KR101067710B1 - 예혼합형 순산소 연소기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 예혼합형 순산소 연소기는, 일측에 연료가 유입되는 연료유입구가 형성되고, 타측에 상기 연료가 분사되는 연료분사구가 형성된 연료공급관; 상기 연료공급관의 외측을 감싸도록 형성되며, 일측에 형성된 산소유입구를 통해 유입된 산소가 유동되어 상기 연료공급관의 연료분사구를 통해 분사된 연료에 공급되는 산소공급관; 상기 산소공급관에 설치되어 상기 산소를 선회시켜 상기 연료에 공급되도록 하는 선회기; 및 상기 연료와 산소가 혼합된 혼합기가 연소실로 유동되는 예혼합실을 포함한다.

개시된 예혼합형 순산소 연소기에 따르면, 선회기를 통과한 산소가 연료와 혼합되는 예혼합실이 구비됨으로써, 상기 연료 및 산소가 균일하게 혼합될 수 있는 장점이 있다. 또한, 상기 선회기와 연소실의 사이에 예혼합실이 구비됨으로써, 상기 선회기가 연소실의 열로 인해 손상되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.

연료공급관, 산소공급관, 선회기, 예혼합실, 순산소

Description

예혼합형 순산소 연소기{Premixed type pure oxygen combustor}

본 발명은 예혼합형 순산소 연소기에 관한 것으로서, 더욱 자세하게 완전연소 및 안정적인 화염길이를 제공할 수 있는 예혼합형 순산소 연소기에 관한 것이다.

일반적으로, 연소기는 연소반응을 이용하여 불꽃을 발생시키는 장치로서 산소가 공급되는 조건에서 연료에 착화하여 화염을 발생시키는 장치이다.

기존의 일반적인 경우 연소반응을 위한 산화제로써 공기를 사용한다. 그러나 공기를 사용하는 경우 초고온의 화염 형성에 제한이 있고 공기 중의 질소가 연소반응을 거치면서 생성되는 질소산화물(NOx)을 배출함으로써 환경문제의 유발을 가져온다.

점점 더 엄격한 배기 중 유해물질의 배출 기준에 따라, 최근에 연소기 기술의 발전은 연소공기가 순산소 또는 산소 부화 공기에 의해 대체되는 산소에 기초한 연소 시스템의 채택으로 인해 증가하고 있다.

산소에 기초한 연소는 연소가스 부피를 줄이고 질소산화물(NOx)의 방출을 낮 출 수 있어 여러 산업분야에 많은 이점을 갖는다.

종래기술에 따른 순산소 연소기는 도 1에 도시된 바와 같이, 연료공급관(10)과 산소공급관(20)을 통해 산소와 연료가 연소실(40)에 공급되되, 상기 산소공급관(20)의 출구에는 선회기(30)가 구비된다.

즉, 상기 산소공급관(20)의 선회기(30)를 통과한 산소가 연소실(40)에서 상기 연료와 혼합되는 구조이다.

그러나 종래기술에 따른 순산소 연소기는 상기 선회기(30)가 상기 산소공급관(20)의 말단에 구비되어 상기 연소실(40)에 근접하여 노출되기 때문에 상기 연소실(40)의 높은 온도에 의해 열손상을 입는 문제점이 있다.

또한, 상기 연료와 산소가 상기 연소실(40)에서 혼합되기 때문에 충분한 혼합이 이루어지지 않아 불완전 연소가 이루어지는 문제점이 있다.

왜냐하면, 산화제로 공기가 아닌 산소가 사용되는 경우에는 상기 산소의 양이 적게 되고, 상기 적은 양의 산소와 연료가 연소실(40)에서 혼합되는 경우에는 상기 적은 양의 산소로 인해 상기 산소와 연료가 균일하게 혼합되지 않기 때문이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 산소와 연료를 균일하게 혼합시켜 완전연소가 발생되도록 하는 동시에 선회기의 열손상을 방지할 수 있는 예혼합형 순산소 연소기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 예혼합형 순산소 연소기는 일측에 연료가 유입되는 연료유입구가 형성되고, 타측에 상기 연료가 분사되는 연료분사구가 형성된 연료공급관; 상기 연료공급관의 외측을 감싸도록 형성되며, 일측에 형성된 산소유입구를 통해 유입된 산소가 유동되어 상기 연료공급관의 연료분사구를 통해 분사된 연료에 공급되는 산소공급관; 상기 산소공급관에 설치되어 상기 산소를 선회시켜 상기 연료에 공급되도록 하는 선회기; 및 상기 연료와 산소가 혼합된 혼합기가 연소실로 유동되는 예혼합실을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 연료공급관의 연료분사구를 통해 분사되는 상기 연료의 분사각도는 상기 산소공급관을 통해 유동되는 산소의 유동각도와 직각일 수 있다.

상기 연료공급관의 연료분사구는 상기 연료공급관의 반경방향으로 형성되며, 상기 산소는 상기 연료공급관의 축방향으로 유동될 수 있다.

상기 예혼합실은 원추형의 환상공간으로 형성되며, 상기 원추형의 환상공간의 꼭지점에는 상기 연소실로 상기 분사하는 혼합기분사구가 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 예혼합형 순산소 연소기는 선회기를 통과한 산소가 연료와 혼합되는 예혼합실이 구비됨으로써, 상기 연료 및 산소가 균일하게 혼합될 수 있는 장점이 있다.

또한, 상기 선회기와 연소실의 사이에 예혼합실이 구비됨으로써, 상기 선회기가 연소실의 열로 인해 손상되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해해야한다.

도 2는 본 발명에 따른 예혼합형 순산소 연소기가 도시된 구성이다.

본 발명에 따른 예혼합형 순산소 연소기는, 일측에 연료가 유입되는 연료유입구(111)가 형성되고, 타측에 상기 연료가 분사되는 연료분사구(113)가 형성된 연료공급관(110)과, 상기 연료공급관(110)의 외측을 감싸도록 형성되며, 일측에 형성된 산소유입구(121)를 통해 유입된 산소가 유동되어 상기 연료공급관(110)의 연료 분사구(113)를 통해 분사된 연료에 공급되는 산소공급관(120)과, 상기 산소공급관(120)에 설치되어 상기 산소를 선회시켜 상기 연료에 공급되도록 하는 선회기(130)와, 상기 연료와 산소가 혼합된 혼합기가 연소실(150)로 유동되는 예혼합실(140)을 포함한다.

상기 연료공급관(110)은 연료탱크(미도시)와 연결되어 상기 연료유입구를 통해 연료를 공급받도록 형성된다. 또한, 상기 산소공급관(120)은 산소탱크(미도시)와 연결되어 상기 산소유입구(121)를 통해 산소를 공급받도록 형성된다.

상기 연료공급관(110)과 상기 산소공급관(120)은 관형으로 구비되며, 상기 산소공급관(120)의 내부에 상기 연료공급관(110)이 내장되는 형태로 이루어진다.

상기 연료는 메탄이나 엘피지(LPG) 등이 사용된다.

즉, 상기 연료공급관(110)의 연료분사구(113)는 상기 연료가 상기 산소공급관(120)의 내부로 분사되도록 형성된다.

상기 선회기(130)는 상기 산소공급관(120)내에 설치되되, 상기 산소공급관(120)의 산소유입구(121)와 상기 연료공급관(110)의 연료분사구(113) 사이에 구비된다.

상기 연료공급관(110)의 연료분사구(113)를 통해 분사되는 연료의 분사각도는 상기 산소공급관(120)을 통해 유동되는 산소의 유동각도와 직각을 이룬다.

즉, 상기 연료공급관(110)의 연료분사구(113)는 상기 연료공급관(110)의 반경방향으로 형성되며, 상기 산소는 상기 연료공급관(110)의 축방향으로 유동되도록 상기 산소공급관(120)이 형성된다.

바람직하게는, 상기 연료공급관(110)의 연료분사구(113)는 상기 연료공급관(110)의 반경방향으로 복수개 형성된다.

상기 예혼합실(140)은 원추형의 환상공간으로 형성되며, 상기 원추형의 환상공간의 꼭지점에는 상기 연소실(150)로 상기 분사하는 혼합기분사구(141)가 형성된다.

상기 예혼합실(140)이 원추형의 환상공간을 형성하도록, 상기 연료공급관(110)의 말단에는 상기 예혼합실(140)의 일면을 형성하는 원추형 돌기(115)가 구비된다.

즉, 상기 예혼합실(140)은 원추형 돌기(115)의 경사면으로 이루어진 환상의 공간으로 이루어진다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 예혼합형 순산소 연소기의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 예혼합형 순산소 연소기의 동작이 도시된 동작상태도이다.

상기 연료탱크에 저장된 상기 연료는 상기 연료유입구(111)를 통해 상기 연료공급관(110)으로 공급된다. 상기 연료공급관(110)에 공급된 상기 연료는 상기 연료분사구(113)를 통해 분사된다.

또한, 상기 산소탱크에 저장된 상기 산소는 상기 산소유입구(121)를 통해 상기 산소공급관(120)으로 공급된다.

물론, 상기 산소와 함께 스팀을 공급하여 화염온도를 조절할 수 있다.

상기 산소공급관(120)에 공급된 산소는 선회기(130)를 통과하여 선회류를 형성하게 된다.

상기 선회기(130)를 통과한 산소는 상기 연료분사구(113)를 통해 분사된 연료와 만나게 된다. 이때, 상기 연료분사구(113)는 상기 연료공급관(110)의 반경방향으로 형성되고, 상기 산소는 상기 연료공급관(110)의 축방향으로 유동되기 때문에 상기 선회기(130)를 통과한 산소와 상기 연료분사구(113)를 통과한 연료는 수직으로 만나게 된다.

상기 연료와 산소가 수직으로 만나기 때문에 난류의 강도가 더해져서 상기 산소와 연료가 더욱 용이하게 혼합된다.

상기 산소와 연료가 혼합된 혼합기는 상기 예혼합실(140)을 따라 유동되어 상기 연소실(150)에 분사된다.

즉, 혼합가스는 원추형의 환상공간으로 이루어진 예혼합실(140)을 따라 유동되면서 더욱 혼합이 촉진된다.

상기 예혼합실(140)을 따라 유동되는 혼합기는 혼합기분사구(141)를 통해 상기 연소실(150)에 혼합기를 분사한다. 이때, 상기 혼합가스의 연소실(150) 분사시 상기 원추형 돌기(115)의 경사면 끝단에서 원추형 돌기(115)의 끝단에 해당되는 각도로 서로 교차되면서 분출되면서 만나기 때문에 혼합이 촉진되는 장점이 있다.

또한, 상기 예혼합실(140)은 상기 혼합기를 상기 혼합기분사구(141)로 모아주는 노즐 기능도 수행한다.

또한, 상기 연소실(150)과 상기 선회기(130) 사이에 예혼합실(140)이 배치되기 때문에 상기 연소실(150)의 열이 상기 선회기(130)에 전달되지 않아 상기 선회기(130)가 상기 연소실(150)의 열에 의해 손상되는 것이 방지된다.

또한, 선회기(130)를 통과한 산소가 연료와 혼합되기 때문에 상기 혼합기가 선회기(130)를 통과하는 경우에 비하여 상기 예혼합실(140)에서 화염이 발생되는 현상인 화염역화를 억제할 수 있는 장점이 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 종래기술에 따른 순산소 연소기가 도시된 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 예혼합형 순산소 연소기가 도시된 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 예혼합형 순산소 연소기의 동작이 도시된 동작상태도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

110: 연료공급관 111: 연료유입구

113: 연료분사구 115: 원추형 돌기

120: 산소공급관 121: 산소유입구

130: 선회기 140: 예혼합실

141: 혼합기분사구 150: 연소실

Claims (4)

1. 일측에 연료가 유입되는 연료유입구가 형성되고, 타측에 상기 연료가 분사되는 연료분사구가 형성된 연료공급관;

   상기 연료공급관의 외측을 이중으로 감싸는 관형으로 형성되며, 일측에 형성된 산소유입구를 통해 유입된 산소가 유동되어 상기 연료공급관의 연료분사구를 통해 분사된 연료에 공급되는 산소공급관;

   상기 산소공급관에 설치되어 상기 산소를 선회시켜 상기 연료에 공급되도록 하는 선회기;

   원추형 돌기의 경사면에 의해 이루어진 원추형의 환상공간으로 형성되며, 상기 연료와 산소가 혼합된 혼합기를 유동시키면서 상기 원추형의 환상공간의 꼭지점으로 모으는 예혼합실; 및

   상기 예혼합실의 원추형의 환상공간의 꼭지점에 모인 상기 혼합기를 연소실로 분사하는 혼합기분사구;를 포함하는 것을 특징으로 하는 예혼합형 순산소 연소기.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 연료공급관의 연료분사구를 통해 분사되는 연료의 분사각도는 상기 산소공급관을 통해 유동되는 산소의 유동각도와 직각인 것을 특징으로 하는 예혼합형 순산소 연소기.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 연료공급관의 연료분사구는 상기 연료공급관의 반경방향으로 형성되며, 상기 산소는 상기 연료공급관의 축방향으로 유동되는 것을 특징으로 하는 예혼합형 순산소 연소기.
4. 삭제

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