KR0160441B1 - 산업용 보일러의 연료분사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오일을 연료로 하는 산업용 보일러에 있어 오일을 무화상태로 분사하여 연소효율을 증대시킴과 동시 매연의 발생률을 감소시킬 수 있도록 하는 산업용 보일러의 연료분사장치에 관한 것으로, 버너의 오일공급관에 조립되는 노즐본체와, 공기공급관에 연결되어 상기 노즐본체의 속으로 삽입되며, 오일과 공기를 따로따로 분산시키는 오일분산공과 공기분산공을 동심원상으로 다수 배열한 분산노즐과, 상기 분산노즐의 선단에 접촉하는 배면부에는 오일분산공과 같은 수로 배열되는 오일공과, 공기분산공와 연통하면서 공기의 흐름을 중앙배출공으로 스월작동시키면서 배출시키는 공기스월통로가 형성되어 있는 한편, 그 반대측인 정면부에는 오일공으로 유입된 오일을 중앙배출공으로 스월작동시키는 오일스월통로가 각각 구성되어 있는 스월노즐과, 상기 스월노즐의 정면부에 밀접하여 오일공 및 오일스월통로를 밀폐하여 오일이 중앙배출공측으로서의 스월작동을 촉진시키면서 중앙연통공으로 오일과 공기가 함께 배출되게 하는 혼합촉진노즐과, 상기 혼합노즐의 중심부에 형성된 나사공에 나사조립되어 상기 중앙배출공 및 중앙연통공으로 혼합되어 배출되는 오일과 연료를 외측으로 확산시키는 확산헤드와 중심에 공기분출공을 형성시킨 확산노즐과, 상기 노즐본체의 내상부에는 상기 확산노즐의 확산면에 의하여 확산된 오일과 공기가 확산되었다가 다시 중심부로 모이면서 공기배출공에서 분출되는 공기와 충돌할 수 있도록 하는 공간부 및 상기 노즐본체의 선단부에 착탈 및 교체가능하게 조립되며, 상기 공간부로 진입된 오일과 공기가 직선상으로 분출시키는 직선배출통로와 경사지게 확산되어 분사되게 하는 경사분사공을 다수 형성한 분사노즐로 구성되는 것을 특징으로 하고 있다.

Description

산업용 보일러의 연료분사장치

제1도는 본 발명의 작동상태를 나타낸 조립상태 단면도.

제2도는 본 발명의 일부 단면한 분해도.

제3도의 (a)(b)(c)(d)(e)도는 연료인 오일과 공기를 단계적으로 분산, 혼합 및 분사시키는 노즐들의 구성상태를 나타낸 도면들로서,

(a)도는 오일과 공기의 분산노즐의 정면도이며,

(b)도는 오일과 공기를 혼합시키는 스월노즐의 배면도이고,

(c)도는 상기 스월노즐의 정면도이며,

(d)도는 상기 스월노즐의 혼합작용을 촉진시키는 혼합촉진노즐이고,

(e)도는 혼합된 오일과 공기를 분사하는 분사노즐의 정면도이다.

제4도는 종래 기술의 조립상태의 일부 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 노즐본체 10 : 연결나사부

11 : 오일공급관 12 : 나사공

13 : 공간부 14 : 연결나사관

2 : 분사노즐 20 : 나사부

21 : 분사헤드 22 : 직선배출공

23 : 분사공 24 : 렌치공

3 : 분산노즐 30 : 공기공급관

31 : 분산헤드 32 : 나사공

33 : 연결부 34 : 오일환홈

35 : 공기환홈 36 : 오일분산공

37 : 공기분산공 38 : 암나사부

4 : 스월노즐 41 : 배면환홈

42 : 오일공 43 : 공기스월통로

44 : 중앙배출공 45 : 정면환홈

46 : 오일스월통로 5 : 혼합촉진노즐

50 : 중앙연통공 6 : 확산노즐

60 : 확산헤드 61 : 경사면

62 : 공기배출공

본 발명은 오일을 연료로 하는 산업용 보일러에 있어 오일을 무화상태로 분사하여 연소효율을 증대시킴과 동시 매연의 발생률을 감소시킬 수 있도록 하는 산업용 보일러의 연료분사장치에 관한 것이다.

일반적으로 산업용 보일러의 연료분사노즐은 연료를 고압으로 공급되는 공기와 함께 분사시키는 방법을 채택하고 있으며, 이러한 종래의 분사노즐로서는 제4도에서 보듯이 오일공급관(102)으로 공급되는 오일을 분사하는 노즐본체(100)와, 상기 노즐본체의 내부에 나사조립식으로 장착되는 혼합노즐(200)로 구분되며, 상기 혼합노즐(22)에는 고압의 공기가 유입되는 공기유입구(201)에 공기공급관(202)이 연결되어 있으며, 또한 상기 혼합노즐(200)에는 노즐본체(100)의 나사부에 나사조립되는 체결플렌지(203)에 다수개의 오일분배공(204)이 등간격으로 배열되며, 또 상기 혼합노즐(200)의 선단부에는 경사날개(205)가 외향으로 돌출되는데, 이 경사날개(205)에는 아주 작은 구멍으로 된 오일확산공(206)들과 혼합노즐(200)의 선단부에 2열로 배열되는 공기확산공(207)들은 같은 수로 형성되어 오일확산공(206)과 공기확산공(207)에 의하여 확산되는 오일과 공기가 서로 부딪치면서 노즐본체(100)의 분사공(101)으로 분사되도록 구성되어 있었다.

그러나 종래의 연료분사노즐은 오일공급관(102)로 공급되는 오일과, 공기공급관(202)으로 공기가 혼합노즐(200)의 선단부측에서 한차례 충돌하는 작용으로 혼합되면서 분사되기 때문에 오일의 무화현상이 적게 나타나는 문제점이 있어 연소효율이 저하되는 단점을 내포하고 있었다.

즉, 오일공급관(102)으로 공급되는 오일은 혼합노즐(200)의 체결플렌지(203)에 형성된 다수의 오일분배공(204)에 의해 분배되면서 통과하여 경사날개(205)에 다수 천공된 오일확산공(206)을 통과하게 되는 한편, 공기공급관(202)으로 공급되는 공기는 혼합노즐(200)의 선단측에 2열로 배열된 공기확산공(207)으로 배출되도록 구성하므로서 상기한 오일확산공(206)과 공기확산공(207)을 통과하는 오일과 공기는 각각 한지점에서 서로 부딪친 다음 분사공(101)으로 분사되도록 구성되어 있는데, 이렇게 오일과 공기가 충돌하기 전에는 단순히 직선 방향으로만 유동하다가 한지점에서만 단한차례 충돌되게 하는 구성으로는 오일을 미립자상태의 무화상태로 혼합시킬 수 없기 때문에 분사공(101)으로 분사되는 오일의 입자는 비교적 큰입자상태로 분사되어 연소효율을 저하시키는 문제점이 있었으며, 또한 이러한 문제점은 곧 에너지의 낭비와 함께 매연발생의 원인되어 환경을 오염시키는 등의 결점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로, 각기 다른 공급라인을 통해 공급되는 오일과 공기가 일차적으로 소용돌이치면서 혼합된 다음 서너차례 충돌하면서 분사되게 하여 오일이 미립자상태로 무화될 수 있도록 하므로서 연소효율의 극대화에 목적을 두고 발명하였으며, 또한 연소실의 조건 예를들어 연소실이 짧을 경우와 깊을 경우에 따라 분사노즐을 교체하여 연소실의 조건에 알맞게 화염을 형성시킬 수 있도록 하여 열효율을 향상시킬 수 있도록 하는데 다른 목적이 있으며, 나아가 오일을 완전연소시키므로서 매연의 발생률을 현저하게 줄여 환경오염방지에 기여할 수 있도록 하는데 궁극적인 목적이 있는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 버너의 오일공급관에 조립되는 노즐본체와;

공기공급관에 연결되어 상기 노즐본체의 속으로 삽입되며, 오일과 공기를 따로따로 분산시키는 오일분산공과 공기분산공을 동심원상으로 다수 배열한 분산노즐과;

상기 분사노즐의 선단에 접촉하는 배면부에는 오일분산공과 같은 수로 배열되는 오일공과, 공기분산공와 연통하면서 공기의 흐름을 중앙배출공으로 스월(Swirl)작동시키면서 배출시키는 공기스월통로가 형성되어 있는 한편, 그 반대측인 정면부에는 오일공으로 유입된 오일을 중앙배출공으로 스월작동시키는 오일스월통로가 각각 구성되어 있는 스월노즐과;

상기 스월노즐의 정면부에 밀접하여 오일공 및 오일스월통로를 밀폐하여 오일이 중앙배출공측으로의 스월작동을 촉진시키면서 중앙연통공으로 오일과 공기가 함께 배출되게 하는 혼합촉진노즐과;

상기 혼합노즐의 중심부에 형성된 나사공에 나사조립되어 상기 중앙배출공 및 중앙연통공으로 혼합되어 배출되는 오일과 연료를 외측으로 확산시키는 확산헤드와 중심에 공기분출공을 형성시킨 확산노즐과;

상기 노즐본체의 내상부에는 상기 확산노즐의 확산면에 의하여 확산된 오일과 공기가 확산되었다가 다시 중심부로 모이면서 공기배출공에서 분출되는 공기와 충돌할 수 있도록 하는 공간부; 및

상기 노즐본체의 선단부에 착탈 및 교체가능하게 조립되며, 상기 공간부로 진입된 오일과 공기가 직선상으로 분출시키는 직선 배출통로와 경사지게 확산되어 분사되게 하는 경사분사공을 다수 형성한 분사노즐과;

로 구성되는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 실시예를 첨부한 도면에 따라서 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명의 작동상태를 나타낸 조립상태의 단면도이며,

제2도는 본 발명의 일부 단면한 분해도이고,

제3도는 (a)(b)(c)(d)(e)도는 연료인 오일과 공기를 단계적으로 분산, 혼합 및 분사시키는 노즐들의 구성상태를 나타낸도면들로서,

도면부호 1은 노즐본체를 나타내는 것으로, 상기 노즐본체(1)의 연결나사부(10)에는 버너의 오일공급관(11)이 나사조립되며, 노즐본체(1) 선단부에는 분사노즐(2)을 착탈 및 교체할 수 있는 나사공(12)과 내상부에는 공간부(13)를 형성시켜 놓았다.

상기 노즐본체(1) 내부에는 공기공급관(30)이 연결되는 분산노즐(3)과, 상기 분산노즐(3)의 분산헤드(31)에 밀착되는 스월노즐(4)과 상기 스월노즐(4)에 밀착되는 혼합촉진노즐(5) 및 상기 분사노즐(3)의 중앙부에 형성된 나사공(32)에 나사조립되는 확산노즐(6)이 장착되어진다.

상기 분사노즐(3)은 공기공급관(30)을 나사조립으로 연결시키는 연결부(33)와 분산헤드(31)의 정면부에 동심원상으로 된 오일환홈(34)과 공기환홈(35)이 형성되며, 상기 오일환홈(34)과 공기환홈(35) 각각에는 오일분산공(36)과 공기분산공(37)이 다수개씩 배열되어 있다.

상기 분사노즐(3)이 정면부에는 밀착되는 스월노즐(4)의 배면부에 상기 오일환홈(34)과 같은 동심원상으로 된 배면환홈(41)과 이 오일환홈에 다수의 오일공(42)이 형성되는데, 상기 오일공(42)은 상기 오일분산공(36)과 같은 수로 형성된다.

또한 분사노즐(4)의 배면부에는 상기 공기분산공(37)과 같은 수를 가지면서 연통하는 공기스월통로(43)가 형성되는데, 상기 공기스월통로(43)들은 중앙배출공(44)을 향해 접선방향으로 형성하므로서 스월통로(43)를 통해 중앙배출공(44)으로 공급되는 공기는 일측방향으로 회전(더구체적으로는 우회전)하면서 배출되도록 하였다.

한편, 상기 분산노즐(4)의 정면부에도 오일공(42)과 같은 동심원으로 형성되는 정면환홈(45)을 형성하고, 정면환홈(45)와 중앙배출공(44)와 연결시키는 오일스월통로(46)를 형성하여 오일공(42)을 통과하는 오일이 오일스월통로(46)에 의하여 중앙배출공(44)의 접선방향으로 회전하면서 배출되게 하였는데, 상기 오일스월통로(46)를 통과하는 오일을 공기스월통로(43)을 통과하는 공기와 같은 방향으로 회전하면서 배출되게 하므로서 오일과 공기의 혼합작용이 잘되게 하였다.

상기 스월노즐(4)의 정면부에는 정면환홈(45)과 오일스월통로(46)를 밀폐상태로 복개하는 혼합촉진노즐(5)은 그 중앙연통공(50)으로 스월작용으로 혼합되는 오일과 공기를 배출시키는데, 이 중앙연통공(50)에는 상기 분산노즐(3)의 나사공(32)에 나사조립된 확산노즐(6)의 확산헤드(60)에 형성된 경사면(61)이 스월작용으로 혼합되면서 배출되는 오일과 공기를 확산시키도록 구성되어 있다.

상기 확산헤드(6)에 의하여 확산되는 오일과 공기는 상기 노즐본체(1)의 내상부에 형성시킨 공간부(13)의 내주면으로 확산되어 충돌한 후 다시 중심을 향해 모이면서 다시 자기끼리 충돌하게 되는데, 이같이 중심부에 모이면서 충돌하는 오일과 공기는 확산노즐(6)의 중심에 형성되어 있는 공기배출공(62)으로 배출되는 공기와도 충돌하게 되므로서 오일과 공기는 미립자상태 즉, 무화상태가 되면서 분사노즐(2)의 나사부(20)와 분사헤드(21)에 형성된 다수의 직선배출공(22)과 경사진 분사공(23)으로 분사되므로서 분사헤드(21)상에 다수 형성된 분사공(23)에서 분사되는 오일은 극히 작은 초미립자상태로 무화되어 분사될 수 있게 구성한 것이다.

상기와 같은 본 발명이 오일을 초미립자상태로 무화시키는 작용을 좀더 구체적으로 설명하면, 노즐본체(1)의 연결나사부(10)에 나사조립되는 연결관(14)에는 오일공급관(11)이 연결되며, 또한 노즐본체(1) 속으로 장착된 분산노즐(3)의 암나사부(38)에는 공기공급관(30)이 연결되어 오일과 공기는 오일공급관(11)과 공기공급관(30)을 통해 동시에 공급되는 것이며, 오일공급관(11)으로 공급된 오일은 분산노즐(3)의 분산헤드(31)에 다수 배열되어 있는 오일분산공(36)을 통해 고루 분산되어 정면부의 오일환홈(34)과 일치하고 있는 스월노즐(4)의 배면환홈(41)에 다수 형성된 오일공(42)을 통과하게 된다.

한편, 공기공급관(30)으로 공급된 공기는 공기분산공(37)을 통해 공기환홈(35)으로 유입되면서 스월노즐(4)의 배면에 형성된 공기 스월통로(43)에 의하여 중앙배출공(44)으로 배출이 유도되는데, 이때 공기스월통로(43)가 중앙배출공(44)의 접선방향을 향하고 있으므로서 공기스월통로(43)로 유도되는 공기는 회전(실제적으로 우회전 : 제3도의 (b)도 참조)하면서 중앙배출공(44)으로 배출되게 되며, 이와 때를 같이하여 오일분산공(36)으로 유입되어 오일환홈(34)과 스월노즐(4)의 배면환홈(41) 및 상기 배면환홈에 형성된 오일공(42)을 거쳐 정면환홈(45)을 통과한 오일을 혼합촉진노즐(5)에 의해 정면환홈(54)에서 직선적으로 배출되지 못하고 중앙배출공(44)의 접선방향으로 형성되어 있는 오일스월통로(46)로 배출이 유도되므로서 중앙배출공(44)으로 배출이 유도되는 오일 역시 회전하면서 배출되는 것이다.(제3도의 (c)도 참조)

상기에서 공기스월통로(43)와 오일스월통로(46)는 모두 같은 방향으로 회전(우회전방향)하도록 구성되어 있으므로 중앙배출공(44)의 배면측에서 회전하면서 배출되는 공기와 정면측에서 같은 방향으로 회전하면서 배출되는 오일은 그 흐름을 방해받지 않고 오히려 유속이 증가되면서 소용돌이치면서 혼합되게 되므로서 오일과 공기는 잘 혼합되는 상태가 된다.

상기와 같이 같은 방향으로 회전하면서 혼합촉진노즐(5)의 중앙연통공(50)으로 배출되는 오일과 공기는 확산노즐(6)의 확산헤드(60)의 경사면(61)을 향해 집중적으로 배출되므로서 스월작용으로 일차 혼합된 오일과 공기는 제1도의 화살표 방향과 같이 경사면(61)에 충돌하면서 일정각도로 확산되면서 노즐본체(1)의 내부에 형성한 공간부(13)의 주면에 이차적으로 충돌하게 되며, 또 공간부(13)의 주면에서 이차적으로 충돌한 후 다시 중심부로 모두 모이면서 자기끼리 다시 한번더 충돌하는 삼차충돌작용을 하게 되는데, 이때 분산 노즐(3)의 중심부의 나사공(32)으로는 유입된 공기는 확산노즐(6)의 공기배출공(62)을 통해 직선적으로 분출되면서 앞에서 언급한바 있는 삼차적으로 충돌하고 있는 오일과 공기를 때리게 되는 작용 즉, 사차적인 출동작용이 발생하게 되므로서 결국 오일과 공기가 분사노즐(2)의 직선배출공(22)으로 유출되기까지 서너차례 충돌하는 작용에 의하여 초미립자상태로 무화작용을 기대할 수 있게 되는 것이며, 이와같이 무화된 오일은 직선배출공(22)을 통해 경사진 분사공(23)으로 분사되면서 연소되므로서 연소효율을 높일 수 있는 것이다.

한편, 상기한 분사노즐(2)의 분사공(23)의 경사각도에 따라서 오일의 분사각도와 그에 따른 분사범위(길이)가 조정되는데, 예컨대 직선배출공(22)과 분사공(23)의 외측각도가 작으면 오일의 분사각도는 넓힐 수 있는 대신 분사범위(길이)가 짧고, 반대로 직각배출공(22)과 분사공(23)의 외측각도가 크면 오일의 분사각도는 좁은 대신 분사범위(길이)가 길어지므로서 보일러의 연소실의 조건에 맞추어 오일의 분사각도 및 분사범위를 조정할 수 있는 것이다.

따라서 본 발명에서는 상기와 같은 조건을 만족시키기 위하여 분사공(23)의 각도가 각기 다르게 형성시킨 여러개의 분사노즐(2)을 준비하여 보일러의 연소실 조건에 알맞는 것을 사용할 수 있게 구성하였는 바, 이를 위해 노즐본체(1)의 선단부에 나사공(12)을 형성한 다음 분사노즐(2)의 나사부(20)를 나사조립으로 착탈 및 교체가 가능하게 하였으며, 또한 분사노즐(2)의 선단부에는 착탈이 용이하도록 렌치공(24)을 형성하였다.

본 발명에 의하면 노즐본체에 오일과 공기를 공급하여 혼합시킴에 있어 오일과 공기가 같은 방향으로 회전하면서 혼합되는 스월혼합작용으로 오일과 공기의 혼합작용이 원활하도록 하였으며, 이와같이 혼합된 오일과 공기를 확산시켰다가 다시 모이게 한 후 그 모이는 곳에서 직선상으로 분출되는 공기와의 충돌작으로서 오일과 공기를 서너차례 충돌시키는 구성으로 오일을 점차적으로 미립자화시켜 최종적으로 분사노즐의 분가공으로 분사될 때에는 초미립자상태로 무화시켜 분사케하므로서 연소효율을 증강시킬 수 있으며, 이와같은 연소효율의 증강은 완전연소의 효과를 가져다 줄뿐 아니라 나아가 매연발생을 근본적으로 줄일 수 있는 혁신적인 효과로서 환경오염방지에 기여할 수 있는 발명인 것이다.

Claims (3)

1. 통상과 같이 버너의 오일공급관에 조립되는 노즐본체에 속에 장착되며, 공기공급관이 연결되어 오일과 공기를 따로따로 분산시키는 오일분산공과 공기분산공을 동심원상으로 다수 배열한 분산노즐과; 상기 분산노즐의 선단에 접촉하는 배면부에는 오일분산공과 같은 수로 배열되는 오일공과, 공기분산공와 연통하면서 공기의 흐름을 중앙배출공을 향해 스월작동으로 배출시키는 공기스월통로가 형성되어 있는 한편, 그 반대측인 정면부에는 오일공으로 유입된 오일을 중앙배출공으로 스월작동시키는 오일스월통로가 각각 구성되어 있는 스월노즐과; 상기 스월노즐의 정면부에 밀접하여 오일공 및 오일스월통로를 밀폐하여 오일이 중앙배출공측으로의 스월작동을 촉진시키면서 중앙연통공으로 오일과 공기가 함께 배출되게 하는 혼합촉진노즐과; 상기 혼합노즐의 중심부에 형성된 나사공에 나사조립되어 상기 중앙배출공 및 중앙연통공으로 혼합되어 배출되는 오일과 연료를 외측으로 확산시키는 확산헤드와 중심에 공기분출공을 형성시킨 확산노즐과; 상기 노즐본체의 내상부에는 상기 확산노즐의 확산면에 의하여 확산된 오일과 공기가 확산되었다가 다시 중심부로 모이면서 공기배출공에서 분출되는 공기와 충돌할 수 있도록 하는 공간부; 및 상기 노즐본체의 선단부에 착탈 및 교체가능하게 조립되며, 상기 공간부로 진입된 오일과 공기가 직선상으로 분출시키는 직선배출통로와 경사지게 확산되어 분사되게 하는 경사분사공을 다수 형성한 분사노즐과;로 구성되는 것을 특징으로 하는 산업용 보일러의 연료분사장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 스월노즐의 배면과 정면부에 형성되는 공기스월통로와 오일스월통로는 공기와 오일을 같은 방향으로 스월작동시킬 수 있도록 구성하는 것을 특징으로 하는 산업용 보일러의 연료분사장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 노즐본체(1)의 선단부에는 실질적으로 연료를 분사하는 분사노즐을 착탈 및 교체가능하게 구성함을 특징으로 산업용 보일러의 연료분사장치.