KR100286826B1 - 촉매담지 세라믹매트 복사전열통을 가지는 회전무화연소식 석유난로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전식의 연료무화컵을 포함하는 기화부와 이 기화부 상측에 배치되는 복사전열통을 구비하는 종류의 회전무화연소식 석유난로의 개선에 관한 것으로, 특히 촉매를 담지한 세라믹매트 원통체를 포함하여 이루어진 보다 개선된 복사전열통 구성을 가지는 회전무화연소식 석유난로의 제공에 관한 것이다.

본 발명은 저온촉매연소반응을 일으키는 촉매를 담지한 원적외선방출 다공성 세라믹매트로 이루어진 원통체(10a)와, 상기 원통체(10a)의 내주면 및 외주면을 따라 배치되고 전기전도성이 있는 금속다공판으로 이루어진 내통(10b) 및 외통(10c)을 포함하여 구성된 복사전열통(10)을 구비하고, 난로의 점화작동초기에 상기 복사전열통(10)의 내,외통(10b)(10c)에 전류가 통전되어 이들 내,외통(10b)(10c)사이에 지지된 세라믹매트 원통체(10a)를 저온촉매연소반응이 일어날 수 있는 온도이상으로 가열시킨 후 점화가 이루어지도록 구성된 것을 특징으로 하는 회전무화연소식 석유난로를 제공한다.

상기의 구성에 의해 본 발명의 석유난로는 난로의 가동중에는 물론 난로의 점화시 및 소화시에도 유해성분들의 미연소방출이 없고 또 난로 가동중 인체에 유익한 원적외선을 방출하는 복사전열로 최상의 쾌적한 난방을 가능하게 하여 주는 효과를 제공한다.

Description

촉매담지 세라믹매트 복사전열통을 가지는 회전무화연소식 석유난로

본 발명은 석유와 같은 액체연료를 회전식의 연료무화컵을 통해 분무기화시켜 연소를 행하고 그 연소열로 실내난방을 행하는 회전무화연소식 석유난로의 개선에 관련된 것으로, 특히 이러한 석유난로에 있어서 연소가스의 재연소를 도모하고 그 연소열로 적열되어 복사전열을 행하도록 하기 위해 연소화염이 형성되는 연료무화컵 상부에 배치되는 복사전열통의 구성을 더욱 개선하여 연소가스의 보다 완전한 재연소 및 연소효율의 향상을 이루어낼 수 있도록 된 촉매담지 세라믹매트 복사전열통을 가지는 회전무화연소식 석유난로에 관한 것이다.

본 발명이 관련된 석유난로는 도1에서 보는 바와 같이 회전식의 연료무화컵(1)을 포함하는 기화부를 구비하고 이 기화부를 통해 석유와 같은 액체연료를 분무기화시켜 연소를 행하며, 이때의 연소가스가 연소화염(2)과 함께 상기 기화부 상부에 배치된 복사전열통(3)으로 상승하여 재연소되면서 복사전열통(3)을 적열시켜 복사전열통(3)으로부터의 열복사가 이루어지도록 되어 있다.

이러한 종류의 석유난로에 있어서 연료의 점화는 먼저 기화부 내부의 공기팬이 작동되고 2-5초후에 연료가 분무기화되도록 연료분무컵(2)이 회전되면서 점화플러그가 작동되어 이루어진다. 이와 같은 연료의 점화연소 초기에는 주변이 기화연료를 완전 연소시키기에 충분한 온도에 도달해 있지 못하기 때문에 불완전연소에 의한 매연 및 악취가 필연적으로 발생하게 된다. 또한, 소화시에는 연료의 공급이 중단됨과 동시에 연료분무컵(1)의 회전이 정지되고 복사전열통(3)이 급속 냉각되는 상태에서 연료분무컵(1) 주변의 잔여 연료를 기화제거시키기 위하여 공기팬이 4-10 초간 더 계속 작동되게 되는 바, 이때에도 불완전연소에 의한 매연 및 악취가 심하게 발생하게 된다.

도 2 는 이와 같은 석유난로의 구성에 지금까지 사용되어온 복사전열통(3)의 전형적인 구성을 보여주는데, 이는 금속재로 된 보온재연소통(3b)과 역시 금속재로 된 복사전열통(3a)을 이들사이에 일정간격의 환상 공간(3c)이 존재하게 하여 내외로 배치시켜서 된 구성으로 되어 있다.

이 종래의 복사전열통(3)은 연료분무컵(1)에서 분무기화된 연료가 공기와 혼합되어 연소되면서 그 연소화염(2) 및 연소가스가 상기 복사전열통(3)을 향해 상승하게 되고, 이와 같이 상승된 연소가스는 난로가동중 보통 900℃ 이상의 온도로 적열상태에 있게 되는 보온재연소통(3b)내부를 거치면서 그 연소가스에 포함되어 있던 미연소성분이 재연소되어지며, 이와 같이 재연소되어진 연소가스가 복사전열통(3a)을 통해 외부로 방출되도록 되어 있다. 따라서, 이와 같은 구성의 복사전열통(3)에 있어서는 연소화염(2)과 함께 상승하는 미연소가스의 재연소가 보온재 연소통(3b)의 가열온도에만 거의 의존하도록 되어 있기 때문에 상기 보온재연소통(3b)의 온도가 미연소가스의 완전재연소가 일어나기 어려운 700℃ 미만의 온도로 되는 초기점화시 및 소화시에 미연소 탄화수소 가스에 의한 악취 및 매연이 심하게 발생되고, 또 상기 보온재연소통(3b) 및 복사전열통(3a) 전체가 금속재질로 되어 있어 생체에 대한 열흡수율이 높고 세포활성화 등의 유리한 작용을 하는 원적외선 방출효과는 없고 단순한 근적외선 파장에 의한 복사전열작용의 제공에 그치고 있는 것 등의 단점이 있다.

본 발명은 회전식의 연료무화컵을 포함하는 기화부와 이 기화부 상부에 배치되는 복사전열통을 구비하는 종류의 회전무화연소식 석유난로를 구성함에 있어서 상술한 바와 같은 종래의 단점들을 효과 있게 해소하여 점화시 및 소화시에도 미연소가스 및 악취발생이 없이 최상의 쾌적한 난방을 가능하도록 하여 주는 더욱 개선된 구성의 복사전열통을 구비하는 석유난로를 제공할 목적에서 연구발명된 것이다.

도1은 본 발명이 관련된 석유난로의 구성개요를 보여주는 도식적인 사시도,

도2는 기존 석유난로에 채용된 복사전열통의 구성 및 이 복사전열통에서의 연소가스 흐름개념을 보여주는 발췌 사시도,

도3은 본 발명의 석유난로에 채용된 복사전열통의 구성 및 이 복사전열통에서의 연소가스 흐름개념을 보여주는 발췌 사시도.

*도면중 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 연료무화컵 2 : 연소화염 3 : 종래의 복사전열통

10 : 본 발명의 복사전열통 10a : 촉매담지 세라믹매트 원통체

10b:내통 10c:외통

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 저온촉매연소반응을 일으키는 촉매를 담지한 다공성 세라믹매트로 구성된 원통체와, 상기 세라믹매트 원통체의 내주면을 따라 배치되고 전기전도성이 있는 금속다공판으로 형성된 내통과, 상기 세라믹매트 원통체의 외주면을 따라 배치되고 전기 전도성이 있는 금속다공판으로 형성된 외통을 포함하여 구성된 복사전열통을 구비하는 것을 특징으로 하는 회전무화연소식 석유난로를 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료의 기화연소가 개시되기전 상기 복사전열통의 내통 및 외통에는 소정시간동안 전류가 통전되어 이들 내,외통사이에 지지되어 있는 세라믹매트 원통체를 가열시켜 주게 되고, 이로써 촉매를 담지한 상기 세라믹매트 원통체가 이를 지나는 연소가스를 완전재연소시키기에 충분한 온도로 가열된 후 연료의 점화연소가 개시된다. 이때, 상기 세라믹매트 원통체에는 연소반응을 촉진시켜 주는 촉매가 담지되어 있기 때문에 보다 낮은 가열온도에서도 이를 지나는 미연소가스에 대한 완전재연소를 가능하게 하여 준다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서 상기 세라믹매트 원통체에 담지되는 촉매는 비교적 고온에서 장기간 사용할 때에도 촉매의 활성을 유지할 수 있는 Pd계열의 이원금속 촉매체로 이루어진다.

이하에서, 본 발명을 실시예를 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

도 3 은 본 발명에 따른 회전무화연소식 석유난로에 채용되는 복사전열통의 구성 및 이를 통한 연소가스의 흐름개념을 보여 주는 발췌 사시도이다.

여기에 도시된 바와 같이 본 발명의 난로에 구비되는 복사전열통(10)은 촉매를 담지한 원적외선방출 다공성 세라믹매트로 구성된 원통체(10a)와, 상기 원통체(10a)의 내주면을 따라 배치되고 전기전도성을 가진 금속다공판으로 이루어진 내통(10b)과, 상기 세라믹매트 원통체(10a)의 외주면을 따라 배치되고 전기전도성을 가진 금속다공판으로 이루어진 외통(10c)을 포함하는 구성으로 되어 있다.

상기 세라라믹매트 원통체(10a)는 기존의 복사전열통에 있어서 연소가스의 재연소보온 및 복사전열의 역할을 동시에 이루어내는 것으로, 연소반응을 촉진하는 적합한 촉매를 담지하여 이를 통하는 미연소가스에 대해 약 300℃ 정도의 비교적 낮은 온도에서 완전연소가 이루어지도록 하여 주고 이때의 연소열은 상기 원통체(10a)의 세라믹매트기지에서 효과있게 보지 되면서 원통체(10a)가 미연소가스를 완전연소시키기에 충분한 온도이상으로 지속보온됨과 동시에 원통체(10a)의 세라믹매트기지 자체로부터는 풍부한 원적외선을 방출하는 고효율의 효과적인 복사전열이 이루어지게 된다.

또한, 상기 세라믹매트 원통체(10a)의 내,외측에 배치되어 있는 내통(10b) 및 외통(10c)을 통해서는 해당 석유난로의 점화작동초기에 소정세기의 전류가 소정시간동안 통전되어 이들 내,외통(10b)(10c)사이에 지지되어 있는 세라믹매트 원통체(10a)를 가열시켜 주게 되고, 이와 같이 하여 상기 원통체(10a)가 미연소가스를 완전연소기키기에 충분한 온도로 가열된 후 기화연료의 점화가 이루어지도록 함으로써 난로의 점화 작동초기에 미연소가스의 발생이 최소화되도록 하였다.

난로의 점화작동초기에 상기 내,외통(10b)(10c)에 대한 전류의 통전은 상기 세라믹매트 원통체(10a)가 미연소가스의 완전연소에 충분한 온도까지 가열된 직후 자동중단된다.

상기와 같이 하여 난로를 점화작동시킨 후 소화시에는 상기 세라믹매트 원통체(10a)의 보열작용으로 이 원통체(10a)가 소화후에도 상당시간동안 미연소가스를 완전연소시키기에 충분한 온도이상으로 유지되어짐으로써 난로의 소화시에도 종전과 같은 미연소가스 및 악취의 발생이 거의 없게 된다.

즉, 본 발명에 있어서는 상기 세라믹매트 원통체(10a)가 기존의 보온재연소통과 복사전열통의 역할을 동시에 달성할 수 있는 연소촉진 촉매층 및 보온층으로서의 기능을 동시에 제공하여 미연소가스가 약 300℃ 정도의 비교적 낮은 온도에서 완전 연소될 수 있도록 하여 주고 또 그 연소열을 효과있게 보지하여 생체에 유익한 풍부한 원적외선방출을 포함하는 고효율의 복사전열작용을 제공한다. 또한, 난로의 초기점화시 전기전도성이 있는 금속다공판으로 되어 있는 내통(10b) 및 외통(10c)을 통해 전류를 통전시켜 이들사이에 지지되어 있는 세라믹매트 원통체(10a)를 미리 적정온도로 가열시켜 준 후 점화를 이루도록 함으로써 점화작동초기에 발생하는 미연소가스가 상기 세라믹매트 원통체(10a)를 통해 비교적 낮은 온도에서 완전연소되어지고, 또 난로의 소화시 발생하는 미연소가스 및 잔여 탄화수소성분 등도 상당한 여열이 충분한 시간동안 유지되어지는 상기 세라믹매트 원통체(10a)를 통한 저온촉매연소반응에 의해 완전연소되어진다. 따라서, 이러한 본 발명은 난로의 가동중에는 물론 초기점화작동 및 소화시에도 미연소가스 및 악취발생이 없는 최상의 쾌적한 난방제공을 가능하도록 하여 준다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 세라믹매트 원통체(10a)에 담지되는 촉매로서는 약 1200℃ 미만의 비교적 고온에서 장시간 사용하여도 촉매의 활성을 유지할 수 있는 Pd계열의 이원금속 촉매체를 사용하도록 하며, 사용가능한 이원금속 촉매체로서는 Pt, Rh, Ru, Fe, Co, Ni, La, Ce, Ba, Ti, Zr, V 등과 같은 성분들중 적어도 두 성분으로 조합 구성된 것을 들 수 있다.

실시예

본 실시예에서 사용된 석유난로는 시중에서 구입한 것으로서, 난로에 설치되어 있는 기존의 복사전열통을 떼어내고 그 자리에 상술한 본 발명의 복사전열통을 조립설치한 후 난로를 여러가지 조건에서 시험가동해 보았다. 사용한 복사전열통에 있어서 촉매층, 즉 촉매를 담지한 세라믹매트 원통체(10a)의 두께는 10㎜이고, 그 촉매층의 온도측정은 원통체(10a)의 중간정도의 높이상에서 원통체(10a)의 내측면에서 외측면을 향해 5㎜의 지점에서 행하였다. 또한, 가스농도 및 성분 측정은 원통체(10a)의 바로 외측에서 이 원통체(10a)를 통해 나오는 가스를 채취하여 분석하였으며, 다음 〈표1〉은 위와 같은 조건에서 점화시 내,외통(10b)(10c)에 통전되는 전류의 세기를 달리하여 점화를 행하고, 각 경우 60초간 전류통전후 원통체(10a)의 도달온도와 이 원통체(10a)를 통한 연소가스중 미연소성분들의 함량측정 결과를 나타낸 것이다.

〈표1〉 점화시 미연소성분 발생정도

전류(W)(60초간)	촉매층온도(℃)	탄화수소(ppm)	CO(ppm)	CO2(％)
0	18	177	226	9.56
300	245	156	102	9.67
500	387	43	1.7	10.13
1,000	658	2.7	0	10.12

위 〈표1〉에서 보는 바와 같이, 세라믹매트 원통체(10a)에 대한 전기예열을 행하지 않은 상태에서 점화시에는 기존의 석유난로 점화시와 같이 미연 탄화수소 발생량이 177ppm 정도이었고, 일산화탄소 발생량은 226ppm 정도이었다.

그러나, 상기 원통체(10a)를 약 300Watt 세기의 전류를 약 1분간 내,외통(10b)(10c)에 통전시켜 예열한 결과 촉매층을 제공하는 상기 원통체(10a)가 약 245℃ 정도의 온도로 가열되어지고 이때 점화한 결과 연소가스중 미연 탄화수소의 발생량은 156ppm 정도이었고, 일산화탄소의 발생량은 102ppm 정도로 줄었다. 여기에서, 상기 원통체(10a)의 온도는 통전종료직후 약 245℃까지 상승하였다가 초기 공기팬의 가동에 의해 약 25℃ 정도까지 서서히 저하한 후에 급격하게 온도가 다시 상승되면서 정상상태에 도달되었다.

다시, 전류를 500Watt로 높힘에 따라 원통체(10a)의 온도는 완전연소 반응에 충분한 387℃까지 상승되면서 미연 탄화수소 발생량이 43ppm 정도로, 일산화탄소 발생량은 1.7ppm정도로 현저하게 줄어들었다.

다시, 전류를 1,000Watt로 높혔을 경우에는 원통체(10a)의 온도가 658℃까지 상승되고 이때 미연 탄화수소는 2.7ppm 정도이었으며, 일산화탄소는 감지되지 않았다. 그러나, 이 경우는 원통체(10a)의 온도가 너무 높아져 그 촉매층이 다소 소손되는 결과를 보였다.

위의 시험결과로부터, 본 발명을 적용하는 경우 난로의 점화작동초기에 상기 촉매담지 세라믹매트 원통체(10a)를 그 내,외측의 내통(10b) 및 외통(10c)에 약 300Watt세기의 전류를 약 1분간 통전시켜 300℃ 이상의 온도로 가열시켜준 후 점화가 이루어지도록 하는 경우 난로의 초기점화시 탄화수소, 일산화탄소, 이산화탄소 등의 미연소 유해성분들의 발생과 이로 인한 악취의 발생을 거의 없도록 할 수 있음을 알 수 있다.

나아가서, 다음 〈표2〉는 난로에 대한 연료공급량을 1단에서 4단까지 네단계로 달리하여 난로를 가동시킨 후 각 경우 소화시에 발생하는 미연소성분들의 발생정도를 측정하고 그 결과를 나타낸 것이다.

〈표2〉 소화시 미연소성분 발생정도

연료 공급량	촉매층온도(℃)	탄화수소(ppm)	CO(ppm)	CO2(％)
1 단	125	356	370	9.53
2 단	278	202.3	107	9.57
3 단	376	18.2	6.9	9.48
4 단	790	3.4	0	9.55

위 〈표2〉의 결과에서 보는 바와 같이, 연료공급량이 적은 1단에서는 화염형성도 미약하여 연소반응이 주로 화염자체에서 일어나고, 이때 원통체(10a)의 온도는 약 125℃ 정도로서 촉매연소반응이 일어나기 어려운 상태로 되어 미연 탄화수소의 농도가 약 356ppm, 일산화탄소 농도는 약 370ppm정도인 것으로 측정되었다. 그러나, 연료공급량을 점차 증가시켜 2단, 3단 및 4단의 연료공급량에서는 촉매를 담지한 원통체(10a)의 온도도 278℃, 376℃ 및 790℃로 높아지게 되고 소화후에도 약 3∼6초간은 높은 온도를 유지하면서 소화후 잔류 미연소성분들을 충분히 촉매연소반응시키게 됨으로써 탄화수소량이 202.3ppm, 18.2ppm 및 3.4ppm으로 현저히 낮추어지고 일산화탄소량은 107ppm으로부터 거의 감지되지 않는 상태로까지 낮추어졌다.

따라서, 본 발명을 적용하는 경우 난로의 소화시에도 미연소성분들이 보유 열을 상당시간 유지하는 촉매담지 세라믹매트 원통체(10a)를 통과하면서 상기 원통체(10a)의 자체보유열로 효과적으로 촉매연소 제거됨을 알 수 있다.

나아가서, 상기와 같은 저온촉매연소반응에 의해 비교적 낮은 온도에서 연소가스중의 각종 미연소성분들에 대한 이상적인 완전연소를 제공하는 촉매담지 세라믹매트 원통체(10a)는 그 자체가 원적외선방출작용이 있는 세라믹매트로 구성되어 있기 때문에 난로의 정상가동온도에서 완전한 원적외선방출물질인 흑체에 가까운 정도의 풍부한 원적외선을 방출하여 인체에 보다 유익하고 쾌적한 복사전열상태를 이루게 된다.

본 발명에 따른 난로는 상술한 바와 같은 복사전열통의 구성,작용에 의해 난로의 가동중에는 물론 초기점화시나 소화시에도 탄화수소나 일산화탄소, 이산화탄소 등과 같은 유해성분들의 미연소방출이 거의 없는 동시에 난로가동중 인체에 유익한 원적외선이 풍부하게 방출되어 최상의 쾌적한 난방의 제공이 가능한 효과를 지닌 것이다.

Claims (4)

1. 저온촉매연소반응을 일으키는 촉매를 담지한 원적외선방출 다공성 세라믹매트로 이루어진 원통체(10a)와, 상기 원통체(10a)의 내주면을 따라 배치되고 전기전도성이 있는 금속다공판으로 이루어진 내통(10b)과, 상기 원통체(10a)의 외주면을 따라 배치되고 전기전도성이 있는 금속다공판으로 이루어진 외통(10c)을 포함하여 구성된 복사전열통(10)을 구비하는 것을 특징으로 하는 촉매담지 세라믹매트 복사전열통을 가지는 회전무화연소식 석유난로.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 세라믹매트 원통체(10a)에 담지되는 촉매가 Pt, Rh, Ru, Fe, Co, Ni, La, Ce, Ba, Ti, Zr, V 중 적어도 두 성분으로 구성된 이원금속 촉매체로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 촉매담지 세라믹매트 복사전열통을 가지는 회전무화연소식 석유난로.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 난로의 점화작동초기에 상기 내통(10b) 및 외통(10c)에 소정세기의 전류를 소정시간동안 통전시켜 이들 내,외통(10b)(10c)사이의 세라믹매트 원통체(10a)를 저온촉매연소반응이 일어날 수 있는 온도이상으로 가열시킨 후 점화가 이루어지도록 구성된 것을 특징으로 하는 촉매담지 세라믹매트 복사전열통을 가지는 석유난로.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 내통(10b) 및 외통(10c)에 대한 전류통전이 약 300Watt의 전류세기로 약 10초간 이루어지도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 촉매담지 세라믹매트 복사전열통을 가지는 회전무화연소식 석유난로.