KR100384065B1 - 액체연료의 연소방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액체 연료의 연소방법에 관한 것으로, 고점도 및 저점도 연료를 압축공기와 함께 소정의 압력으로 노즐 몸체의 길이방향으로 분사시키고, 이 혼합기가 노즐 몸체의 길이 방향을 따라 방향을 달리하여 굴절되어 형성된 다수의 환형 통로를 통과하게 함으로써, 각 환형통로에서 혼합기가 유동방향을 절환하는 도중에 생기는 충돌력 및 단면적의 차이로 생기는 압력변화, 그리고 충분한 보조공기의 제공으로 연료를 미립화시켜 별도의 첨가제를 첨가하지 않고서도 폐유와 같은 고점도 연료뿐만 아니라 저점도 연료를 연소시켜 연소 효율을 높일 수 있게 한 액체 연료의 연소방법을 제공하는데 있다.

Description

액체연료의 연소방법{Method for burning liquid fuel}

본 발명은 액체연료의 연소방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고점도 연료 또는 저점도 연료를 압축공기와 함께 소정의 압력으로 노즐몸체 내에 공급하고 이 혼합기가 노즐몸체의 길이방향을 따라 굴절된 다수의 환형 통로를 통과시키면서 미립화하여 연소가능하게 함으로써, 연소로 예열되는 노즐몸체의 열과 연료 및 공기가 환형통로와의 충돌에 의한 마찰열 및 충분한 보조 공기의 제공으로 연료를 미립화 및 가스화시켜 별도의 첨가제 없이 액체 연료를 가스화하여 연소할 수 있는 액체연료의 연소방법에 관한 것이다.

일반적으로 액체연료는 미립화된 후 열과 공기를 공급받아 가스화 상태에서 연소가 진행되어야 완전 연소를 이룰 수 있는 바, 완전 연소에 필요한 온도는 약 800℃ 이상이다.

상기 연소의 종류는 고체연소, 액체연소, 기체연소로 분류할 수 있으며 연소의 조건은 이론적 산소 요구량이 공급되면서 이론적 연소온도(800℃) 의 온도를 공급했을 때 연소물질에서 기체 발생이 형성되거나 물질 변형이 이루어져야 하고, 완전 연소를 위해서는 기체 상태에서 이론적 산소요구량을 공급하여 완전 희석된 상태에서 연소가 진행되어야 한다.

이러한 액체 연료를 완전 연소시키기 위해서는 연료를 미립하하고 미립화된 연료를 가스화하며, 상기 가스화된 연료 주위에 이론적 연소온도(800℃)를 제공하게 된다.

이때, 액체 연료의 미립자에서 가스화 하는 과정에서 무기물질인 회분이 쌓이게 되는데, 회분은 열을 가하면 고체화되어 굳어지는 성질을 가지므로 회분 성분이 굳어지지 않고 연소되어 토출되도록 하여야 한다.

그러나, 액체연료의 가스화는 일반적으로 제조된 가스연료와는 달리 수소성분이 적은 반면 탄소성분이 많아 착화하기가 힘들며 순간적으로 많은 가스 발생을 유도하려면 많은 산소가 필요하다.

종래 기술은 액체 연료를 미립화 상태로 분사하여 바로 연소를 하기 때문에 완전 가스화 연소가 이루어지지 않는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 고점도 및 저점도 연료를 압축공기와 함께 소정의 압력으로 노즐 몸체의 길이방향으로 분사시키고, 이 혼합기가 노즐 몸체의 길이 방향을 따라 방향을 달리하여 굴절되어 형성된 다수의 환형 통로를 통과하게 함으로써, 각 환형통로에서 혼합기가 유동방향을 절환하는 도중에 생기는 충돌력 및 단면적의 차이로 생기는 압력변화, 그리고 충분한 보조공기의 제공으로 연료를 미립화시켜 별도의 첨가제를 첨가하지 않고서도 폐유와 같은 고점도 연료 뿐만 아니라 저점도 연료를 연소시켜 연소 효율을 높일 수 있게 한 액체 연료의 연소방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 액체 연료의 연소방법에 사용되는 버너를 나타내는 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 하우징 20 : 노즐몸체

22 : 제 1환형 통로 24 : 연결통로

26 : 제 2환형 통로 28 : 오리피스

29 : 예열용 가스 통로 30 : 초기 점화수단

32 : 연소실 33 : 자기발화실

34 : 압축공기와 연료의 혼합지점 A : 공기

F : 연료 G : 가스

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 액체 연료의 연소방법은 액체 연료를 공급받아 연소시켜주는 액체 연료의 연소 방법에 있어서, 노즐 몸체의 내부로 액체 연료와 압축 공기를 함께 공급하는 동시에 액체연료와 압축공기가 공급되는 노즐 몸체의 주위에서 공기와 가스를 연소시키는 예열과정을 통해 노즐 몸체 내의 액체 연료 및 압축 공기의 혼합기를 가스화 및 무화시키는 단계와, 여러 번의 진행 방향이 전환되는 통로를 갖는 노즐 몸체의 내부로 상기 무화된 혼합기를 통과시켜서 그 유동 방향이 꺽일 때 벽면에 부딪히는 충격과 단면 직경의 변화에 따른 압력변화를 이용하여 혼합기를 미립화시키는 동시에 가스화 정도를 높여주는 단계와, 가스화된 혼합기를 노즐 몸체의 외부로 분출시켜 자기 발화로 연소시켜주는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 액체 연료의 연소방법은 상기 연소 공정이 완료 후 저점도화가 이루어지는 제 1환형통로에 소정의 압력을 갖는 압축공기를 분사하여, 상기 (1) 공정 내지 (4) 공정에서 잔존하는 슬러지 및 액체연료를 노즐 밖으로 제거하는 공정을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명에 따르는 액체 연료의 연소방법에 있어서, 상기 저점도화 공정은 압축공기가 4기압 내지 6기압으로 분사되는 상태에서 진행하여 액체 연료 사이에 충분한 공기가 침투되게 해서 저점도 효과를 더욱 높일 수 있게 한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따르는 액체 연료의 연소방법에 있어서, 상기 저점도화 공정에서는 노즐몸체의 길이방향으로 연료의 유동을 구성하고, 이 연료 유동에 대해 동일선상에서 대향되는 방향으로 압축공기를 분사하여 공기-연료 입자의 충돌력으로 저점도화를 촉진하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 가스화시키는 단계에서 노즐 몸체가 갖는 제2환형 통로의 단면 직경은 제1환형 통로의 단면 직경보다 넓게 하여 제1환형 통로의 단부까지 유동된 혼합기가 단면 직경의 변화에 따른 압력변화를 통해 무화 정도를 향상시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 혼합기를 미립화시키는 동시에 가스화 정도를 높여주는 단계는 혼합기가 노즐 몸체로부터 빠져나오는 지점에 오리피스를 구비하여 가스화된 혼합기가 강하게 노즐 몸체로부터 분출되게 하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이를 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 액체연료의 연소방법에 사용되는 버너를 나타내는 단면도로써, 노즐몸체(20) 외주면과 하우징(10) 내주면 사이의 공간에 연소실(32)이 형성된다.

상기 연소실(32) 후부 일측에는 노즐몸체(20)를 예열시키고 가스화된 연료를 발화시킬 수 있는 초기점화수단(30)이 장착된다.

또한, 상기 노즐몸체(20)의 내부 중앙에는 압축공기(A)와 액체연료(F)가 유입되는 제 1환형통로(22)가 형성되고, 특히 이 제 1환형 통로(22)의 안쪽단에는 상기 노즐몸체(20)의 길이방향으로 혼합기의 유동방향을 절환시켜 주기 위해 굴절된 제 2환형통로(26)가 형성되며, 일측에 별도의 가스통로(29)를 형성하여 초기에 예열 공정에서 필요로 하는 가스를 제공하게 된다.

본 발명의 바람직한 구현예에서, 상기 노즐몸체(20)에는 제 1환형통로(22)와 제 2환형통로(26)가 형성되어 혼합기의 유동방향을 절환시키면서 단면적에 변화를 주어 미립화 및 가스화 공정을 수행하고 있으나, 첨부도면에서는 도시하지 않았지만 제 3, 제 4의 환형 통로(26)를 순차적으로 형성하여 미립화 및 가스화를 더욱 촉진시켜 연소가 이루어지도록 하는 것도 가능하게 된다.

한편, 버너 몸체(20)의 후부에 휀(미도시됨)이 장착되어 연소가 진행되는 동안 공기통로(22-26)를 통하여 일정한 압력으로 공기를 유입시키게 되며, 이 공기의 유입방향은 연료와 압축공기의 분사 방향과 동일하게 공급하게 된다.

여기서, 상기 연료와 압축공기가 동일한 방향으로 분사되는 것을 보여주고 있으나, 미립화 공정을 촉진하기 위해 연료의 진행 방향에 대해 나란하게 압축공기를 분사하여 연료 및 공기의 입자가 충돌하는 힘에 의해 미립화를 촉진시킬 수 있게 제작하여 사용하는 것도 가능하게 된다.

예를 들어, 첨부도면 도 1에서 상기 제 1환형 통로(22)의 양단부에로부터 각각 연료와 압축공기를 제공하고, 연료-공기의 충돌 지점에 상기 제 2환형통로(26)가 이루어지도록 구성함으로써, 공기가 고점도의 연료에 대해 충분한 산소를 공급할 수 있게 될 뿐만 아니라 그 전에 공기-연료의 충돌로 인해 발생되는 충격력에 의해 고점도율을 낮춰 미립화와 가스화를 촉진할 수 있게 되는 것이다.

사용자가 액체 연료를 연소시킬 경우에 연소전에 제 1환형통로(22)로 액체 연료의 유입을 차단하고 압축 공기 만을 유입시키는 동시에 초기 점화수단(30)을 통하여 버너몸체(20)를 예열시키는 바, 바람직하게는 1분 내지 3분간 실시하여 노즐몸체(20)를 충분한 온도로 예열시키고 상기 버너몸체(20) 내부에 형성된 제 1환형 통로(22) 및 제 2환형 통로(26)에 누적된 잔여 연료를 압축공기에 의해 외부로 분출시키고 청소할 수 있다.

상기 예열된 노즐몸체(20) 내부의 제 1환형통로(22)를 통하여 압축공기와 액체 연료를 유입시켜 액체 연료를 저점도화 시키는 공정시에, 상기 압축공기는 4-6 기압으로 유입되며 절곡된 연결통로(24)를 통하여 제 1환형통로(22)로 분사시켜 저점도화를 촉진시켜 주게 된다.

다음으로, 상기 저점도화된 액체연료를 제 1환형통로(22) 끝부분에 수직 마찰에 의한 압축공기의 압력으로 미립화시키며 가스화 하는 공정시에는 미립화된 연료의 가스화를 도모하기 위하여 미립화실의 면적보다 가스화실의 면적을 크게 함과 동시에 완전가스화된 연료의 분출시 연소실내의 압력 강하를 위하여 오리피스(28)를 두어 환형 통로의 단면적보다 작은 단면적을 형성하여 압축 공기의 영향으로 자기 발화에 영향을 주지 않게 함과 동시에 미도시된 휀의 공기를 연소실로 보내어 원활한 연소가 이루어지게 하고, 연속적으로 노즐 몸체의 예열을 위해 소량의 공기가 공급되게 하며, 나머지 공기량은 버너 일체가 부착되는 보일러 내부로 직접 보내게 되고, 이때의 보일러는 하우징을 2중 구조로 제작하여 풍량을 분산 조절하게 된다.

또한, 연소 완료 후 제 1환형통로(22)로 액체 연료의 유입을 차단하고 압축공기 만을 1분 내지 3분 유입시켜 버너몸체(20) 내부에 잔존하는 연료를 연소실(32)로 배출시켜 연소시킴으로써 버너몸체(20) 내부에 회분이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액체연료의 연소 방법에 의하면 고점도 및 저점도 연료와 압축공기를 소정의 압력하에서 분사시키고 굴절된 환형통로를 통과시켜 버너의 열과 마찰 및 공기의 공급에 의해 연료를 미립화 및 가스화 시켜 연소 효율을 높일 수 있게 함으로써 다음과 같은 효과를 얻을 수 있게 된다.

1) 오일이나 폐유와 같이 고점도 액체 연료를 충분한 보조 공기의 제공과 함께 환형 통로에서의 방향전환에 따른 마찰력과 단면적의 변화로 생기는 압력차 등으로 고점도 액체의 미립화 및 무화 정도를 현저하게 높혀 그으름이나 슬러지를 발생시키지 않고 연소가 가능하게 된다.

2) 상술한 바와 같이 미립화 및 무화가 잘 이루어지기 때문에 고점도 액체 연료를 연소시키기 위해 첨가물을 첨가하지 않아도 되어 비용을 절감시킬 수 있을 뿐만 아니라 첨가물과 고점도 액체 연료의 불완전 연소로 인해 발생되는 환경 오염 정도를 현저하게 줄일 수 있게 된다.

3) 압축 공기와 고점도 연료의 유동방향이 반대로 이루어지게 하여 공기-연료의 충격력에 의해 고점도 연료의 점도를 낮춰 가스의 연소 효율을 높일 수 있게 된다.

Claims (6)

1. 액체 연료를 공급받아 연소시켜주는 액체 연료의 연소 방법에 있어서,

   노즐 몸체의 내부로 액체 연료와 압축 공기를 함께 공급하는 동시에 액체연료와 압축공기가 공급되는 노즐 몸체의 주위에서 공기와 가스를 연소시키는 예열과정을 통해 노즐 몸체 내의 액체 연료 및 압축 공기의 혼합기를 가스화 및 무화시키는 단계;

   여러 번의 진행 방향이 전환되는 통로를 갖는 노즐 몸체의 내부로 상기 무화된 혼합기를 통과시켜서 그 유동 방향이 꺽일 때 벽면에 부딪히는 충격과 단면 직경의 변화에 따른 압력변화를 이용하여 혼합기를 미립화시키는 동시에 가스화 정도를 높여주는 단계;

   가스화된 혼합기를 노즐 몸체의 외부로 분출시켜 자기 발화로 연소시켜주는 단계;

   를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 액체 연료의 연소 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서, 상기 가스화시키는 단계에서 노즐 몸체가 갖는 제2환형 통로의 단면 직경은 제1환형 통로의 단면 직경보다 넓게 하여 제1환형 통로의 단부까지 유동된 혼합기가 단면 직경의 변화에 따른 압력변화를 통해 무화 정도를 향상시키는 것을 특징으로 하는 액체 연료의 연소 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 혼합기를 미립화시키는 동시에 가스화 정도를 높여주는 단계는 혼합기가 노즐 몸체로부터 빠져나오는 지점에 오리피스를 구비하여 가스화된 혼합기가 강하게 노즐 몸체로부터 분출되게 하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 연료의 연소 방법.