KR20090009284A

KR20090009284A - 탄화수소계 연료의 연소장치 및 이를 열발생원으로 구비한 장치

Info

Publication number: KR20090009284A
Application number: KR1020087029332A
Authority: KR
Inventors: 토쿠조 야마모토; 카즈노리 야마모토
Original assignee: 신카 가부시키가이샤
Priority date: 2006-05-01
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2009-01-22
Also published as: JPWO2007129604A1; WO2007129604A1; EP2017528A1; CN101432573A; JP4385080B2; CN101432573B; KR101071660B1

Abstract

본 발명에 따른 연소로의 길이는 화염 말단의 위치가 상기 연소로 타단 보다 연소로 내부에 있어 화염 말단 위치와 타단 사이에 일정한 거리를 마련하는데 충분하고, 상기 연소로의 내경은 상기 화염과 접촉되지 않는 범위 내에서 최소값 이상이며, 상기 연소로 내부의 상기 화염 말단으로부터 상기 배기구 사이의 하나 또는 복수의 위치에서 산소함유기체의 유동경로를 좁게 제한하는 구성을 나타낸다.

Description

탄화수소계 연료의 연소장치 및 이를 열발생원으로 구비한 장치{COMBUSTOR OF HYDROCARBON BASED FUEL AND DEVICE COMPRISING COMBUSTOR OF HYDROCARBON BASED FUEL AS HEAT GENERATION SOURCE}

본 발명은 탄화수소계 연료의 연소장치 및 이를 열발생원으로 구비한 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 탄화수소계 연료(hydrocarbon based fuel)의 완전연소를 통해 연료의 유효이용(effectively utilizing)을 가능케 하는 탄화수소계 연료의 연소장치 및 상기 탄화수소계 연료의 연소장치를 열발생원으로 구비한 장치에 관한 것이다.

일례로 원예 하우스(horticultural greenhouse) 내부를 온풍으로 난방하기 위한 종래의 온풍 보일러(101, warm air boiler)는 도 7에 나타난 것처럼, 건-타입 버너(102, gun type burner)의 분사 노즐(injection nozzle)을 대구경의 연소로(104, combustion furnace)의 내부에서 연소시킴으로써 연소로(104) 내부로 연소가스(combustion gas)를 충만시켜 연소로(104) 내부를 고온으로 조성하고, 고온 연소 배기가스(high temperature combustion exhaust gas)를 열교환기(107, heat exchanger)의 파이프 내부로 통과시키며, 송풍팬(105, air blower fan)에 의해 연소로(104)와 열교환기(107)로 공급되어 고온으로 열 교환된 공기를 원예 하우스로 보낸다. 덧붙여, 연소로(104) 내부의 열 교환된 배기가스는 굴뚝(smokestack)을 통해 원예 하우스 밖으로 배기된다. (일본 특허공개번호 2002-34355호 참조)

상기 온풍 보일러는 열교환율을 높이기 위해 연소로를 대구경으로 하지만, 건 타입 버너에서는 액체 연료를 노즐로 분무시킨 후 연소시킬 때 액체 연료의 많은 양이 연소되지 못하고 연소로 내면에 부착되는 등 불완전 연소상태가 된다,

이로 인해 일산화탄소, 미연소물질 등의 유독가스가 발생해서 하우스 밖으로 배기되어 바깥 공기에 유해물질이 방출되고 환경에 악영향을 미친다. 하물며, 이러한 배기가스가 하우스 내부로 배출되면 식물의 성장에 유해하거나 하우스 내에서 작업하는 사람의 건강을 해치거나 일산화탄소 중독사고를 일으킬 수도 있다.

또, 상기 온풍 보일러는 송풍팬을 통해 송풍된 공기를 연소로 및 열교환기 외표면에서 열교환 시키지만, 연소 가스는 고온 상태로 굴뚝을 통해 바깥으로 배기되므로 열교환율이 낮고 연비가 매우 좋지 않다.

또, 사우나용 난방장치 등에 있어서, 배기관을 굴곡 구조(meandering structure)로 하는 것은 완전연소와 동시에 열교환 효율을 향상시키는 효과가 있다. 하지만, 해당 장치에 사용될 수 있는 버너의 화염 분사 노즐의 사이즈는 작은 것으로 한정되므로 연소로 내부 온도는 400℃ 이하로 예측된다. 또, 무리하게 화염 분사 노즐 사이즈를 크게 하면 흑연이 발생되어 완전 연소 상태를 유지할 수 없음을 본 발명자는 확인하였다.

본 발명은 상기의 문제점을 참고해 창안된 것으로, 건 타입 버너로 완전 연소시켜 연소가스를 유효하게 이용할 수 있는 탄화수소계 연료의 연소장치 및 이를 열발생원으로 구비한 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 탄화수소계 연료의 연소장치는: 연료원으로부터 연료가 공급되고 그 선단에 화염 분사 노즐이 장착된 화염분사기, 산소 또는 산소를 포함하는 가스(gas)로 이루어진 산소 함유 가스를 송출하는 송풍기, 및 상기 화염 분사기를 둘러싸도록 상기 송풍기의 전방으로부터 상기 화염 분사노즐의 축 방향을 향해 동심원 형태로 연장된 송풍관(air blowing pipe)이 구비되어, 상기 화염 분사 노즐로부터 화염이 분사되는 버너; 및 일단이 상기 버너에 연결되고 타단 또는 그 주변에 배기구가 설치된 통 모양의 연소로를 포함한다. 이때, 상기 송풍기는 상기 송풍관을 통해 상기 연소로 내부로만 상기 산소 함유기체를 송풍하고, 상기 화염 분사기는 상기 연소로 내부로만 상기 화염을 분사하고, 상기 송풍기로부터 송풍된 상기 산소 함유 기체는 상기 배기구만으로 배출된다. 또한 상기 연소로는 상기 화염 말단의 위치가 상기 배기구의 위치보다 상기 연소로 내부에 있도록 그 길이가 상기 화염 말단과 상기 배기구 사이로 일정한 거리를 제공하기에 충분하고, 상기 연소로의 내경은 상기 화염과 접촉되지 않는 범위 내의 최소값 이상이고, 상기 연소로 내부의 상기 화염 말단으로부터 상기 배기구 사이의 영역에는 하나 또는 복수의 개소에서 상기 산소 함유 기체의 유동경로를 좁게 제한하는 구성을 나타낸다.

여기서, 상기 연소로의 내경은 상기 화염과 접촉되지 않는 범위 내의 최소값 이상을 나타내는바, 좁은 공간의 연소로 내부에서 탄화수소계 연료가 연소되므로 이하의 4가지 효과를 얻는 동시에 과제를 해결할 수 있다.

첫째, 건 타입 버너로 액체 연료를 노즐로부터 분사시켜 연소할 때 액체연료의 상당량이 연소하지 않고 연소로 내면에 부착되더라도 연소로 내면의 바로 옆은 화염이고 고온이므로 부착된 액체 연료는 즉시 기화되어 그 자리에서 연소된다.

둘째, 종래의 대구경 연소로의 버너로부터 송출되는 산소 함유 기체 내에는 화염으로부터 먼 위치를 통과함에 따라 연소에 이용되지 못하고 연소로 외부로 배출되는 일부가 존재하는 동시에 화염 근방을 통과하는 산소 함유 기체 중의 산소는 급속히 연소 및 소비되므로 화염 근방의 산소 농도가 낮아진다. 하지만 본 발명은 버너로부터 송출되는 산소 함유기체가 모두 고온의 화염 바로 옆을 통과하므로 화염 근처의 산소 농도는 종래의 대구경 연소로에 비해 높게 유지되어 연소의 산소 이용효율이 현저히 향상된다.

셋째, 연소로 내부가 좁은 공간을 이루므로 연소로 내부가 쉽게 고온으로 가열되어 완전 연소가 촉진된다.

넷째, 상기 셋째 효과에 의해 연소로 내부 온도가 쉽게 고온으로 가열되는 것으로부터 더 나아가 상기 둘째 효과에 부수되는 효과로서, 버너로부터 송출되는 산소 함유 기체는 모두 고온의 화염 바로 옆을 통과하므로 산소 함유 기체가 효율적으로 고온 가열되어 예열공기연소와 같은 연소상태가 실현된다. 따라서 비록 산소 농도가 낮아도 완전 연소되어 일산화탄소나 미연소 물질 등의 유독 가스 뿐만 아니라 NOx 등의 유해물질 발생을 억제할 수 있다.

또한, 상기 연소로 내부의 상기 화염 말단으로부터 상기 배기구 사이의 영역에서는 하나 또는 복수의 개소에서 상기 산소 함유 기체의 유동경로가 좁게 제한되어 상기 연소로 내부의 기압이 높아지는바, 상기의 4가지 효과는 한층 더 강조되어 연소로 내부에서는 800℃ 이상의 고온 상태에서 연소가 진행되며, 버너의 화염 분사 노즐의 사이즈를 크게 해도 완전 연소 상태 및 예열공기연소 상태를 유지할 수 있어 일산화탄소나 미연소 물질 등의 유독가스 뿐만 아니라 NOx 등의 유해물질 발생을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 탄화수소계 연료의 연소장치는 상기 연소로 내부의 상기 화염 말단으로부터 상기 배기구까지의 영역 중 적어도 일부 영역에서 상기 산소 함유 기체의 흐름 방향이 상기 송풍기로부터 송풍되는 산소 함유 기체의 흐름 방향과 실질적으로 반대방향을 나타낸다.

이때, 상기 연소로 내부의 상기 화염 말단으로부터 상기 배기구까지의 하나 또는 여러 영역에서 상기 산소 함유 기체의 유동경로를 좁게 제한하는 것과 더불어 상기 연소로 내부의 상기 화염 말단으로부터 상기 배기구까지의 영역 중 적어도 일부 영역에서 상기 산소 함유 기체의 흐름 방향이 상기 송풍기로부터 송풍되는 산소 함유 기체의 흐름 방향과 실질적으로 반대방향을 보임에 따라 상기 배기관 내부를 흐르는 상기 산소 함유 기체의 흐름은 한층 억제된다. 따라서 앞서 4가지 효과는 한층 더 강조되어 연소로 내부에서는 800℃ 이상의 고온 상태에서 연소가 진행되며, 버너의 화염 분사 노즐의 사이즈를 크게 해도 완전 연소 상태 및 예열공기연소 상태를 유지할 수 있어 일산화탄소나 미연소 물질 등의 유독가스 뿐만 아니라 NOx 등의 유해물질 발생을 억제할 수 있다.

또한, 상기 화염에 의해 상기 연소로 내벽에 근접된 전체 또는 일부분의 온도가 800℃ 이상 상승함에 따라 노즐로부터 분사된 연료 중 연소되지 않고 연소로 내벽에 부착되는 탄화수소계 연료가 완전 연소되어 일산화탄소나 미연소 물질 등의 유독가스 뿐만 아니라 NOx 등의 유해물질 발생을 억제할 수 있다.

또한, 상기 탄화수소계 연료는 원유, 중유, 등유, 경유, 제트연료, 가솔린, 나프타, LPG, LNG로 구성되는 탄화수소계 연료 중 선택된 하나 또는 복수의 혼합으로 이루어지는데, 특히 등유 또는 경유를 사용하면 현저한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상기의 탄화수소계 연료의 연소장치를 열발생원으로 구비한 장치로는 비닐 하우스용 온풍 보일러가 가능하고, 상기 연소로에서 배기되는 연소가스를 온풍으로 병용할 수 있어 연료의 사용량을 큰 폭으로 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 탄화수소계 연료의 연소장치에 대한 일례를 보인 측면도.

도 2는 본 발명에 따른 탄화수소계 연료의 연소장치에 대한 변형예를 보인 측면도.

도 3은 본 발명에 따른 탄화수소계 연료의 연소장치에 있어서 배기구의 설치 구조에 대한 일례를 보인 측면도.

도 4는 본 발명에 따른 탄화수소계 연료의 연소장치에 있어서 배기구의 설치구조에 대한 변형예를 보인 측면도.

도 5는 도 1의 연소장치를 구비한 온풍 보일러의 일례를 나타낸 측면도.

도 6은 도 2의 연소장치를 구비한 온풍 보일러의 변형예를 보인 측면도.

도 7은 일반적인 온풍 보일러의 일례를 나타낸 측면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 연소장치 2 : 연소로

3 : 일단 4 : 버너

5 : 화염 분사기 6 : 송풍기

7 : 송풍관 8 : 타단

9 : 배기관 10 : 돌기부

11 : 온풍 보일러 12 : 연소 장치 수납 케이스

13 : 송풍팬 14 : 온풍 송풍구

20 : 화염 분사노즐 21 : 배기구

22 : 덮개

이하, 도면을 참조해서 본 발명의 바람직한 실시예를 살펴본다.

도 1은 본 발명에 따른 탄화수소계 연료의 연소장치에 대한 일례를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 탄화수소계 연료의 연소장치에 대한 변형예를 나타낸 도면이다.

보이는 것처럼, 연소장치(1)는 전체 길이 1500mm, 내경 250mm의 통 형상의 연소로(2)와, 상기 연소로(2)의 일단(3)에 연결된 건 타입 버너(4)를 포함한다. 이때, 버너(4)는 연료원(fuel source)으로부터 연료(예를 들면 등유(kerosene))가 공급되고 그 선단에 화염 분사노즐(20)이 장착된 화염 분사기(5)와, 산소 또는 산소를 포함하는 기체로부터 완성되는 산소 함유 기체를 송출하는 송풍기(6)와, 상기 화염 분사기(5)를 둘러싸도록 상기 송풍기(6)의 전방으로부터 상기 화염 분사노즐(20)의 축 방향을 향해 동심원 형태로 연장된 송풍관(7)을 포함한다.

여기서, 상기 연소로(2)의 일단(3)에는 상기 버너(4)의 화염 분사기(5) 및 송풍관(7) 만이 상기 연소로(2) 내부로 설치되고, 상기 화염 분사기(5)의 화염 분사노즐(20)은 상기 연소로(2)의 동심축선상에서 상기 연소로(2)의 타단(8)을 향해 돌출된 상태로 연결된다. 그리고 상기 연소로(2)의 타단(8)은 내경이 100mm 이며, 윗쪽에 배기구(21)가 구비된 배기관(9)이 연결된다.

또, 상기 연소로(2) 내에 설치된 상기 화염 분사노즐(20)에서 분사되는 화염 말단으로부터 상기 연소로(2)의 타단(8)까지의 영역에는 상기 산소 함유 기체의 유동경로(fluid passage)를 좁게 제한하기 위한 돌기부(10)가 상기 연소로(2)의 내주면을 따라 설치된다.

따라서, 상기 연소로(2) 내부로 설치된 상기 화염 분사 노즐(20)에서 분사되는 화염 말단으로부터 상기 배기구(21) 사이의 영역에 해당되는 상기 산소 함유 기 체의 유동경로는 상기 돌기부(10) 및 상기 연소로(2) 타단(8)에 연결된 배기관(9)에 의해 좁게 제한된다.

또한, 도 2에 나타난 것처럼, 내경이 300mm 인 상기 연소로(2)의 일단(3)에는 상기 버너(4)의 화염 분사기 및 송풍관(7) 만이 상기 연소로(2) 내에 설치되고, 상기 화염 분사기의 화염 분사노즐은 상기 연소로(2)의 동심축선상에서 상기 연소로(2)의 개방단(open end)을 향해 돌출된 상태로 연결되며, 상기 연소로(2)의 타단(8)에는 내경이 200mm인 배기관(9)이 연결되고, 상기 배기관(9)은 그 내부를 흐르는 산소 함유 기체와 연소로(2)를 흐르는 산소 함유 기체의 흐름 방향이 역방향이 되도록 180°접어 구부러진 다음 다시 산소 함유 기체의 흐름 방향이 역방향이 되도록 180°접어 구부러져 있다. 또한, 상기 연소로(2) 내부로 설치된 상기 화염 분사노즐(20)로부터 분사되는 화염의 말단으로부터 상기 연소로(2)의 타단(8) 사이의 영역 및 상기 배기관(9)의 내부 영역에는 상기 산소 함유 기체의 유동경로를 좁게 제한하기 위한 돌기부(10)가 상기 연소로(2) 내주면 및 상기 배기관(9) 내주면을 따라 설치되어 있다.

따라서, 상기 연소로(2) 내부로 설치된 상기 화염 분사노즐로부터 분사되는 화염의 말단으로부터 상기 배기구(21) 사이의 영역에 해당되는 상기 산소 함유 기체의 유동경로는 상기 연소로(2)의 타단(8)에 연결된 배기관(9) 및 돌기부(10)에 의해 좁게 제한되는 한편, 상기 연소로(2) 내부의 화염 말단으로부터 배기구(21) 사이의 적어도 일부 영역에서 상기 산소 함유 기체의 흐름 방향은 상기 송풍기(6)에 의한 상기 산소 함유 기체의 송출방향과 실질적으로 역방향이 된다.

이러한 구성을 나타내는 연소장치(1)에서 상기 버너(4)의 송풍기(6)는 송풍관(7)을 통해 상기 연소로(2) 내부로만 산소 함유 기체를 송출하고, 상기 화염 분사기는 상기 연소로(2) 내부로만 화염을 분사하며, 상기 산소 함유 기체와 화염에 의한 연소가스는 연소로(2)의 타단(8)에 연결된 배기관(9)의 배기구(21)를 통해 배출된다.

또는 도 3의 (a)에 나타난 것처럼, 상기 연소로(2) 일단(3)에는 상기 버너(4)의 화염 분사기 및 송풍관(7) 만이 상기 연소로(2) 내부로 설치되고, 상기 화염 분사기의 화염 분사노즐은 상기 연소로(2)의 동심축선상에서 상기 연소로(2)의 타단(8)을 향해 돌출된 상태로 연결되며, 상기 타단(8)은 밀폐된 상태로 상기 타단(8) 근방의 연소로(2) 외벽면에 배기구(21)가 형성한 구성을 나타내는 한편, 상기 연소로(2) 내에 설치된 상기 화염 분사 노즐로부터 분사되는 화염(A)의 끝단으로부터 상기 연소로(2) 내부의 상기 배기구(21) 사이의 영역에는 상기 산소 함유 기체의 유동경로를 좁게 제한하기 위한 돌기부(10)가 상기 연소로(2)의 내주면을 따라 설치된 구성을 나타낼 수도 있다.

이 경우 상기 산소 함유 기체는 상기 타단(8) 근방의 연소로(2) 외벽면에 마련된 배기구(21)를 통해 배기되고, 상기 연소로(2) 내부로 설치된 상기 화염 분사노즐로부터 분사되는 화염(A) 말단에서부터 상기 배기구(21) 사이 영역에 해당되는 상기 산소 함유 기체의 유동경로는 상기 돌기부(10) 및 배기구(21)에 의해 좁게 제한된다.

또는 도 3의 (b)에 나타난 것처럼, 상기 연소로(2) 일단(3)에는 상기 버너의 화염 분사기 및 송풍관(7) 만이 상기 연소로(2) 내부로 설치되고, 상기 화염 분사기의 화염 분사노즐은 상기 연소로(2)의 동심축선상에서 상기 연소로(2)의 타단(8)을 향해 돌출된 상태로 연결되며, 상기 타단(8)의 통로 끝 부분에는 덮개(22) 주변으로 상기 산소 함유 기체가 배출되는 배기구(21)를 형성하는 구성을 나타낼 수도 있다.

이 경우 상기 산소 함유 기체는 상기 타단(8)의 통로 끝 부분에 위치한 상기 덮개 주변으로 형성된 상기 배기구(21)를 통해 배기되고, 상기 산소 함유 기체의 유동경로는 상기 연소로(2)의 내부로 설치된 상기 화염 분사노즐로부터 분사되는 화염 말단에서부터 상기 배기구(21)사이의 영역으로 좁게 제한된다.

또는 도 4에 나타난 것처럼, 상기 연소로(2) 일단(3)에는 상기 버너의 화염 분사기 및 송풍관(7) 만이 상기 연소로(2) 내부로 설치되고, 상기 화염 분사기의 화염 분사노즐은 상기 연소로(2)의 동심축선상에서 상기 연소로(2)의 타단(8)을 향해 돌출된 상태로 연결되며, 상기 연소로(2) 내부의 상기 화염(A) 말단으로부터 타단(8)의 배기구(21) 사이에 해당되는 영역의 적어도 일부 영역에서 상기 산소 함유 기체의 흐름 방향은 상기 화염 분사기에 의한 상기 산소 함유 기체의 송출 방향과 실질적으로 역방향이 되도록 약 180°구부러진 상태를 나타내고, 상기 연소로(2) 내부에 설치된 상기 화염 분사노즐로부터 분사되는 화염(A) 말단으로부터 상기 연소로(2) 타단(8) 사이의 영역에는 상기 산소 함유 기체의 유동경로를 좁게 제한하기 위한 돌기부(10)가 상기 연소로(2) 내주면을 따라 설치된 구성을 나타낼 수도 있다.

이 경우, 상기 연소로(2)에 설치된 상기 화염 분사노즐로부터 분사되는 화염(A) 말단으로부터 상기 배기구(21) 사이에 해당되는 상기 산소 함유 기체의 유동경로는 상기 돌기부(10)에 의해 좁게 제한되는 한편, 상기 연소로(2) 내의 화염(A) 말단으로부터 배기구(21) 사이의 적어도 일부 영역에서 상기 산소 함유 기체의 흐름 방향은 상기 송풍기(6)에 의한 상기 산소 함유 기체의 송출방향과 실질적으로 역방향이 된다.

이때, 상기 각각의 경우에 있어서 연소로(2)의 내경은 화염 분사노즐로부터 분사되는 화염(A)과 접촉되지 않는 범위 내의 최소값 이상이다. 상기 화염(A)의 외경은 화염 분사노즐의 사이즈에 따라 다르지만 일례로 화염 분사노즐의 사이즈가 0.5gal/h(갤런/시간) 내지 2.0 gal/h인 경우에 연소로(2)의 내경은 150mm~250mm 범위에 있다.

또한, 상기 연소로(2)의 길이는 상기 화염(A) 말단이 상기 연소로(2)의 타단(8) 앞에 위치하는 정도의 길이, 구체적으로는 상기 화염(A) 말단이 상기 연소로(2)의 일단(3)으로부터 상기 연소로(2) 전체 길이의 2/3 이내에 위치되는 것이 바람직하다. 예를 들어 화염 분사노즐의 사이즈가 0.5gal/h(갤런/시간) 내지 2.0gal/h(갤런/시간)인 경우에 연소로(2)의 전체 길이는 600mm~4000mm 범위에 있다.

그 결과, 상기 버너(4)에서 송출되는 산소 함유 기체는 모두 화염(A)의 바로 옆을 통과하게 되므로 화염(A) 근방의 산소 농도는 종래의 대구경 연소로와 비교해서 높게 유지되고, 연소의 산소 이용효율이 현저히 향상된다. 더 나아가 연소로(2) 내부는 좁은 공간이기 때문에 연소로(A) 내부 온도가 쉽게 고온으로 되어 완전 연소를 한층 촉진한다. 또한, 송풍기(6)로부터 송풍되는 산소 함유 기체는 모두 고온의 화염(A) 바로 옆을 통과하므로 산소 함유 기체는 효율적으로 고온 가열되고, 예열공기연소(high temperature preheated air combustion)와 같은 연소상태가 실현되어 비록 산소 농도가 낮더라도 완전 연소되어 일산화탄소, 미연소 물질 등의 유독물질 발생뿐만 아니라 NOx의 발생도 억제할 수 있다.

또한, 상기 연소로(2) 내부의 상기 화염(A) 말단으로부터 상기 배기구(21) 사이의 영역에서 상기 산소 함유 기체의 유동경로가 좁게 제한되는 것과 더불어 상기 연소로(2) 내부의 상기 화염(A) 말단으로부터 상기 배기구(21) 사이의 적어도 일부 영역에서 상기 산소 함유 기체의 흐름 방향이 상기 송풍기(6)에 의한 산소 함유 기체의 송출방향과 실질적으로 반대이므로 상기 배기관(21) 내부를 흐르는 상기 산소 함유 기체의 흐름은 한층 더 억제되는바, 상기 연소로(2) 내부의 기압이 더욱 높아짐에 따라 상기 연소로(2) 내부에서는 800℃ 이상의 고온 상태에서 연소가 진행된다. 따라서 버너(4)의 화염 분사노즐의 사이즈를 크게 해도 완전 연소 상태 및 예열공기연소 상태를 유지할 수 있어 일산화탄소, 미연소 물질 등의 유독물질 발생 뿐만 아니라 NOx의 발생도 억제할 수 있다.

다음으로, 도 5는 본 발명에 따른 탄화수소계 연료의 연소장치가 구비된 온풍 보일러의 일례를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 탄화수소계 연료의 연소장치가 구비된 온풍 보일러의 변형예를 나타낸 도면이다.

여기서 온풍 보일러(11)는 도 1의 연소장치 또는 도 2의 연소장치가 수납되 는 연소장치 수납케이스(12)와, 상기 연소장치 수납케이스(12)의 상단에 설치되는 송풍팬(13)과, 상기 연소장치 수납케이스(12)에 연결된 온풍 송풍구(14)를 포함한다.

이 같은 구성의 온풍 보일러(11)는 상기 송풍팬(13)의 흡인에 의해 상기 연소장치 수납케이스(12) 외부의 공기가 상기 연소장치 수납케이스(12) 내부로 유입된다. 그리고 연소장치 수납케이스(12) 내부로 유입된 공기는 연소장치(1)의 배기관(9)으로 배기되는 연소가스와 연소장치(1)의 연소로(2) 및 배기관(9)의 외면에 접촉되어 열 교환된 공기와 혼합된 온풍이 되어 상기 온풍 송풍구(14)로 송풍된다.

연소로의 연소가스가 모두 굴뚝을 통해 비닐하우스 외부로 배기되는 도 7의 일반적인 온풍 보일러와 연소로의 연소가스가 모두 비닐하우스 내부로 보내어지는 도 6의 본 발명에 따른 온풍 보일러의 송풍온도를 비교한 시험결과가 도 1에 나타나 있다. 이때, 일반적인 온풍 보일러는 4gal/h(갤론/시간)의 분사노즐을 사용했고, 본 발명에 따른 온풍 보일러는 1.2gal/h(갤론/시간)의 분사노즐을 사용하였으며, 본 실험에서 일반적인 온풍 보일러 및 본 발명에 따른 온풍 보일러는 동등한 송풍량을 조건으로 하였다.

<표 1>

상기의 송풍온도 비교시험 결과를 참조하면, 일반적인 온풍 보일러는 화염 분사노즐의 사이즈로 4gal/h(갤론/시간)을 사용하였고 본 발명에 따른 온풍 보일러는 화염 분사노즐의 사이즈로 1.2gal/h(갤론/시간)을 사용하였음에도 불구하고 송풍온도는 일반적인 온풍 보일러 대비 3℃ 만이 낮아졌음을 확인할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 온풍 보일러는 연소로의 연소가스 모두를 온풍으로 활용하여 열교환율이 높아진 것으로 추측된다.

또한, 상기의 일반적인 온풍 보일러와 본 발명에 따른 온풍 보일러를 사용하여 300평의 장미 재배용 비닐 하우스의 내부온도를 14℃로 설정한 후 1일간 유지한 경우에 대한 연료사용량과 가동시간의 비교시험 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.

<표 2>

상기의 시험결과를 참조하면 일반적인 온풍 보일러의 1일 연료사용량이 182L인 것과 비교해서 본 발명에 따른 온풍 보일러의 1일 연료사용량은 92L인바, 연료 사용량이 약 1/2로 절감하는 것이 가능해졌다.

또한, 일반적인 온풍 보일러의 연소로로서 길이 150㎝, 내경 100㎝를 사용한 경우와 본 발명에 따른 온풍 보일러의 연소로서 길이 150㎝, 내경 15㎝를 사용한 경우에 대한 연소로 내부온도의 비교시험 결과를 아래의 표 3에 나타내었다. 이때, 버너의 노즐 사이즈는 양자 모두 2.5gal/h로 하였다.

<표 3>

상기의 비교시험 결과를 참조하면, 일반적인 연소로의 내부 온도는 680℃이고, 연소가스에는 일산화탄소 및 미연소 물질 등의 유독물질 뿐만 아니라 NOx 농도가 높아 온풍으로 활용되지 못하고 굴뚝을 통해 외부로 배출되어야 했다. 그러나 본 발명에 따른 연소로의 내부 온도는 813℃이고, 연소가스에는 일산화탄소나 미연소 물질 등의 유독물질 및 NOx가 검출되지 않아 온풍으로서 비닐하우스 내에 송출하는 것이 가능하였다.

이와 같이 연소로 내경은 상기 화염과 접촉되지 않는 범위 내의 최소값 이상으로 하고, 연소로 내부의 화염 말단으로부터 개방단 사이의 영역에서 산소 함유 기체의 유동경로를 좁게 제한함으로써 연소로의 내부 기압을 높여 800℃ 이상에서 연료(예를 들면, 등유)의 완전 연소를 가능케 하는바, 일산화탄소나 미연소 물질 등의 유독물질 발생은 물론 NOx의 발생을 억제할 수 있다.

본 발명에 따른 탄화수소계 연료의 연소장치는 연소로의 내경이 버너의 화염과 접촉되지 않는 범위 내의 최소값 이상이고, 상기 연소로 내부의 상기 화염 말단 으로부터 상기 배기구 사이의 영역에는 하나 또는 복수의 개소에서 상기 산소 함유 기체의 유동경로를 좁게 제한하는 구성을 나타내므로 연소로의 내부 기압이 높아져 상기 연소로 내부에서는 800℃ 이상의 고온 상태에서 연소가 진행되고, 이를 통해 완전연소 상태 및 예열공기연소 상태가 실현되므로 산소 농도가 낮아도 완전연소가 가능하여 일산화탄소나 미연소 물질 등의 유독가스 뿐만 아니라 NOx 등의 유해물질 발생을 억제할 수 있다.

또한, 상기 연소로 내부의 상기 화염 말단으로부터 상기 배기구까지의 영역 중 적어도 일부 영역에서 상기 산소 함유 기체의 흐름 방향이 상기 송풍기로부터 송풍되는 산소 함유 기체의 흐름 방향과 실질적으로 반대방향을 나타내므로 상기 연소로 내부 기압이 한층 더 효과적으로 높아짐에 따라 예열공기연소 상태가 실현되므로 산소 농도가 낮아도 완전연소가 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 탄화수소계 연료의 연소장치를 온풍 보일러에 적용할 경우에 유독 물질의 발생이 억제된 연소가스를 비닐하우스 내부에 온풍으로 제공할 수 있어 열교환율이 높아지고 연비가 현저하게 개선된다.

Claims

연료원으로부터 연료가 공급되고 선단에 화염 분사 노즐이 장착된 화염 분사기, 산소 또는 산소가 포함된 기체를 포함하는 산소 함유 기체를 송출하는 송풍기, 상기 화염 분사기를 둘러싸도록 상기 송풍기의 전방으로부터 상기 화염 분사노즐의 축 방향을 향해 동심원 형태로 연장된 송풍관을 구비하여 상기 화염 분사 노즐로부터 화염이 분사되는 버너; 및

일단이 상기 버너에 연결되고 타단 또는 그 주변에 배기구가 설치된 통 모양의 연소로를 포함하며,

상기 송풍기는 상기 송풍관을 통해 상기 연소로 내부로만 상기 산소 함유기체를 송풍하고, 상기 화염 분사기는 상기 연소로 내부로만 상기 화염을 분사하고, 상기 송풍기로부터 송풍된 상기 산소 함유 기체는 상기 배기구만으로 배출되고,

상기 연소로의 길이는 상기 화염 말단과 상기 배기구 사이로 일정한 거리를 제공하기에 충분하고, 상기 연소로의 내경은 상기 화염과 접촉되지 않는 범위 내의 최소값 이상이고,

상기 연소로 내부의 상기 화염 말단으로부터 상기 배기구 사이의 상기 산소 함유 기체의 이송경로는 하나 또는 복수의 위치에서 좁게 제한된 탄화수소계 연료의 연소장치.
청구항 1에 있어서,

상기 연소로 내부의 상기 화염 말단으로부터 상기 배기구 사이의 영역 중 적어도 일부 영역에서 상기 산소 함유 기체의 흐름 방향은 상기 송풍기에 의한 상기 산소 함유 기체의 송풍방향과 실질적으로 반대인 탄화수소계 연료의 연소장치.
청구항 1에 있어서,

상기 화염에 의해 상기 연소로 내벽에 근접된 전체 또는 일부분의 온도는 800℃ 이상인 탄화수소계 연료의 연소장치.
청구항 1에 있어서,

상기 탄화수소계 연료는 원유, 중유, 등유, 경유, 제트 연료, 가솔린, 나프타, LPG, LNG를 포함하는 탄화수소계 연료 중 선택된 하나 또는 그 이상의 혼합인 탄화수소계 연료의 연소장치.
청구항 1 내지 4 중 어느 하나의 선택된 항에 기재된 상기 탄화수소계 연료의 연소장치를 열발생원으로 구비한 장치.