２は、第１酸素反応地域Ｒ２１の前方に第２酸素ノズルユニット５２０で噴射される二次酸素の噴射方向と燃料の噴射方向が交差して二次酸素と燃料が反応する。
【００８７】
図示しないが、本発明の第２実施例による酸素燃料燃焼器は制御ユニットをさらに含むことができる。前記制御ユニットは加熱炉の内部温度Ｔに対応して燃料と酸素の噴射量を調節する。制御ユニットの動作は本発明の第２実施例による酸素と燃料の噴射方法で説明する。
【００８８】
以下では図９〜図１４を参照して、本発明の第２実施例による酸素と燃料の噴射方法について説明する。本発明の第２実施例による酸素と燃料の噴射方法は、加熱炉の内部に酸素と燃料を噴射する方法で、図１３に示すように、温度測定段階Ｓ１と、温度比較段階Ｓ２と、第１火炎形成段階Ｓ３と、第２火炎形成段階Ｓ４とを含む。本発明の第２実施例による酸素と燃料の噴射方法は、本発明の第２実施例による酸素燃料燃焼器を通じて加熱炉の内部に酸素と燃料が噴射される方法で説明する。
【００８９】
前記温度測定段階Ｓ１は加熱炉の内部温度Ｔを測定する。温度測定段階Ｓ１は、多様な温度測定手段を通じて加熱炉の内部温度Ｔを測定することができる。
【００９０】
前記温度比較段階Ｓ２は、温度測定段階Ｓ１を経て測定される加熱炉の内部温度Ｔと既定の自動点火温度Ｔ０を比較する。温度比較段階Ｓ２は、多様な形態の制御ユニット（図示しない）を通じて加熱炉の内部温度Ｔと既定の自動点火温度Ｔ０を比較することができる。
【００９１】
前記第１火炎形成段階Ｓ３は、温度比較段階Ｓ２の比較結果によって加熱炉の内部温度Ｔが既定の自動点火温度Ｔ０よりも小さい場合、燃料に一次酸素と二次酸素を噴射する。ここで、既定の自動点火温度Ｔ０は、燃料が液化天然ガス（ＬＮＧ、Ｌｉｑｕｉｄ  Ｎａｔｕｒａｌ  Ｇａｓ）を燃料とする場合、摂氏８００度から摂氏９００度であることができる。第１火炎形成段階Ｓ３で一次酸素の噴射量は、全体酸素噴射量の３０％以下になり、二次酸素の噴射量は、全体酸素噴射量の７０％以上になるようにする。第１火炎形成段階Ｓ３は、燃料噴射段階Ｓ２１、及び濃厚噴射段階Ｓ２２を含み、第１反応噴射段階Ｓ２３と第２反応噴射段階Ｓ２４の中の少なくともいずれか一つをさらに含む。ここで、第１火炎形成段階Ｓ３の順序を限定するのではなく、火炎の形成のために、第１火炎形成段階Ｓ３の順序を調整することができる。
【００９２】
第１火炎形成段階Ｓ３における燃料噴射段階Ｓ２１は、吐出ヘッドユニット１０の中央部に備えられる中央ノズルユニット４０を通じて吐出ヘッドユニット１０の前方に燃料を噴射する。第１火炎形成段階Ｓ３における濃厚注入段階Ｓ２２は、中央ノズルユニット４０を通じて吐出ヘッドユニット１０の前方に一次酸素を噴射する。ここで、一次酸素の噴射量は、全体噴射量の３０％以下になるようにする。濃厚噴射段階Ｓ２２を通じて吐出ヘッドユニット１０の前方で燃料の噴射方向と交差して一次酸素と燃料が反応し、燃料濃厚地域Ｒ１を形成する。第１火炎形成段階Ｓ３における第１反応噴射段階Ｓ２３は、中央ノズルユニット４０から離隔された状態で吐出ヘッドユニット１０に備えられる第１酸素ノズルユニット５１０を通じて吐出ヘッドユニット１０の前方に二次酸素を噴射する。第１反応噴射段階Ｓ２３を通じて吐出ヘッドユニット１０の前方で燃料の噴射方向と二次酸素の噴射方向が交差して二次酸素と燃料が反応し、燃料濃厚地域Ｒ１より遠い部分で第１酸素反応地域Ｒ２１を形成する。他の表現で、吐出ヘッドユニット１０と第１酸素反応地域Ｒ２１との間には燃料濃厚地域Ｒ１が形成される。ここで、燃料濃厚地域Ｒ１と第１酸素反応地域Ｒ２１は、一部が重なったり、互いに離隔されることができる。第１火炎形成段階Ｓ３における第２反応噴射段階Ｓ２４は、中央ノズルユニット４０で離隔された状態で吐出ヘッドユニット１０に備えられる第２酸素ノズルユニット５２０を通じて吐出ヘッドユニット１０の前方に二次酸素を噴射する。第２反応噴射段階Ｓ２４を通じて吐出ヘッドユニット１０の前方で燃料の噴射方向と二次酸素の噴射方向が交差して二次酸素と燃料が反応し、燃料濃厚地域Ｒ１より遠い部分で第２酸素反応地域Ｒ２２を形成する。他の表現で、吐出ヘッドユニット１０と第２酸素反応地域Ｒ２２との間には第１酸素反応地域Ｒ２１と燃料濃厚地域Ｒ１が形成されることができる。ここで、燃料濃厚地域Ｒ１、第１酸素反応地域Ｒ２１及び第２酸素反応地域Ｒ２２は、一部が重なったり、互いに離隔されることができる。
【００９３】
そこで、吐出ヘッドユニット１０の前方に燃料濃厚地域Ｒ１、第１酸素反応地域Ｒ２１、第２酸素反応地域Ｒ２２が順次に形成されることができる。そして燃焼反応条件によって、第１酸素反応地域Ｒ２１と第２酸素反応地域Ｒ２２の中の少なくともいずれか一つが形成されるようにすることができる。
【００９４】
ここで、第１火炎形成段階Ｓ３における第１反応噴射段階Ｓ２３で噴射される二次酸素の噴射量と第１火炎形成段階Ｓ３における第２反応噴射段階Ｓ２４で噴射される二次酸素の噴射量の和は、全体噴射量の７０％以上になるようにする。第１酸素ノズルユニット５１０と第２酸素ノズルユニット５２０の両方で二次酸素が噴射される場合、第１酸素ノズルユニット５１０で噴射される二次酸素の噴射量または二次酸素の噴射速度は第２酸素ノズルユニット５２０で噴射される二次酸素の噴射量または二次酸素の噴射速度と同一または小さくなるようにして排気ガスの再循環効果を極大化させることができる。
【００９５】
そこで、燃料濃厚地域Ｒ１で一次酸素と反応し、未燃焼された燃料が第１酸素反応地域Ｒ２１と第２酸素反応地域Ｒ２２の中の少なくともいずれか一つで二次酸素と最終的に反応することにより、点火及び火炎の保持を容易にし、窒素酸化物の排出を減少させることができる。
【００９６】
第１火炎形成段階Ｓ３を通じて、第１酸素ノズルユニット５１０と第２酸素ノズルユニット５２０の中の少なくともいずれか一つで二次酸素が噴射されるとき、燃料と二次酸素の間には、加熱炉の内部で発生される高温排気ガスが火炎に流入される。それにより、排気ガスが火炎に流入される部分で再循環地域Ｒ３を形成する。このような現象は、排気ガスの再循環効果を表して、窒素酸化物の排出を急激に減少させることができる。特に、本発明の第２実施例では、加熱炉の内部で発生する排気ガスを強制的に循環させたり、別途の循環装置を通じて排気ガスを火炎に流入させたり、酸素と混合する必要がないので、本発明の第２実施例による酸素燃料燃焼器の構造的特徴として排気ガスの再循環効果を得ることができる。
【００９７】
前記第２火炎形成段階Ｓ４は、温度比較段階Ｓ２の結果によって加熱炉の内部温度Ｔが既定の自動点火温度Ｔ０以上である場合、燃料に二次酸素のみを噴射する。特に、第２火炎形成段階Ｓ４で二次酸素の噴射量は、全体酸素噴射量の１００％になる。
【００９８】
第２火炎形成段階Ｓ４は第１火炎形成段階Ｓ３の濃厚噴射段階Ｓ２２を除いて、燃料噴射段階Ｓ２１−１を含み、第１反応噴射段階Ｓ２３−１と第２反応噴射段階Ｓ２４−１の中の少なくともいずれか一つをさらに含む。
【００９９】
第２火炎形成段階Ｓ４における燃料噴射段階Ｓ２１−１は吐出ヘッドユニット１０の中央部に備えられる中央ノズルユニット４０を通じて吐出ヘッドユニット１０の前方に燃料を噴射する。
【０１００】
第２火炎形成段階Ｓ４における第１反応噴射段階Ｓ２３−１は、中央ノズルユニット４０から離隔された状態で吐出ヘッドユニット１０に備えられる第１酸素ノズルユニット５１０を通じて吐出ヘッドユニット１０の前方に二次酸素を噴射する。第１反応噴射段階Ｓ２３−１を通じて吐出ヘッドユニット１０の前方で燃料の噴射方向と二次酸素の噴射方向が交差して二次酸素と燃料が反応し、燃料濃厚地域Ｒ１がなしに第１酸素反応地域Ｒ２１を形成する。他の表現で、吐出ヘッドユニット１０の前方に第１酸素ノズルユニット５１０を通じた二次酸素の噴射角に対応して所定の距離離隔して第１酸素反応地域Ｒ２１が形成される。
【０１０１】
第２火炎形成段階Ｓ４における第２反応噴射段階Ｓ２４−１は、中央ノズルユニット４０から離隔された状態で吐出ヘッドユニット１０に備えられる第１酸素ノズルユニット５１０を通じて吐出ヘッドユニット１０の前方に二次酸素を噴射する。第２反応噴射段階Ｓ２４−１を通じて吐出ヘッドユニット１０の前方で燃料の噴射方向と二次酸素の噴射方向が交差して二次酸素と燃料が反応し、燃料濃厚地域Ｒ１がなしに第２酸素反応地域Ｒ２２を形成する。他の表現で、吐出ヘッドユニット１０の前方に第１酸素ノズルユニット５１０を通じた二次酸素の噴射角に対応して所定の距離離隔されて、第２酸素反応地域Ｒ２２が形成される。そこで、吐出ヘッドユニット１０と第２酸素反応地域Ｒ２２との間には第１酸素反応地域Ｒ２１が形成されることができる。ここで、燃料濃厚地域Ｒ１、第１酸素反応地域Ｒ２１、及び第２酸素反応地域Ｒ２２は一部が重なったり互いに離隔されることができる。
【０１０２】
そこで、吐出ヘッドユニット１０の前方に第１酸素反応地域Ｒ２１と、第２酸素反応地域Ｒ２２が順次に形成されることができる。そして燃焼反応条件によって、第１酸素反応地域Ｒ２１と第２酸素反応地域Ｒ２２の中の少なくともいずれか一つが形成されるようにすることができる。
【０１０３】
ここで、第１酸素反応地域Ｒ２１は、吐出ヘッドユニット１０の前方で第２酸素反応地域Ｒ２２より近い部分に形成され、第１酸素ノズルユニット５１０は第１酸素ノズルユニット５１０より中央ノズルユニット４０に近い部分に形成される。
【０１０４】
また、第２火炎形成段階Ｓ４における第１反応噴射段階Ｓ２３−１で噴射される二次酸素の噴射量と第２火炎形成段階Ｓ４における第２反応噴射段階Ｓ２４−１で噴射される二次酸素の噴射量の和は、全体噴射量の１００％になるようにする。第１酸素ノズルユニット５１０と第２酸素ノズルユニット５２０の両方で二次酸素が噴射される場合、第２酸素ノズルユニット５２０で噴射される二次酸素の噴射量または二次酸素の噴射速度は第１酸素ノズルユニット５１０で噴射される二次酸素の噴射量または二次酸素の噴射速度と同一または大きくなるようにして、排気ガスの再循環効果を極大化させることができる。
【０１０５】
そこで、第２火炎形成段階Ｓ４は、第１酸素反応地域Ｒ２１と第２酸素反応地域Ｒ２２の中の少なくともいずれか一つのみで二次酸素と燃料が衝突して火炎が発生されるので、排気ガスの流入のためのエントレインメント効果を極大化することができ、火炎内に流入される排気ガスに対して再循環効果を極大化させることができる。また、第２火炎形成段階Ｓ４では、肉眼で区別しにくい無火炎燃焼反応が行われる。
【０１０６】
第１火炎形成段階Ｓ３または第２火炎形成段階Ｓ４の二次酸素と燃料の反応において、吐出ヘッドユニット１０の前方で相対的に近い部分の加熱のためには、第１酸素ノズルユニット５１０と中央ノズルユニット４０を通じて二次酸素と燃料が噴射されて、比較的短い火炎を形成することができる。また、吐出ヘッドユニット１０の前方で相対的に遠い部分の加熱のためには、第１酸素ノズルユニット５１０と中央ノズルユニット４０を通じて二次酸素と燃料が噴射されて、相対的に長い火炎を形成することができる。また、吐出ヘッドユニット１０の前方で全体の加熱のためには、第１酸素ノズルユニット５１０、第１酸素ノズルユニット５１０、中央ノズルユニット４０を通じて二次酸素と燃料が噴射されて火炎の形成面積を広げることができる。
【０１０７】
第１火炎形成段階Ｓ３と第２火炎形成段階Ｓ４の中の少なくともいずれか一つの二次酸素と燃料の反応において、二つの第１酸素ノズルユニット５１０が二つの第１酸素貫通部１５に備えられ、二つの第１酸素ノズルユニット５１０が二つの第２酸素貫通部１６に備えられ、中央ノズルユニット４０、第１酸素ノズルユニット５１０及び第１酸素ノズルユニット５１０が一直線上に配置されるので、吐出ヘッドユニット１０の前方に所定距離離隔されて形成される第１酸素反応地域Ｒ２１と第２酸素反応地域Ｒ２２の中の少なくともいずれか一つで燃料と二次酸素が衝突することになる。それにより、燃料と二次酸素の衝突により形成される火炎は、厚さは薄く、幅は広い扇形の平面火炎を形成することができる。そこで、平面火炎の形成によって、一つの酸素燃料燃焼器は広い地域を加熱する効果を有する。
【０１０８】
また、二次酸素と燃料の反応において、二つの第１酸素ノズルユニット５１０が二つの第１酸素貫通部１５に備えられ、二つの第１酸素ノズルユニット５１０が二つの第２酸素貫通部１６に備えられ、中央ノズルユニット４０と第１酸素ノズルユニット５１０とを連結する仮想の線が中央のノズルユニット４０と第１酸素ノズルユニット５１０とを連結する仮想の線と交差する場合、吐出ヘッドユニット１０の前方に所定距離離隔して形成される第１酸素反応地域Ｒ２１と第２酸素反応地域Ｒ２２の中の少なくともいずれか一つで燃料と二次酸素が衝突することになる。それにより、燃料と二次酸素の衝突により形成される火炎は一般火炎を形成して、一般的な加熱分野で使用することができる。また、二次酸素と燃料の反応において、三つ〜四つの第１酸素ノズルユニット５１０が三つ〜四つの第１酸素貫通部１５に１：１に対応して備えられ、第１仮想の円Ｃ１に対する円周方向に等間隔で離隔され、三つ〜四つの第１酸素ノズルユニット５１０が三つ〜四つの第２酸素貫通部１６に１：１に対応して備えられ、第２仮想の円Ｃ２に対する円周方向に等間隔で離隔しているので、吐出ヘッドユニット１０の前方に所定距離離隔されて形成される第１酸素反応地域Ｒ２１と第２酸素反応地域Ｒ２２の中の少なくともいずれか一つで燃料と二次酸素が衝突することになる。それにより、燃料と二次酸素の衝突により形成される火炎は一般火炎を形成して、一般的な加熱分野で使用することができる。
【０１０９】
また、第１火炎形成段階Ｓ３と第２火炎形成段階Ｓ４の中の少なくともいずれか一つで燃料と酸素が噴射されるとき、中央ノズルユニット４０で吐出さヘッドユニット１０の前方に噴射される燃料の噴射速度は、第１酸素ノズルユニット５１０または第１酸素ノズルユニット５１０で噴射される二次酸素の噴射速度の５０％以下に制限することができる。このような燃料と二次酸素の噴射速度の差は、排気ガスが火炎内に流入される量を最大化することができる。また、第１火炎形成段階Ｓ３と第２火炎形成段階Ｓ４の中の少なくともいずれか一つで燃料と酸素が噴射されるとき、第１酸素ノズルユニット５１０または第２酸素ノズルユニット５２０で噴射される二次酸素の噴射速度は１００ｍ／ｓ〜４００ｍ／ｓに制限することができる。このような二次酸素の噴射速度の制限は、高温の排気ガスが火炎内に流入される量を最大化することができる。
【０１１０】
例え、二次酸素の噴射速度が制限範囲よりも低くなると、高温の排気ガスの流入量が減少し、窒素酸化物の発生量が増加することができる。また、二次酸素の噴射速度が制限範囲よりも低くなると、相対的に燃料の噴射速度が増加することになり、火炎反応が発生されないことがある。また、二次酸素の噴射速度が制限範囲よりも高くなると、相対的に燃料の噴射速度が減少し、排気ガスの流入量が増加されて、火炎反応が発生しないことがある。
【０１１１】
図示しないが、本発明の第２実施例による酸素燃料燃焼器は制御ユニットをさらに含むことができる。前記制御ユニットは、加熱炉の内部温度Ｔに対応して、燃料と酸素の噴射量を調節する。制御ユニットの動作は本発明の第２実施例による酸素と燃料の噴射方法で説明する。
【０１１２】
図１５は本発明の第３実施例による酸素燃料燃焼器を示す斜視図であり、図１６は本発明の第３実施例による酸素燃料燃焼器の結合状態を示す断面図であり、図１７は本発明の第３実施例による酸素燃料燃焼器で中央ノズルユニットと酸素ノズルユニットの配置状態を示す図であり、図１８は本発明の第２実施例による酸素燃料燃焼器で中央ノズルユニットを示す図であり、図１９は本発明の第３実施例による酸素と燃料の噴射方法を示す図であり、図２０は本発明の第３実施例による酸素と燃料の反応状態を示す図である。
【０１１３】
以下では、図１５〜図２０を参照して本発明の第３実施例による酸素燃料燃焼器について説明する。本発明の第３実施例による酸素燃料燃焼器は加熱炉に酸素と燃料を供給するもので、吐出ヘッドユニット１０と、中央供給ユニット２０と、酸素供給ユニット３０と、中央ノズルユニット４０と、酸素ノズルユニット５０とを含む。
【０１１４】
本発明の第３実施例による酸素燃料燃焼器で本発明の第１実施例または第２実施例による酸素燃料燃焼器と同じ構成については同じ符号を付与し、これに対する説明は省略する。
【０１１５】
本発明の第３実施例による酸素燃料燃焼器は中央ノズルユニット４０で燃料のみ噴射されるように形成される。
【０１１６】
それにより、中央供給ユニット２０は加熱炉に一次燃料を供給する第１中央供給ユニット２１０と、加熱炉に二次燃料を供給する第２中央供給ユニット２２０とを含み、中央ノズルユニット４０は、中央ノズル部４１と、ノズルフランジ部４２とを含むことができる。  一次燃料と二次燃料の和は、全体燃料噴射量の１００％になるようにする。一次燃料と二次燃料は同じ燃料を用いることができる。
【０１１７】
第１中央供給ユニット２１０は、加熱炉に供給される一次燃料が移送される第１中央供給管２１３を含む。第１中央供給管２１３には一次燃料が収容される第１中央供給チャンバ２１２が連結されることができる。第１中央供給チャンバ２１２には一次燃料を供給する第１中央供給口２１１が備えられることができる。そこで、一次燃料は外部の貯蔵容器（図示しない）から第１中央供給口２１１を通じて第１中央供給チャンバ２１２に収容されてから第１中央供給管２１３を通って中央ノズルユニット４０で噴射されるようにする。
【０１１８】
第２中央供給ユニット２２０は、中央貫通部１３に結合されて、加熱炉に供給される二次燃料が移送される第２中央供給管２２３を含む。第２中央供給管２２３は中央貫通部１３に挿入されることができる。第２中央供給管２２３には二次燃料が収容される第２中央供給チャンバ２２２が連結されることができる。第２中央供給チャンバ２２２には二次燃料を供給する第２中央供給口２２１が備えられることができる。そこで、二次燃料は、外部の貯蔵容器（図示しない）から第２中央供給口２２１を通じて第２中央供給チャンバ２２２に収容されてから第２中央供給管２２３を通って中央ノズルユニット４０で噴射されるようにする。ここで、第２中央供給管２２３と第２中央供給チャンバ２２２には第１中央供給管２１３が挿入されて支持されて、中央ノズルユニット４０の大きさが減少し、一次燃料と二次燃料の供給を円滑にすることができる。
【０１１９】
前記中央ノズルユニット４０は中央貫通部１３で加熱炉の内部に露出されるように中央供給ユニット２０に結合される。中央ノズルユニット４０は中央貫通部１３で加熱炉の内部に露出されるように第１中央供給管２１３と第２中央供給管２２３が結合されることができる。中央ノズルユニット４０は中央貫通部１３に結合されることができる。このとき、中央貫通部１３の内部は第１中央供給管２１３と第２中央供給管２２３の連結構造に対応して区画されることができる。
【０１２０】
また、中央ノズルユニット４０は第１中央供給ユニット２１０で供給される一次燃料と第２中央供給ユニット２２０で供給される二次燃料を噴射する。本発明の第３実施例で、中央ノズルユニット４０は第１中央供給ユニット２１０で供給される一次燃料と第２中央供給ユニット２２０で供給される二次燃料をそれぞれ噴射することができる。中央ノズルユニット４０は第１中央供給管２１３に結合される中央ノズル部４１と、中央ノズル部４１の外周面で突出されて第２中央供給管２２３に結合されるノズルフランジ部４２とを含むことができる。
【０１２１】
中央ノズル部４１には第１中央供給管２１３で移送される一次燃料が噴射される第１噴射口４１１が貫通形成されることができる。第１噴射口４１１は中央ノズル部４１の中心部に貫通形成されることができる。第１噴射口４１１の貫通方向は第１中央供給管２１３で移送される一次燃料の移動方向と実質的に一致し、一次燃料の噴射方向と実質的に一致することができる。第１噴射口４１１の入口側に入口から直径が小さくなるように陥没形成される中央コーン部４１１ａが備えられることができる。そこで、二次燃料と酸素の衝突地点で二次燃料と酸素が反応する酸素反応地域Ｒ２を形成することができる。また、中央ノズル部４１の辺縁には第１中央供給管２１３との結合のための第１結合部４１２が含まれることができる。
【０１２２】
ノズルフランジ部４２には第２中央供給管２２３で移送される二次燃料が噴射される第２噴射口４２１が貫通形成されることができる。第２噴射口４２１はノズルフランジ部４２の辺縁に沿って二つ以上が相互離隔して貫通形成されることができる。
【０１２３】
ここで、第２噴射口４２１は第２中央供給管２２３でで移送される二次燃料の噴射方向が酸素供給ユニット３０の酸素供給管３０３で移送される酸素の噴射方向と交差するようにノズルフランジ部４２で傾斜するように貫通形成されることができる。特に、第２噴射口４２１は、酸素ノズルユニット５０に対応して、第１噴射口４１１と傾斜噴射孔部５０３とを連結する仮想の線上に配置されることができる。他の表現で、第２噴射口４２１の貫通方向は傾斜噴射孔部５０３の貫通方向と交差するようにすることができる。さらに詳しく、第２噴射口４２１と酸素ノズルユニット５０は同じ数量で形成されることができる。そこで、二次燃料と酸素の衝突地点で二次燃料と酸素が反応する追加反応地域Ｒ４を形成することができる。また、ノズルフランジ部４２の辺縁には、第２中央供給管２２３との結合のための第２結合部４２２が含まれることができる。
【０１２４】
図示しないが、本発明の第３実施例で、前記酸素貫通部１４は、本発明の第２実施例のように、第１酸素貫通部１５、及び第２酸素貫通部１６を含み、前記酸素供給ユニット３０は、本発明の第２実施例のように、第１酸素供給ユニット３１０、及び第２酸素供給ユニット３２０を含み、前記酸素ノズルユニット５０は、本発明の第２実施例のように、第１酸素ノズルユニット５１０、及び第２酸素ノズルユニット５２０を含むことができる。
【０１２５】
本発明の第３実施例による酸素燃料燃焼器は制御ユニットをさらに含むことができる。前記制御ユニットは加熱炉の内部温度Ｔに対応して燃料と酸素の噴射量を調節する。制御ユニットの動作は本発明の第３実施例による酸素と燃料の噴射方法で説明する。
【０１２６】
以下では、図１５〜図２０を参照して本発明の第３実施例による酸素と燃料の噴射方法について説明する。本発明の第３実施例による酸素と燃料の噴射方法は、加熱炉の内部に酸素と燃料を噴射する方法で、図１９に示すように、温度測定段階Ｓ１と、温度比較段階Ｓ２と、第１火炎形成段階Ｓ３と、第２火炎形成段階Ｓ４とを含む。本発明の第３実施例による酸素と燃料の噴射方法は、本発明の第３実施例による酸素燃料燃焼器を通じて加熱炉の内部に酸素と燃料が噴射される方法で説明する。
【０１２７】
本発明の第３実施例で、第１火炎形成段階Ｓ３と第２火炎形成段階Ｓ４の中の少なくともいずれか一つには、吐出ヘッドユニット１０の前方で一次燃料の噴射方向と酸素の噴射方向が交差して一次燃料と酸素が反応する酸素反応地域Ｒ２と、吐出ヘッドユニット１０と酸素反応地域Ｒ２との間で二次燃料の噴射方向と酸素の噴射方向が交差して、二次燃料と酸素が反応する二つ以上の追加反応地域Ｒ４の中の少なくともいずれか一つを形成する。二つ以上の追加反応地域Ｒ４は互いに重なったり離隔されることができる。
【０１２８】
前記温度測定段階Ｓ１は加熱炉の内部温度を測定する。温度測定段階Ｓ１は多様な形態の温度測定手段（図示しない）を通じて加熱炉の内部温度Ｔを測定することができる。
【０１２９】
前記温度比較段階Ｓ２は温度測定段階Ｓ１を経て測定される加熱炉の内部温度Ｔと既定の自動点火温度Ｔ０を比較する。温度比較段階Ｓ２は多様な形態の制御ユニット（図示しない）を通じて加熱炉の内部温度Ｔと既定の自動点火温度Ｔ０を比較することができる。
【０１３０】
前記第１火炎形成段階Ｓ３は、温度比較段階Ｓ２の比較結果によって加熱炉の内部温度Ｔが既定の自動点火温度Ｔ０よりも小さい場合、酸素に一次燃料と二次燃料の中の少なくともいずれか一つを噴射する。既定の自動点火温度Ｔ０は、燃料が液化天然ガスを燃料とする場合、摂氏８００度〜摂氏９００度であることができる。
【０１３１】
第１火炎形成段階Ｓ３は反応噴射段階Ｓ３３を含み、第１燃料噴射段階Ｓ３１と、第２燃料噴射段階Ｓ３２の中の少なくともいずれか一つをさらに含む。ここで、第１火炎形成段階Ｓ３の順序を限定するのではなく、火炎の形成のために、第１火炎形成段階Ｓ３の順序を調整することができる。
【０１３２】
第１火炎形成段階Ｓ３における反応噴射段階Ｓ３３は、吐出ヘッドユニット１０の中央部に備えられる中央ノズルユニット４０から離隔された状態で吐出ヘッドユニット１０に備えられる酸素ノズルユニット５０を通じて吐出ヘッドユニット１０の前方に酸素を噴射する。反応噴射段階Ｓ３３を通じて吐出ヘッドユニット１０の前方で一次燃料の噴射方向と酸素の噴射方向が交差して形成される酸素反応地域Ｒ２と二次燃料の噴射方向と酸素の噴射方向が形成される追加反応地域Ｒ４の中の少なくともいずれか一つが形成される。ここで、酸素反応地域Ｒ２と追加反応地域Ｒ４は一部が重なったり互いに離隔されることができる。図示しないが、本発明の第３実施例で、酸素噴射ノズル５０が多段に形成される場合、反応噴射段階Ｓ３３は、本発明の第２実施例のように、第１反応噴射段階と第２反応噴射段階の中の少なくともいずれか一つを含むことができる。
【０１３３】
第１反応噴射段階は、吐出ヘッドユニット１０の前方で一次燃料の噴射方向と交差して第１酸素反応地域Ｒ２１を形成するように、中央ノズルユニット４０から離隔された状態で吐出ヘッドユニット１０に備えられる第１酸素ノズルユニット５１０を通じて吐出ヘッドユニット１０の前方に酸素を噴射する。第２反応噴射段階は、吐出ヘッドユニット１０の前方で一次燃料の噴射方向と交差して第２酸素反応地域Ｒ２２を形成するように、中央ノズルユニット４０から離隔された状態で吐出ヘッドユニット１０に備えられる第２酸素ノズルユニット５２０を通じて吐出ヘッドユニット１０の前方に酸素を噴射する。
【０１３４】
ここで、第１酸素反応地域Ｒ２１は、吐出ヘッドユニット１０の前方で第２酸素反応地域Ｒ２２より近い部分に形成される。また、第１酸素ノズルユニット５１０は、第２酸素ノズルユニット５２０より中央ノズルユニット４０に近く形成される。他の表現で、第２酸素ノズルユニット５２０は第１酸素ノズルユニット５１０より中央ノズルユニット４０から遠く形成される。
【０１３５】
第１火炎形成段階Ｓ３における第１燃料噴射段階Ｓ３１は、中央ノズルユニット４０を通じて酸素反応地域Ｒ２に一次燃料を噴射する。吐出ヘッドユニット１０の中央部に備えられる中央ノズルユニット４０を通じて吐出ヘッドユニット１０の前方に一次燃料を噴射する。第１燃料噴射段階Ｓ３１を通じて吐出ヘッドユニット１０の前方で一次燃料の噴射方向と酸素の噴射方向が交差して一次燃料と酸素が反応し、酸素反応地域Ｒ２を形成する。
【０１３６】
第１火炎形成段階Ｓ３における第２燃料噴射段階Ｓ３２は、中央ノズルユニット４０を通じて追加反応地域Ｒ４に二次燃料を噴射する。第２燃料噴射段階Ｓ３２を通じて、二次燃料の噴射方向と酸素の噴射方向が交差して二次燃料と酸素が反応し、追加反応地域Ｒ４を形成する。
【０１３７】
そこで、追加反応地域Ｒ４では二次燃料と酸素が反応し、未燃焼された酸素が酸素反応地域Ｒ２で一次燃料と最終的に反応することにより、点火及び火炎の保持を容易にし、窒素酸化物の排出を減少させることができる。
【０１３８】
中央ノズルユニット４０で一次燃料と二次燃料がそれぞれ５０％ずつ噴射される場合、全体的に反応して、幅が広く、長い火炎を形成することができる。ここで、一次燃料の噴射量が二次燃料の噴射量より多いほど吐出ヘッドユニット１０から遠い距離に火炎が形成され、一次燃料の噴射量が二次燃料の噴射量より少ないほど吐出ヘッドユニット１０から短い距離に形成されることができる。
【０１３９】
前記第２火炎形成段階Ｓ４は、温度比較段階Ｓ２の結果によって加熱炉の内部温度Ｔが既定の自動点火温度Ｔ０以上である場合、酸素に一次燃料または二次燃料の中の少なくともいずれか一つを噴射する。第２火炎形成段階Ｓ４は、燃料調整段階Ｓ３１−１、及び酸素調節段階Ｓ３３−１を含む。
【０１４０】
第２火炎形成段階Ｓ４における燃料調整段階Ｓ３１−１は、中央ノズルユニット４０を通じて酸素反応地域Ｒ２に一次燃料を噴射したり、追加反応地域Ｒ４に二次燃料を噴射する。第２火炎形成段階Ｓ４における酸素調節段階Ｓ３３−１は、燃料調整段階Ｓ３１−１で噴射される燃料に応じて酸素反応地域Ｒ２と追加反応地域Ｒ４の中の少なくともいずれか一つに酸素を噴射する。
【０１４１】
図示しないが、本発明の第３実施例で、酸素噴射ノズル５０が多段に形成される場合、酸素調節段階Ｓ３３−１は、本発明の第２実施例のように、第１酸素調節段階と第２酸素調節段階の中の少なくともいずれか一つを含むことができる。
【０１４２】
第１酸素調節段階は、吐出ヘッドユニット１０の前方で一次燃料の噴射方向と交差して第１酸素反応地域Ｒ２１を形成するように、中央ノズルユニット４０から離隔された状態で吐出ヘッドユニット１０に備えられる第１酸素ノズルユニット５１０を通じて吐出ヘッドユニット１０の前方に酸素を噴射する。
【０１４３】
第１酸素調節段階は、吐出ヘッドユニット１０の前方で一次燃料の噴射方向と交差して第２酸素反応地域Ｒ２２を形成するように、中央ノズルユニット４０から離隔された状態で吐出ヘッドユニット１０に備えられる第２酸素ノズルユニット５２０を通じて吐出ヘッドユニット１０の前方に酸素を噴射する。
【０１４４】
ここで、第１酸素反応地域Ｒ２１は吐出ヘッドユニット１０の前方で第２酸素反応地域Ｒ２２より近い部分に形成される。また、第２酸素ノズルユニット５２０は第１酸素ノズルユニット５１０より中央ノズルユニット４０に近く形成される。
【０１４５】
燃料調整段階Ｓ３１−１及び酸素調節段階Ｓ３３−１を経ることによって、一次燃料と酸素が交差して一次燃料と酸素が反応する酸素反応地域Ｒ２を形成し、二次燃料と酸素が交差して二次燃料と酸素が反応する追加反応地域Ｒ４を形成する。
【０１４６】
そこで、第２火炎形成段階Ｓ４では、酸素反応地域Ｒ２と追加反応地域Ｒ４の中の少なくともいずれか一つで酸素と燃料が衝突して火炎が発生されるので、排気ガスの流入のためのエントレインメント効果を最大化することができ、火炎内に流入される排気ガスに対して排気ガスの再循環効果を極大化することができる。また、第２火炎形成段階Ｓ４では、肉眼で区別しにくい無火炎燃焼反応が行われる。
【０１４７】
第１火炎形成段階Ｓ３と第２火炎形成段階Ｓ４の中の少なくともいずれか一つを通じて酸素ノズルユニット５０で酸素が噴射されるとき、一次燃料と酸素との間、二次燃料と酸素との間には加熱炉の内部で発生する高温排気ガスが火炎に流入される。それにより、排気ガスが火炎に流入される部分で再循環地域Ｒ３を形成する。このような現象は、排気ガスの再循環効果を表して、窒素酸化物の排出を急激に減少させることができる。特に、本発明の第３実施例では、加熱炉の内部で発生する排気ガスを強制的に循環させたり、別途の循環装置を通じて排気ガスを火炎に流入させたり、酸素と混合する必要がないので、本発明の第３実施例による酸素燃料燃焼器の構造的特徴として排気ガスの再循環効果を奏することができる。
【０１４８】
第１火炎形成段階Ｓ３と第２火炎形成段階Ｓ４の中の少なくともいずれか一つによる酸素と燃料の反応において、酸素ノズルユニット５０の数と配置構造は、本発明の第１実施例または第２実施形態と同じ機能と効果を有する。
【０１４９】
また、第１火炎形成段階Ｓ３と第２火炎形成段階Ｓ４の中の少なくともいずれか一つで燃料と酸素が噴射されるとき、中央ノズルユニット４０で吐出さヘッドユニット１０の前方に噴射される燃料の噴射速度は酸素ノズルユニット５０で噴射される酸素の噴射速度の５０％以下に制限することができる。このような燃料と酸素の噴射速度の差は、高温の排気ガスが火炎内に流入される量を最大化することができる。また、第１火炎形成段階Ｓ３と第２火炎形成段階Ｓ４の中の少なくともいずれか一つで燃料と酸素が噴射されるとき、酸素ノズルユニット５０で噴射される酸素の噴射速度は１００ｍ／ｓ〜４００ｍ／ｓに制限することができる。このような酸素の噴射速度の制限は、高温の排気ガスが火炎内に流入される量を最大化することができる。例え、酸素の噴射速度が制限範囲よりも低くなると、高温の排気ガスの流入量が減少し、窒素酸化物の発生量が増加することができる。また、酸素の噴射速度が制限範囲より低くなると、相対的に燃料の噴射速度が増加することになり、火炎反応が発生しないことがある。また、酸素の噴射速度が制限範囲より高くなると、相対的に燃料の噴射速度が減少し、排気ガスの流入量が増加されて、火炎反応が発生しないことがある。
【０１５０】
前述した酸素燃料燃焼器及び酸素と燃料の噴射方法によれば、独特な酸素の噴射構造及び独特な酸素の噴射方法を通じて広い燃焼反応帯を形成するとともに、高温の排気ガスを流入させて再燃焼することができ、断熱火炎温度の低下を通じて窒素酸化物を格段に減少させることができ、加熱炉の内部の材料を実質的に均一に加熱することができる。また、製鉄工程または製鋼工程で用いる加熱炉の大きさを最小化することができ、酸素燃料燃焼器の大きさを減少することができる。また、燃料と酸素の衝突を容易にし、衝突火炎に起因する無火炎燃焼効果を極大化させ、燃焼反応を安定化させることができる。また、酸素と燃料の高速流動を通じて加熱炉の内部の温度が自動点火温度Ｔ０以上になるとき、燃料と酸素の衝突を向上させ、無火炎燃焼反応を容易に実現することができる。
【０１５１】
また、酸素ノズルユニット５０の結合を安定化させ、中央ノズルユニット４０で噴射される燃料と酸素ノズルユニット５０で噴射される酸素が吐出ヘッドユニット１０の前方で安定的に衝突することができ、火炎の発生を安定的に誘導することができる。
【０１５２】
また、酸素と燃焼の衝突地点が吐出ヘッドユニット１０の前方で離隔されることで、酸素の高温火炎から吐出ヘッドユニット１０、中央ノズルユニット４０、酸素ノズルユニット５０を保護し、高い耐久性を有するようにすることができ、酸素の使用により高い燃料節約効果を有することができる。また、中央ノズルユニット４０の構造及び酸素ノズルユニット５０の数と配置構造を通じて平面火炎を形成したり、一般火炎を形成しながら、火炎の長さ調節が可能である。また、強制的でなく、別途の装置が必要なしに、火炎内に高温の排気ガスが安定的に流入されるようにし、火炎内に流入される高温の排気ガスの量を調節することができる。また、酸素の多段燃焼を誘導し、点火及び火炎の保持が容易であり、窒素酸化物の排出を減少させることができる。
【０１５３】
また、燃料と酸素の噴射速度に対する相関関係を通じて高温排気ガスの流入のためのエントレインメント効果を最大化することができ、火炎の中で排気ガスの再循環効果を極大化させることができる。
【０１５４】
前述したように、図面を参照して、本発明の好ましい実施例を説明したが、当該技術分野において熟練された当業者であれば、特許請求範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正または変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１５５】
本発明は、酸素を利用して燃料の節約が可能であり、製鉄工程、製鋼工程などで用いる工業用炉内の材料を均一に加熱することができる平面火炎または一般火炎を形成しながら、火炎の長さを調節することができる酸素燃料燃焼器に適用されることができ、酸素と燃料の噴射方法を特徴とする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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