KR20020089515A - 촉매연소장치 및 그 틀체부분의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 저비용으로 양산성이 높고, 유지보수가 용이한 구성을 갖는 촉매연소장치를 실현하는 것이다. 상류에 연료공급부(1) 및 연소용 공기공급부(2), 하류에 연소가스배기구(4)를 갖는 연소실(200)과, 연소실(200) 내에 설치된 상류면과 하류면이 실질상 평행한 촉매연소부(5)에서, 연소실(200) 내에 공급되는 연료와 공기의 혼합기체를 반응시켜 발열시키는 촉매연소장치에 있어서, 연소실(200) 벽의 일부를 구성하는 열교환부(3)와, 열교환부(3)로부터 연소실(200) 내로 돌출하여, 촉매연소부(5) 근방에 설치된 핀형 복사수열부(9)를 구비하고, 핀형 복사수열부(9)의 면과, 열교환부(3)의 면은 각각 같은 방향을 향하고 있는 촉매연소장치를 제공한다.
Description
열교환부를 갖는 촉매연소장치의 구성에 관해서, 종래부터 다수의 제안이 이루어지고 있다. 종래의 많은 촉매연소장치는 예컨대, 일본 특개 2000-146298과 같이, 연소실(2), 복사수열부(핀:fin)(3), 복사수열부를 지지하는 피가열유체유로(4) 및 촉매체(5, 7)로 이루어져 있다.
이러한 종래의 촉매연소장치는 열교환 효율을 향상하기 위해서, 복사수열부(3)는 연소가스의 흐름에 평행하게 배치되지만, 그것을 지지하는 유로(4)는 흐름에 수직으로 되어 있다. 이러한 구성 하에서는, 복사수열부(3)와 그것을 지지하는 유로(4)는 다른 부품으로서 성형한 후, 유로(4)에 복사수열부(3)를 압입이나 땜납 등의 공정이 필요하게 된다.
또는, 유로(4)와 복사수열부(3)를 일체로 구성하여 압출성형한 후, 촉매체(5)를 설치하는 위치근방의 복사수열부(3)를 제거하는 절삭이나 펀칭 등의 공정이 필요해지는 등, 공정수가 많아지는 경향이 있다. 이 때문에, 고비용이고 양산성도 부족하다고 하는 과제가 있었다.
또한, 땜납 등의 공정도 자동화는 곤란하고, 인건비가 많아지는 경향이 있다. 이 때문에, 고비용이고 양산성도 부족하다고 하는 과제가 있었다.
본 발명은 저비용으로 양산성이 높고, 유지보수가 용이한 구성을 갖는 촉매연소장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예로서의 촉매연소장치의 사시도.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예로서의 촉매연소장치의 사시도.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예로서의 촉매연소장치의 사시도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1 : 연료공급경로 2 : 공기공급경로
3 : 열교환부 4 : 배기구
5 : 촉매연소부 6 : 촉매지지부
7 : 열매체유로 8 : 열매체유로지지부
9 : 복사수열부 10 : 대류전열부
11 : 열교환부 측판 12 : 제 1 유로구획판
13 : 제 2 유로구획판 14 : 제 1 유로구획판 개구부
15 : 제 2 유로구획판 개구 부 16 : 기화부
17 : 타르억제판 18 : 정류판
100 : 밀봉 200 : 연소실
본 발명은 이러한 종래의 촉매연소장치의 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
제 1 발명(본 발명의 청구항 1에 대응)은, 상류에 연료공급부 및 연소용 공기공급부, 하류에 연소가스 배기구를 갖는 연소실과, 상기 연소실 내에 설치된 상류면과 하류면이 실질상 평행한 촉매연소부에서, 상기 연소실 내에 공급되는 연료와 공기의 혼합기체를 반응시켜 발열시키는 촉매연소장치에 있어서,
상기 연소실 벽의 일부를 구성하는 열교환부와,
상기 열교환부로부터 상기 연소실 내로 돌출하여 상기 촉매연소부의 근방에 설치된 핀형 복사수열부를 구비하고,
적어도 상기 핀형 복사수열부의 면과, 상기 열교환부의 면은 각각 같은 방향을 향하고 있는 촉매연소장치이다.
제 2 발명(본 발명의 청구항 2에 대응)은, 상기 촉매연소부의 하류측에 상기 열교환부로부터 상기 연소실 내로 돌출하여 설치되어, 상기 복사수열부의 면과 실질상 같은 방향을 향한 면을 갖는 대류전열부를 추가로 구비한 제 1 발명의 촉매연소장치이다.
제 3 발명(본 발명의 청구항 3에 대응)은, 상기 열교환부, 상기 복사수열부및 상기 대류전열부는 압출성형에 의해서 일체 성형된 제 2 발명의 촉매연소장치이다.
제 4 발명(본 발명의 청구항 4에 대응)은, 상기 촉매연소부를 지지하는 촉매지지부의 촉매연소부측의 면은 상기 복사수열부의 면과 실질상 같은 방향을 향하고 있는 제 1 발명 또는 제 2 발명의 촉매연소장치이다.
제 5 발명(본 발명의 청구항 5에 대응)은, 상기 촉매연소부의 면도 상기 복사수열부의 면과 같은 방향을 향하고 있는 제 1 내지 제 4 발명 중 어느 하나의 촉매연소장치이다.
제 6 발명(본 발명의 청구항 6에 대응)은, 열매체가 유통하는 열매체유로와, 그 열매체유로를 지지하는 열매체유로지지부를 추가로 구비하고,
상기 열매체유로 내의 열매체의 흐름방향이 상기 촉매연소부의 면과 실질상 평행이 되도록, 상기 열교환부 상에 상기 열매체유로지지부가 설치되어 있는 제 1 내지 제 5 발명 중 어느 하나의 촉매연소장치이다.
제 7 발명(본 발명의 청구항 7에 대응)은, 상기 열교환부의 상기 촉매연소부측의 면을 방사율 1근방의 내열성 도료로 피복한 제 1 내지 제 6 발명 중 어느 하나의 촉매연소장치이다.
제 8 발명(본 발명의 청구항 8에 대응)은, 액체연료를 기화하는 기화부를 추가로 구비하고, 상기 촉매연소부의 하류 이후에 상기 복사수열부가 배치되어 있는 제 1 내지 제 7 발명 중 어느 하나의 촉매연소장치이다.
제 9 발명(본 발명의 청구항 9에 대응)은, 상기 촉매연소부의 상류에 상기열교환부의 상기 촉매연소부측의 면을 덮고, 상기 열교환부의 기재(基材)보다 열전도율이 낮은 재료로 이루어지는 타르억제판이 설치되어 있는 제 8 발명의 촉매연소장치이다.
제 10 발명(본 발명의 청구항 10에 대응)은, 상기 타르억제판과 상기 열교환부의 사이에, 상기 타르억제판과 상기 열교환부의 양쪽에 부분적으로 접촉하는 타르억제판지지부를 구비한 제 9 발명의 촉매연소장치이다.
제 11 발명(본 발명의 청구항 11에 대응)은, 상기 연소실을 형성하는 벽 중, 상기 복사수열부의 면과 실질상 수직인 2벽 중 적어도 한쪽의 벽은 착탈 가능한 제 1 내지 제 10 발명 중 어느 하나의 촉매연소장치이다.
제 12 발명(본 발명의 청구항 12에 대응)은, 적어도 한쪽의 상기 벽은 금속에 의해 구성, 또는 금속산화물막으로 피복된 것을 특징으로 하는 제 11 발명의 촉매연소장치이다.
제 13 발명(본 발명의 청구항 13에 대응)은, 상기 촉매연소부의 상류면에 대하여 실질상 평행한 유로구획판이 설치되어 있는 제 1 내지 제 12 발명 중 어느 하나의 촉매연소장치이다.
제 14 발명(본 발명의 청구항 14에 대응)은, 상기 유로구획판과 상기 벽이 일체화된 제 13 발명의 촉매연소장치이다.
제 15 발명(본 발명의 청구항 15에 대응)은, 상류에 연료공급부 및 연소용 공기공급부, 하류에 연소가스 배기구를 갖는 연소실과, 상기 연소실 내에 설치된 상류면과 하류면이 실질상 평행한 촉매연소부에서 상기 연소실 내에 공급되는 연료와 공기의 혼합기체를 반응시켜 발열시키는 촉매연소장치에서의 틀체부분의 제조방법에 있어서,
상기 틀체부분은,
상기 연소실 벽의 일부를 구성하는 열교환부와,
상기 열교환부로부터 상기 연소실 내로 돌출하고, 상기 촉매연소부 근방에 설치된 핀형 복사수열부와,
상기 촉매연소부의 하류측에 상기 열교환부로부터 상기 연소실 내로 돌출하여 설치되어, 상기 복사수열부의 면과 실질상 같은 방향을 향한 면을 갖는 대류전열부를 구비하고,
상기 핀형 복사수열부의 면과, 상기 열교환부의 면과, 상기 대류전열부의 면은 각각 같은 방향을 향하고 있으며,
상기 핀형 복사수열부와, 상기 열교환부와, 상기 대류전열부를 압출성형에 의해서 일체 성형하는 촉매연소장치의 틀체부분의 제조방법이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시에는 통풍성을 갖고, 각종 연료에 대하여 산화활성을 갖는 촉매연소부, 착화장치나 유량제어장치, 연료와 공기의 혼합기, 또는 필요에 따라 액체연료의 기화기, 온도검출장치나 구동장치 등이 필요해진다.
촉매연소부로서는 금속이나 세라믹의 벌집형 담체, 또는 세라믹 섬유편조체, 다공질 소결체 등에, 백금이나 팔라듐 등의 귀금속을 주성분으로 한 활성성분을 함유시킨 것을 이용할 수 있다.
또한, 공기나 기체연료의 유량제어에는 수동의 니들밸브나 전동의 솔레노이드밸브 등이 사용되고, 액체연료의 경우에는 전자펌프 등을 사용한다.
그 밖의 구동부분은 수동레버조작, 자동제어의 모터구동 등이 가능하고, 착화장치로서는 전기히터나 방전점화기 등을 사용할 수 있다.
또, 이들은 모두 종래부터 널리 채용되어 있는 수단이고, 다른 공지의 수단으로도 가능하다.
(제 1 실시예)
도 1은 본 발명에 관한 촉매연소장치의 제 1 실시예의 사시도이다. 도 1에서, 1은 연료공급경로, 2는 공기공급경로, 3은 열교환부, 4는 배기구이다. 또한, 5는 통기성을 갖는 백금족 금속을 함유한 세락믹 벌집형의 촉매연소부, 6은 촉매지지부이고, 촉매연소부(5)를 촉매지지부(6)로 위치고정하고 있다. 또한, 7은 열매체유로, 8은 열매체유로지지부이고, 열매체유로(7)를 열매체유로지지부(8)에 접촉 설치하고 있다.
또한, 열교환부(3)의 내측에 돌출된 9는 핀형 복사수열부, 10은 대류전열부이다. 또한, 11은 열교환부 측판이고, 열교환부(3)의 단면에 착탈 가능하다. 또, 본 실시예에서는 주로 열교환부(3)와, 열교환부 측판(11)으로 연소실(200)을 구성하고 있다.
다음에, 도 1에서 본 실시예의 동작과 특성에 대해서 설명한다. 연료공급경로(1)를 경유하여 공급되는 연료(여기서는 도시가스를 사용)는 공기공급경로(2)를 경유한 공기와 혼합된 후, 열교환부(3) 내에 공급된다.
또한, 혼합기체는 촉매연소부(5)에 공급되어, 산화반응이 행해진다. 이 반응열에 의해, 촉매연소부(5)의 상류온도는 양호한 연소배기가스 특성을 갖는 600℃ 이상이고, 촉매재료의 내열한계인 900℃ 이하로 제어된다. 이 때, 하류온도는 350℃에서 650℃가 된다.
이 촉매연소부(5)의 상류 및 하류측으로부터의 복사열은 복사수열부(9)에서 수열된 후, 열교환부(3) 내를 전도하여, 열매체유로지지부(8)를 경유하여, 열매체유로(7) 내를 유통하는 열매체에 전해진다. 또한, 산화반응 후의 연소배기가스는 대류전열부(10)와의 접촉을 반복하여 열교환을 행하여, 50℃에서 200℃로 된 후, 최종적으로 배기구(4)로부터 배출된다.
여기서, 복사수열부(9)의 면, 열교환부(3)의 면, 촉매지지부(6)의 면 및 열매체유로지지부(8)의 면은 같은 방향을 향하고 있다. 또, 여기서 말하는 같은 방향은 반드시 평행관계를 의미하지 않고, 촉매연소부(5)의 상류면 및 하류면에 수직이면서, 열매체유로(7) 내의 열매체의 흐름방향에 수직인 임의의 각 단면에서, 촉매연소부(5), 복사수열부(9), 열교환부(3) 및 열매체유로(7)의 각각의 단면이 항상 동일한 형상을 갖는 구성으로 한다.
또한, 열교환부(3)의 단면 중, 촉매연소부(5)의 상류면 및 하류면에 수직이면서, 열매체유로(7) 내의 열매체의 흐름방향에 수직인 2개의 면이 개방상태에 있기 때문에, 복사수열부(9), 열교환부(3), 촉매지지부(6) 및 열매체유로지지부(8)는 압출성형에 의한 일체 제조가 가능해진다. 또, 복사수열부(9), 열교환부(3), 촉매지지부(6) 및 열매체유로지지부(8)는 본 발명의 틀체를 구성하고 있다.
또한, 촉매연소부(5)를 위치고정하기 위한 촉매지지부(6)를 구비하고 있기 때문에, 촉매연소부(5)의 위치결정이 용이하고, 열교환부(3)와 촉매연소부(5) 사이의 밀봉구성도 간단하기 때문에, 제조시의 생산효율을 높이는 것이 가능하다. 이 때문에, 저비용으로 양산성이 높은 촉매연소장치를 실현할 수 있는 것이다. 또, 열교환부(3)와 촉매연소부(5) 사이의 밀봉구성은 도 1의 (b)에 나타내는 바와 같이 되어 있다. 이 밀봉(100)은 조임에 공헌하는 동시에, 열전도를 억제하는 효과도 갖는다.
또한, 열교환부(3)의 단면 중, 촉매연소부(5)의 상류면 및 하류면에 수직이면서, 열매체유로(7) 내의 열매체의 흐름방향에 수직인 하나의 면에, 착탈 가능한 열교환부 측판(11)을 구비하고 있기 때문에, 촉매연소부(5)의 열화나 크랙 등의 이상상태를 검출한 경우에는 열교환부 측판(11)을 착탈하여, 촉매연소부(5) 만을 교환하는 것이 가능해진다. 그 교환을 용이하게 하기 위해서도, 촉매연소부(5)의 상류면, 하류면도 복사수열부(9)의 면과 평행한 것이 바람직하다. 또, 화염형 연소장치이면, 대류를 중시하여 핀형 복사수열부(9)의 핀의 면은 가스의 흐름에 평행하게 되는 것이 바람직하지만, 촉매연소장치와 같이 복사열을 주로 이용하는 장치의 경우는 상술한 바와 같이, 촉매연소부(5)의 상류면, 하류면과, 복사수열부(9)의 면이 평행이어도 문제없다.
그 결과, 본 제 1 실시예에 의하면, 유지보수가 용이한 촉매연소장치를 실현할 수 있다. 또한, 교환한 촉매연소부(5)로부터 백금족의 귀금속을 회수하는 것도 가능해져, 재생성이 우수한 촉매연소장치를 실현할 수 있다.
또한, 열매체유로(7)를 열매체유로지지부(8)에 접촉 설치하고 있어, 열교환부(3)에 직접 땜납하지 않기 때문에, 분리하는 것이 용이하고, 열교환부(3)와 열매체유로(7)의 소재가 다른 경우에도, 재생성이 우수한 촉매연소장치를 실현할 수 있다.
이와 같이, 저비용으로 양산성이 높고, 유지보수가 용이한 재생성이 우수한 촉매연소장치를 제공할 수 있다.
또한, 열매체유로(7)는 촉매연소부(5)의 상류면과 하류면에 평행한 방향에 형성되어 있는 상기 열매체유로지지부(8)에 접촉 설치되어 있는 점에서 다음과 같은 장점이 있다. 즉, 도 1에 나타내는 바와 같이, 촉매연소부(5)의 천정부분에서 가열되는 현상을 고찰하면, 본 제 1 실시예에서, 그 천정부분 상에서 가열되는 열매체의 온도차는 열매체유로지지부(8)가 촉매연소부(5)의 상류면과 하류면에 수직인 방향에 형성되어 있는 경우에 비해서 비교적 작다. 즉, 열매체유로지지부(8)가 촉매연소부(5)의 상류면과 하류면에 수직인 방향에 형성되어 있으면, 천정면의 길이방향을 여러번 열매체유로(7)가 서로 가로지르게 되어 결국 열매체의 온도차가 커진다.
또, 본 실시예에서 기체연료를 사용하고 있지만, 액체연료의 기화부를 설치하면, 액체연료를 사용해도 되고, 상기와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 열매체유로(7)를 열교환부(3)의 외측에 배치하고 있지만, 열교환부(3)의 내부에 매설 설치, 또는 내측에 배치해도 되고, 상기와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 촉매연소부(5)는 열교환부(3)와 고온영역에서의 팽창성을 갖는 세라믹 밀봉재를 통해 배치되어 있지만, 촉매연소부(5)의 위치결정을 할 수 있는 구성으로 되어 있으면, 별도로 밀봉재를 끼울 필요는 없고, 열교환부(3)측으로의 열전도를 억제하기 때문에, 촉매지지부(6)의 형상을 촉매연소부(5)와 선접촉이 되도록 해도 상기와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 즉, 밀봉(100)을 이용하지 않는 경우는 도 1의 (c)에 나타내는 바와 같이, 촉매지지부(6)의 지지면을 M자 상에 형성하여, 촉매지지부(6)가 촉매연소부(5)에 면접촉하지 않도록 하면 된다.
또한, 열교환부 측판(11)이 열선반사율이 높은 금속재료에 의해 구성되는 경우, 또는 열교환부(3)의 내면을 열선흡수율 1 근방의 내열성 흑색도료로 피복하는 경우에는, 상기와 동일한 효과에 덧붙여, 보다 열교환 효율이 높은 촉매연소장치를 실현할 수 있다.
(제 2 실시예)
본 발명의 제 2 실시예에 대해서 설명한다. 본 제 2 실시예는 기본구성은 제 1 실시예와 동일하지만, 혼합기체의 흐름방향이 촉매연소부(5)의 상류면 및 하류면에 대략 평행이 되도록 하기 위해서, 유로구획판을 배치하고 있는 점이 다르다. 따라서, 이 상위점을 중심으로 설명한다.
도 2는 본 실시예의 사시도이다. 여기서, 12는 제 1 유로구획판, 13은 제 2 유로구획판이고, 촉매연소부(5)의 상류면 및 하류면에 대략 평행이 되도록 배치하고 있다. 또한, 14는 제 1 유로구획판 개구부, 15는 제 2 유로구획판 개구부이다.
다음에, 도 2에서 본 실시예의 동작과 특성에 대해서 설명한다. 연료공급경로(1)를 경유하여 공급되는 연료(여기서는 도시가스를 사용)는 공기공급경로(2)를 경유한 공기와 혼합된 후, 열교환부(3) 내에 공급된다.
또한, 혼합기체는 제 1 유로구획판(12)에 충돌하여, 핀형 복사수열부(9)에 평행한 흐름을 형성하여, 제 1 유로구획판 개구부(14)(도면 바로 앞)로부터, 제 1 유로구획판(12)과 촉매연소부(5) 사이의 공간에 유입된다. 여기서, 혼합기체의 일부는 촉매연소부(5)를 통과한 후, 제 2 유로구획판(13)에 충돌하여, 제 2 유로구획판(13)에 평행한 흐름을 형성하고, 또한 일부는 복사수열부(9)에 평행한 흐름을 형성한 후, 촉매연소부(5)를 통과한다.
이 때, 촉매연소부(5)의 상류온도는 600℃에서 900℃, 하류온도는 350℃에서 650℃가 된다. 촉매연소부(5)의 하류측으로부터의 복사열의 대부분은 근방에 배치된 제 2 유로구획판(13)에서 수열된 후, 복사수열부(9)에서 수열된 경우와 같이, 열교환부(3) 내를 전도하고 열매체유로지지부(8)를 경유하여 열매체유로(7) 내를 유통하는 열매체에 전해진다.
또한, 연소배기가스는 제 2 유로구획판 개구부(15)(도면 안)로부터, 제 2유로구획판(13)의 하류의 공간에 유입되어, 대류전열부(10)에 평행한 흐름을 형성한다. 이 때, 대류전열부(10)와의 접촉을 반복하여 열교환을 행하고, 50℃에서 200℃가 되어, 최종적으로 배기구(4)로부터 배출된다. 여기서, 혼합기체의 흐름방향이 촉매연소부(5)의 상류면 및 하류면, 즉, 복사수열부(9)의 면, 대류전열부(10)의 면에 대략 평행이 되도록, 제 1 유로구획판(12), 제 2 유로구획판(13)을 배치함으로써, 복사수열부(9), 대류전열부(10)로의 열전달량을 증가시키는 동시에, 제 1 실시예와 같이, 열교환부(3)의 압출성형에 의한 제조도 가능해진다.
또한, 열교환부(3)의 최하류면에도 대류전열부(10)를 설치하는 것이 가능해져, 전열면적도 증가한다. 이 때문에, 저비용으로 양산성이 높고 열교환 효율이 높은 촉매연소장치를 실현할 수 있다.
또한, 열교환부(3)와 일체 구성으로 한 제 2 유로구획판(13)을촉매연소부(5)의 하류면의 근방에 배치함으로써, 대류에 의한 열전달에 덧붙여, 하류측으로부터의 복사열의 대부분도 수열할 수 있기 때문에, 열교환 효율이 높은 촉매연소장치를 실현할 수 있다.
또한, 열교환부(3)의 기계적 강도도 높아지므로, 운반시에 낙하 등의 충격에 대한 강도가 향상되는 동시에, 양산시의 제조 수율의 향상도 기대할 수 있다. 이 때문에, 양산성이 높은 촉매연소장치를 실현할 수 있다.
이와 같이, 저비용으로 양산성이 높고 열교환 효율이 높은 촉매연소장치를 제공할 수 있다.
또, 본 제 2 실시예에서 기체연료를 사용하고 있지만, 액체연료의 기화부를 설치하면, 액체연료를 사용해도 되고, 상기와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 열매체유로(7)를 도 2와 같이, 열교환부(3)의 내부에 매설 설치하고 있지만, 열교환부(3)의 외측, 또는 내측에 배치해도 되고, 상기와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 촉매연소부(5)는 열교환부(3)와 고온영역에서의 팽창성을 갖는 세라믹 밀봉재를 통해 배치되어 있지만, 촉매연소부(5)의 위치결정을 할 수 있는 구성으로 되어 있으면, 별도의 밀봉재를 사이에 끼울 필요는 없고, 열교환부(3)측으로의 열전도를 억제하기 때문에, 촉매지지부(6)의 형상을 촉매연소부(5)와 선접촉이 되도록 해도 상기와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 열교환부 측판(11)이 열선반사율이 높은 금속재료에 의해 구성되는 경우, 또는 열교환부(3)의 내면을 열선흡수율 1 근방의 내열성 흑색도료로 피복하는경우에는, 상기와 동일한 효과에 덧붙여, 보다 열교환 효율이 높은 촉매연소장치를 실현할 수 있다.
(제 3 실시예)
본 발명의 제 3 실시예에 대해서 설명한다. 본 실시예는 기본구성은 제 1 실시예와 동일하지만, 촉매연소부(5)의 상류에 액체연료의 기화부를 설치하는 동시에, 촉매연소부(5)와 기화부 사이의, 열교환부(3)의 내측 표면에, 열교환부(3)의 기재보다 열전도율이 낮은 재료로 이루어지는 타르억제판을 설치하고 있는 점이 다르다. 따라서, 이 상위점을 중심으로 하여 설명한다.
도 3은 본 제 3 실시예의 사시도이다. 여기서, 16은 액체연료의 기화부, 17은 타르억제판이고, 열교환부(3)의 기재보다 열전도율이 낮은 재료로 이루어져 있다. 또한, 18은 정류판이다.
다음에, 도 3에서 본 실시예의 동작과 특성에 대해서 설명한다. 연료공급경로를 경유한 연료(여기서는 등유를 사용)는 기화부(16)에 분출되고, 여기서, 기화된다. 또한, 정류판(18)에 충돌하여, 공기와 혼합된 후, 촉매연소부(5)에 공급된다.
이 때, 촉매연소부(5)의 상류온도는 600℃에서 900℃, 하류온도는 350℃에서 650℃가 된다. 이 촉매연소부(5)의 상류측에는 다량의 복사열이 방산되지만, 열매체유로(7)를 열교환부(3)에 접촉 설치하고 있기 때문에, 촉매연소부(5)의 상류측에 복사수열부(9)를 설치하는 경우에는 이 선단부는 60℃ 정도가 되어, 기화한 액체연료가 재응축하여, 타르가 부착하기 쉬운 조건이 된다.
그러나, 본 제 3 실시예에서는 열교환부(3)의 기재인 알루미늄보다도 열전도율이 낮은 스테인레스제의 타르억제판(17)을 설치하고 있기 때문에, 이 표면온도는 160℃ 근방까지 상승하여, 타르의 부착을 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 타르억제판(17)에 열교환부(3)측에 돌출한 타르억제판지지부(171)를 설치하여, 타르억제판(17)과 열교환부(3)를 점 또는 선접촉으로 함으로써, 타르억제판(17)의 표면온도는 더욱 상승하기 때문에, 더욱 타르의 부착을 어렵게 하는 것이 가능해진다.
이와 같이, 촉매연소부(5) 상류에, 액체연료의 기화부(16)를 설치하는 경우에도, 촉매연소부(5)와 기화부(16) 사이의, 열교환부(3)의 내측 표면에, 열교환부(3)의 기재보다 열전도율이 낮은 재료로 이루어지는 타르억제판(17)을 설치함으로써, 타르부착에 의한 악취의 발생, 또는 축적된 타르에 기인하는 발화의 두려움이 없이, 쾌적성과 안전성이 우수한 촉매연소장치를 제공할 수 있다.
또, 본 제 3 실시예에서 열매체유로(7)를 열교환부(3)의 내부에 매설 설치하고 있지만, 열교환부(3)의 외측, 또는 내측에 배치해도 되고, 상기와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 열교환부(3)측으로의 열전도를 억제하기 위해서, 촉매지지부(6)를 촉매연소부(5)와 선접촉이 되는 형상으로 하고, 이 선접촉부로 밀봉하는 구성으로 되어 있지만, 열교환부(3)와 고온영역에서의 팽창성을 갖는 세라믹 밀봉재를 통해 배치해도 되고, 상기와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
이상, 본 발명을 기체와 액체연료의 촉매연소장치에 실시한 예로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아닌 것은 물론이다. 즉, 다음과 같은 경우도 본 발명에 포함된다.
연료종류로서는 배관공급되는 기체연료이거나, 또한 등유와 같은 액체연료를 사용하는 경우도 적용할 수 있다. 연료탱크로부터 공급되는 액화가스연료와 같은 고압공급의 가스연료인 경우에는, 반드시 송풍팬과 같은 공기공급수단을 부가할 필요는 없고, 노즐과 스로트(throat)와 같이 연료가스의 분출압력을 이용하여 공기를 흡인도입하는 수단이 부가된다. 또한 액체연료를 사용하는 경우에는, 액제연료를 기화시키는 수단이 부가된다.
또한, 촉매연소부의 담체로는 세라믹 벌집형의 것을 이용하고 있지만, 혼합기가 유통할 수 있는 복수의 연통구멍을 갖는 것이면, 그 소재나 형상에 한정은 없고, 예컨대, 세라믹이나 금속의 소결체, 금속벌집형이나 금속부직포, 세라믹 섬유의 편조체 등이 이용 가능하고, 형상도 평판에 한정되지 않고, 만곡형상이나 통형상 혹은 파형판형상 등, 소재의 가공성과 용도에 따라서 임의로 설정할 수 있다.
또한 활성성분으로서는, 백금, 팔라듐, 로듐 등의 백금속의 귀금속이 일반적이지만, 이들의 혼합체나 다른 금속 또는 그 산화물 및 이들과의 혼합조성이어도 되고, 연료종류나 사용조건에 따른 활성성분의 선택이 가능하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 관한 촉매연소장치에서는 그 틀체는 압출성형에 의한 제조가 가능해진다.
또한, 촉매연소부를 위치고정하기 위한 촉매지지부를 구비하고 있는 경우는촉매연소부의 위치결정이 용이하고, 열교환부와 촉매연소부 사이의 밀봉구성도 간단하기 때문에, 제조시의 생산효율을 높이는 것이 가능하다. 이 때문에, 저비용으로 양산성이 높은 촉매연소장치를 실현할 수 있다.
또한, 열교환부의 단면 중, 착탈 가능한 열교환부 측판을 구비하고 있는 경우는 촉매연소부의 열화나 크랙 등의 이상상태를 검출한 경우에, 열교환부 측판을 착탈하여, 촉매연소부만을 교환하는 것이 가능해진다. 이 때문에, 유지보수가 용이한 촉매연소장치를 실현할 수 있다. 또한, 교환한 촉매연소부로부터 백금족의 귀금속을 회수하는 것도 가능해져, 재생성이 우수한 촉매연소장치를 실현할 수 있다.
또한, 열매체유로를 열매체유로지지부에 접촉 설치하여, 열교환부에 땜납하지 않은 경우는 분리하는 것이 용이하고, 열교환부와 열매체유로의 소재가 다른 경우에도, 재생성이 우수한 촉매연소장치를 실현할 수 있다.
또한, 혼합기의 흐름방향이 촉매연소부의 상류 및 하류면 즉, 복사수열부, 대류전열부에 대략 평행이 되도록, 제 1 유로구획판, 제 2 유로구획판을 배치하는 경우에는, 복사수열부, 대류전열부로의 열전달량을 증가시키는 동시에, 열교환부의 압출성형에 의한 제조도 가능해진다. 또한, 열교환부의 최하류면에도 복사수열부를 설치하는 것이 가능해져, 전열면적도 증가한다. 이 때문에, 저비용으로 양산성이 높고 열교환 효율이 높은 촉매연소장치를 실현할 수 있다.
또한, 열교환부와 일체 구성으로 한 제 2 유로구획판을 촉매연소부의 하류면의 근방에 배치하는 경우에는, 대류에 의한 열전달에 덧붙여, 하류측으로부터의 복사열의 대부분도 수열할 수 있으므로, 열교환 효율이 높은 촉매연소장치를 실현할수 있다. 또한, 열교환부의 기계적 강도도 높아지므로, 운반시에 낙하 등의 충격에 대한 강도가 향상되는 동시에, 양산시의 제조 수율의 향상도 기대할 수 있다. 이 때문에, 양산성이 높은 촉매연소장치를 실현할 수 있다.
또한, 촉매연소부의 상류에 액체연료의 기화부를 설치하는 경우에, 촉매연소부와 기화부 사이의 열교환부의 내측 표면에, 열교환부의 기재보다 열전도율이 낮은 재료로 이루어지는 타르억제판을 설치하는 경우에는, 타르부착에 의한 악취의 발생, 또는 축적된 타르에 기인하는 발화의 두려움이 없이, 쾌적성과 안전성이 우수한 촉매연소장치를 제공할 수 있다.
Claims (15)
- 상류에 연료공급부 및 연소용 공기공급부, 하류에 연소가스 배기구를 갖는 연소실과, 상기 연소실 내에 설치된 상류면과 하류면이 실질상 평행한 촉매연소부에서, 상기 연소실 내에 공급되는 연료와 공기의 혼합기체를 반응시켜 발열시키는 촉매연소장치에 있어서,상기 연소실 벽의 일부를 구성하는 열교환부와,상기 열교환부로부터 상기 연소실 내로 돌출하여 상기 촉매연소부의 근방에 설치된 핀형 복사수열부를 구비하고,적어도 상기 핀형 복사수열부의 면과, 상기 열교환부의 면은 각각 같은 방향을 향하고 있는 촉매연소장치.
- 제 1항에 있어서,상기 촉매연소부의 하류측에 상기 열교환부로부터 상기 연소실 내로 돌출하여 설치되어, 상기 복사수열부의 면과 실질상 같은 방향을 향한 면을 갖는 대류전열부를 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 촉매연소장치.
- 제 2항에 있어서,상기 열교환부, 상기 복사수열부 및 상기 대류전열부는 압출성형에 의해서 일체 성형된 것을 특징으로 하는 촉매연소장치.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 촉매연소부를 지지하는 촉매지지부의 촉매연소부측의 면은 상기 복사수열부의 면과 실질상 같은 방향을 향하고 있는 것을 특징으로 하는 촉매연소장치.
- 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,상기 촉매연소부의 면도 상기 복사수열부의 면과 같은 방향을 향하고 있는 촉매연소장치.
- 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,열매체가 유통하는 열매체유로와, 그 열매체유로를 지지하는 열매체유로지지부를 추가로 구비하고,상기 열매체유로 내의 열매체의 흐름방향이 상기 촉매연소부의 면과 실질상 평행이 되도록, 상기 열교환부 상에 상기 열매체유로지지부가 설치되어 있는 촉매연소장치.
- 제 1항 내지 제 6항 중 어는 한 항에 있어서,상기 열교환부의 상기 촉매연소부측의 면을 방사율 1 근방의 내열성 도료로 피복한 것을 특징으로 하는 촉매연소장치.
- 제 1항 내지 제 7항 중 어는 한 항에 있어서,액체연료를 기화하는 기화부를 추가로 구비하고, 상기 촉매연소부의 하류 이후에 상기 복사수열부가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 촉매연소장치.
- 제 8항에 있어서,상기 촉매연소부의 상류에 상기 열교환부의 상기 촉매연소부측의 면을 덮고, 상기 열교환부의 기재보다 열전도율이 낮은 재료로 이루어지는 타르억제판이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 촉매연소장치.
- 제 9항에 있어서,상기 타르억제판과 상기 열교환부 사이에, 상기 타르억제판과 상기 열교환부의 양쪽에 부분적으로 접촉하는 타르억제판지지부를 구비한 것을 특징으로 하는 촉매연소장치.
- 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,상기 연소실을 형성하는 벽 중, 상기 복사수열부의 면과 실질상 수직인 2벽 중 적어도 한쪽의 벽은 착탈 가능한 것을 특징으로 하는 촉매연소장치.
- 제 11항에 있어서,적어도 한쪽의 상기 벽은 금속에 의해 구성, 또는 금속산화물막으로 피복된것을 특징으로 하는 촉매연소장치.
- 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,상기 촉매연소부의 상류면에 대하여 실질상 평행한 유로구획판이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 촉매연소장치.
- 제 13항에 있어서,상기 유로구획판과 상기 벽이 일체화된 것을 특징으로 하는 촉매연소장치.
- 상류에 연료공급부 및 연소용 공기공급부, 하류에 연소가스 배기구를 갖는 연소실과, 상기 연소실 내에 설치된 상류면과 하류면이 실질상 평행한 촉매연소부에서 상기 연소실 내에 공급되는 연료와 공기의 혼합기체를 반응시켜 발열시키는 촉매연소장치에서의 틀체부분의 제조방법에 있어서,상기 틀체부분은,상기 연소실 벽의 일부를 구성하는 열교환부와,상기 열교환부로부터 상기 연소실 내로 돌출하고, 상기 촉매연소부 근방에 설치된 핀형 복사수열부와,상기 촉매연소부의 하류측에 상기 열교환부로부터 상기 연소실 내로 돌출하여 설치되어, 상기 복사수열부의 면과 실질상 같은 방향을 향한 면을 갖는 대류전열부를 구비하고,상기 핀형 복사수열부의 면과, 상기 열교환부의 면과, 상기 대류전열부의 면은 각각 같은 방향을 향하고 있으며,상기 핀형 복사수열부와, 상기 열교환부와, 상기 대류전열부를 압출성형에 의해서 일체 성형하는 촉매연소장치의 틀체부분의 제조방법.
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