KR100500251B1 - 브라운가스 연소촉진용 인젝터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 브라운가스를 이용한 연소촉진방법과 연소촉진용 브라운가스 인젝터에 관한 것으로서 벙커-C유 등을 연료로 사용하는 보일러, 로 등의 오일버너 또는 설비를 교체하지 않고 그대로 사용하면서 브라운가스를 투입하여 연소를 촉진하기 위한 것이다.

구체적으로는 브라운가스건과 하우징 그리고 보호관으로 구성된 브라운가스 인젝터를 오일버너 센터라인과 삼각정점을 이루며 만나는 센터라인 상에 설치하고 젯트에어에 의해 브라운가스를 화염의 중심에 투입하여 불완전연소부분을 완전연소로 유도하여 심각한 공해문제를 해결하고 막대한 연료비용도 절감할 수 있는 것이다.

특히 벙커-C유 같은 저질유를 천대하지 않고 유용한 에너지 자원으로 활용할 수 있는 것이 장점이다.

Description

브라운가스 연소촉진용 인젝터{Brown Gas Injector and Burning Promotion System}

본 발명은 브라운가스를 이용한 연소촉진용 브라운가스 인젝터 및 연소촉진시스템에 관한 것으로서, 구체적으로는 벙커-C유 등 기존의 화석연료를 사용하는 연소실에 브라운가스 인젝터를 설치하여 브라운가스를 투입함으로서, 연소를 촉진시켜 불완전 연소부분을 완전연소가 되도록 도모하는 것으로, 공해문제를 해결하고 아울러 연료비용도 절감하기 위한 것이다.

알려진 바와 같이 브라운가스 발생기에서 생산되는 브라운가스는 수소와 산소의 혼합가스로서 수소2대 산소1의 비율로 혼합되어 있는 혼합가스이다.

따라서 불완전한 연소가 진행중인 연소실에 브라운가스 즉, Н₂와 О₂를 넣어주기만 하면 연소를 촉진시켜 완전연소를 유도할 수 있는 것이다.

이러한 브라운가스 연소촉진방법에 있어서 무엇보다 중요한 것은 화염의 중심에 Н₂와 О₂를 투입하여야 한다는 점이다.

왜냐하면, 기름 등의 연료가 연소할 때 화염의 중심부에서 연료중의 Н₂성분이 제일 먼저 연소하게 된다는 점을 응용한다면 브라운가스 즉, Н₂와 О₂를 화염의 중심에 투입함으로써 연소효과를 최대로 얻을 수 있기 때문이다.

이러한 점을 적용하는 연소촉진방법으로 본 발명자가 이미 선 출원하여 등록한 "연소촉진용 브라운가스버너"(실용신안등록제223924호 및 이 중 특허출원 제10-2000-63927호, 이하 인용특허라 칭한다)를 인용하여 검토하여 보기로 한다.

상기 인용특허의 개략적인 기술내용을 살펴보면 다음과 같다.

『내부중앙에 오일공급관에서 공급되는 오일을 저장하는 오일충전실과 에어믹서에 의해 압축공기와 브라운가스가 혼합된 BG믹스에어를 공급하는 챔버 및 일측단부에 플렌지부가 일체로 구비된 하우징과; 상기 오일충전실에 장착되어 오일을 연소실로 분사하는 오일스프레이건과; 상기 챔버에 오일이 분사되는 중심부위에 와류형으로 BG믹스에어를 공급하는 BG버너건과; 외부공기를 유입하여 연소실로 공급하여 연소를 촉진시키는 윈드박스와; BG믹스에어 스프레이관의 선단부에 위치하여 제1공기 공급구와 제2공기 공급부를 통해 연소실로 공기를 공급하는 버너타일로 구성된 것이다.』

이상 상기 인용특허에 대해 살펴본 본 바와 같이 기존설비의 연소실에 브라운가스를 공급하기 위한 방법으로 특별히 BG믹스에어를 공급하는 브라운가스 버너건이 겸비된 오일버너를 제안하고 있다.

다시 말하면, 상기 BG 버너건은 오일스프레이관의 외주면에 브라운가스 믹스에어 스프레이관을 형성시켜 구성한 것으로 버너팁부의 오일이 분사되는 지점에서 동시에 브라운가스 믹스에어가 투입되도록 되어 있고, 이것은 연소실에 대량으로 공급되는 연소용 공기가 혼합되기 전에 브라운가스가 먼저 혼합되도록 구성한 것으로 브라운가스가 화염의 중심부에서 효과적으로 연소될 수 있도록 제안한 것이다.

이와 같이 인용특허는 브라운가스를 효과적으로 투입하기 위하여 기존의 버너를 철거하고 그 자리에 새로운 연소촉진용 브라운가스버너를 설계, 제작하여 설치하여야 하는 것이다.

상기 인용특허는 연료를 과다소비하고 공해문제를 일으키고 있는 기존의 보일러 소각로 등의 커다란 설비를 철거하지 않고 그대로 이용하면서 단지 버너만 교체함으로써 공해문제를 해결할 뿐만 아니라 연료비도 줄일 수 있는 아주 유용한 방법임에 틀림없다. 그러나 버너도 교체하지 않고 연소촉진의 목적을 달성할 수 있다면 더 좋을 것이다.

예를 들어, 로타리 버너의 경우 1차 에어 팬이 중심축을 회전하기 때문에 중심축을 이용하여 브라운가스를 투입하기 위해서는 많은 설계변경을 하여야한다.

따라서 로타리 버너의 경우는 버너를 새로 설계하거나 교체하지 않고 그대로 쓰면서 브라운가스를 투입할 수 있는 방법을 강구하는 것이 좋다.

본 발명은 상기 인용특허와 달리 기존의 버너 역시 교체하지 않고 브라운가스 인젝터 만을 신설함으로서 쉬운 방법으로 연소촉진의 목적을 달성하기 위한 것이다.

물론, 브라운가스 연소촉진의 목적이 기존 설비의 연소촉진에만 쓰이는 것이 아니고 앞으로 신설설비에도 써야 되지만, 이미 산업현장에 널리 퍼져 있는 기존 보일러, 소각로 등의 공해문제가 심각하기 때문에 공해문제를 해결 할 수 있다면 그것을 먼저 해결하는 것이 순서일 것이다.

예를 들어, 벙커-C유 보일러 등의 연소촉진이 활성화되면 앞으로 발열량이 많은 벙커-C유를 천대할 필요 없이 벙커-C유를 사용하는 신규보일러를 많이 공급할 수 있을 것이고 현재 7대 도시에서 실시하고있는 벙커-C유 사용규제를 철폐할 수 있을 것이다.

다시 말하면 본 발명은 버려지고 있는 에너지 자원을 브라운가스를 이용하여 버리지 않고 효과적으로 사용하기 위한 것으로 막대한 투자를 하여 설비한 보일러, 소각로 등의 설비를 교체하지 않고 그대로 사용하면서 연소촉진의 목적을 달성하기 위한 것이며, 또한 차후에는 브라운가스 연소촉진 방법을 설계 당시 미리 적용한 신규 보일러, 소각로 등을 널리 보급하기 위한 것이다.

따라서 본 발명은 현재 널리 보급되어있고 앞으로도 많이 보급 될 것으로 보이는 보일러, 소각로 등의 형식과 연소 방법을 그대로 사용하면서 브라운가스를 화염의 중심에 투입하여 연소촉진하기 위한 방법과 그에 필요한 브라운가스 인젝터를 제안하기 위한 것이다.

보일러, 로 등의 연소실에 브라운가스를 투입하여 연소를 촉진하는 방법에 있어서 본 발명은 기존의 연소실이나 버너의 설계변경 없이 단지 연소촉진용 브라운가스 인젝터 만을 설치하여 효과적으로 연소를 촉진할 수 있는 방법을 제안하기 위한 것이다.

여기서, 브라운가스에 의한 연소촉진을 효과적으로 하기 위해서는 브라운가스를 화염의 중심에 투입하는 것이 중요하므로 신설되는 브라운가스 인젝터의 선단부는 오일버너 전방의 연소실 내부에 설치되어야하고 또한 설치되는 위치선정이 중요하다.

따라서 본 발명은 브라운가스, 즉 Н₂와 О₂가 오일버너 팁으로부터 가까운 곳에 투입되게 하기 위한 방법이므로 오일버너 센터라인상의 일정지점에 브라운가스 인젝터의 센터라인이 일정각을 이루면서 만나 삼각정점을 이루는 중심선상에 브라운가스 인젝터를 설치하도록 한다.

특히, 브라운가스 인젝터는 연소실 내부에 설치되므로 투입기가 과열되지 않도록 특별히 구성하여야 한다.

따라서 본 발명에 의한 브라운가스 인젝터는 중심축에 브라운가스 건이 형성되도록 하고 브라운가스 건 외곽 주위를 2중으로 에어 쿨링하도록 쿨링 에어관을 설치하고 쿨링 에어관 외곽을 고온단열재로 보온하여 브라운가스 인젝터가 과열되는 일이 없도록 한다.

상기 브라운가스 건은 동일 중심축상에 젯트에어노즐을 설치하여 압축공기로 브라운가스를 밀어내도록 구성한 것으로 이 과정에서 브라운가스와 젯트에어가 혼합되어 분출하므로 브라운가스의 연소속도를 늦추어 줄뿐만 아니라 화염이 역진 할 수 없어 역화가 일어나지 않는다.

다시 말하면 본 발명은 역화방지 조건, 즉 ①노즐팁이 과열되지 않도록 할 것, ②브라운가스에 에어를 섞어 연소속도를 낮출 것, ③노즐팁에서의 분출속도를 높여 화염이 역진하여 들어오지 못하도록 할 것, 등을 고려하여 연소촉진용 브라운가스 인젝터를 제안한 것이며, 이것은 Н₂와 О₂가 인젝터 노즐에서 불이 붙지 않고 직접 화염 속으로 분사되게 하기 위한 것이다.

이하 본 발명의 브라운가스 연소촉진 방법과 연소촉진용 브라운가스 인젝터에 대하여 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1, 도 2, 도 3은 본 발명의 전체적인 구성상태를 예시한 구성도로서 도 1은 건 타입 오일버너가 장착된 연소실에 브라운가스를 투입하는 방법을 보여주는 일실시 예에 따른 전체 구성도이고, 도 2, 도 3은 로타리버너가 장착된 연소실에 브라운가스를 투입하는 방법을 보여주는 일실시 예에 따른 전체 구성도이고, 도 3은 일실시예에 따른 브라운가스 인젝터의 또 다른 형태를 보여주는 전체 구성도이다.

또한 도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 브라운가스 인젝터의 구성상태를 예시한 분해사시도, 도 5는 본 발명에 의한 브라운가스 인젝터의 횡단면도, 도 6은 도 5의 A-A' 단면도, 도 7, 도 8, 도 9, 도 10은 본 발명의 일구성요소들의 상세도로써 도 7은 하우징의 횡단면도 및 평면도 도 8은 브라운가스 건의 횡단면도 도 9는 도 8의 일부사시도 도 10은 젯트에어 노즐의 횡단면도 및 평면도이다.

도 1에서 도 10에 도시한 바와 같이 본 발명의 전체적인 구성은 기존설비의 오일버너(11)과 연소실 형태를 고려한 적절한 위치에 인젝터 인입관(21)을 설치하고 인입관(21)을 통하여 브라운가스 인젝터(20)를 설치하되, 브라운가스 인젝터(20)의 센터라인이 오일버너(11)의 센터라인과 일정각을 이루면서 서로 만나 형성되는 삼각정점(A)이 오일 노즐팁에서 가능한 가까운 일정지점에 위치하도록 구성한 것이다.

본 발명의 브라운가스 인젝터(20)의 전체적인 구성은 보호관(30)과 하우징(40), 브라운가스 건(50) 및 젯트에어노즐(60)로 구성된 것이다.

구체적으로 설명하면, 상기 하우징(40)의 구성은 인젝터(20)를 연소장치 본체에 고정하기 위한 플랜지(46)와 브라운가스 건(50)이 체결되는 건 체결부(49)와 건 체결부(49)로부터 호퍼부(42)를 지나 중공을 이루는 쿨링에어관(43)과 쿨링에어관(43)의 내경보다 조금 적게 형성되는 노즐팁(44)과 상기 플랜지(46)의 내측의 원주상에 원통형태로 돌출되고 내측에 나사가 형성된 보호관 체결부(45)와 또한 상기 호퍼부(42)로부터 보호관(30) 내부로 쿨링에어를 공급하기 위한 에어블로우홀(47)이 형성된 구조로 되어있다.

상기 브라운가스 건(50)은 상기 하우징(40)의 브라운가스 건 체결부(49)에 체결되는 것으로써, 건의 중심축을 이루는 몸체의 일측에 젯트에어노즐 체결부(59)와 중심축을 따라 형성된 중공형태의 브라운가스 공급실(52) 및 브라운가스 분출관(53)으로 구성되어있고 상기 브라운가스 분출관(53)의 선단에는 노즐팁(54)이 형성됨과 아울러 외부원주방향으로 돌출부(55)로 구성된 것으로 돌출부(55)는 브라운가스 건(50)과 상기 하우징(40)을 조립하면 쿨링에어관(43)과 브라운가스 분출관(53)이 서로 동일 중심측 상에서 일정한 갭을 이루도록 동일한 높이로 형성되어 있다.

상기 젯트에어노즐(60)은 브라운가스 건의 몸체에 형성된 젯트에어노즐 체결부(59)에 체결되는 것으로써 육각 머리부(63)에 압축공기 유입구(61)를 형성할 것이다.

이렇게 하여 구성된 브라운가스 인젝터(20)의 브라운가스 유입구(51)에 브라운가스 공급라인을 파이프 니플에 의해 연결하고, 또한 압축공기 공급라인을 압축공기 유입구(61)와 쿨링에어 유입구(41)에 각각 연결하여 가스와 에어를 각각 공급하면, 브라운가스 공급실(52)을 통과한 브라운가스는 젯트에어 노즐(60)로부터 분출하는 젯트에어에 의해 브라운가스 분출관(53)을 통과하여 브라운가스 노즐팁(54)에서 연소실의 삼각정점(A)을 향해 분사된다.

또한 압축공기는 쿨링에어 공급홀(56)과 호퍼부(42)를 통과하여 브라운가스 분출관(53)과 쿨링에어관(43) 사이에 형성된 공간을 통과하면서 쿨링에어 노즐팁(44)에서 분출한다.

또한 쿨링에어 블로우홀(47)을 통과한 압축공기는 쿨링에어관(43)과 보호관(30)사이를 통과하면서 쿨링에어관(43)을 쿨링하므로 결국 브라운가스 건(50)을 이중으로 쿨링하게 된다.

또한 본 발명은 브라운가스 노즐팁(54)과 쿨링에어 노즐팁(44)의 끝단이 단열재(31)로 보온된 보호관(30)의 끝단에서 일정거리만큼 안쪽에 내재하도록 구성하여 브라운가스 노즐팁이 과열되는 것을 방지하였다.

따라서 본 발명은 2중, 3중으로 노즐팁의 과열을 방지하고 젯트에어에 의해 분출속도를 높임으로써 철저하게 역화를 방지할 뿐만 아니라 노즐팁에서 불이 붙지 않고 H2와 O2를 안정적으로 화염의 중심에 투입할 수 있게 되었다.

화석연료의 사용으로 인한 공해문제를 해결할 방법은 여러 가지 방법이 있겠으나 이제 기술적인 한계에 도달하여 더 이상의 마땅한 방법이 없다해도 과언이 아닐 것이며, 특히 벙커-C유 같은 저질유의 경우는 문제로 남아 있을 수밖에 없다.

왜냐하면 연소실에서 연료를 태우기 위해서는 산소가 필요하고 산소를 공급하기 위해서는 공기를 불어넣어 주어야 하기 때문에 질소가 70%나 차지하는 공기를 넣어서는 만족스런 완전연소를 기대할 수 없기 때문이다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하는 것으로 화염의 중심에 가장 잘 타는 연료인 수소와 조연제인 산소를 넣어줌으로서 불완전연서부분을 해소하고 완전연소를 유도하여 낸 것이다.

본 발명은 기존설비를 교체하거나 개조하지 않고 그대로 사용하면서 단지 브라운가스 인젝터만을 설치하여 공해문제를 해결할 수 있는 것이 장점임은 물론이고, 또한 막대한 연료비를 절감할 수 있게 한 아주 유용한 발명인 것이다.

도 1, 도 2, 도 3은 본 발명의 전체적인 구성 상태를 경우에 따라 각각 예시하여 보여주는 구성도

도 4는 본 발명에 의한 브라운가스 인젝터의 구성상태를 예시한 분해사시도

도 5는 본 발명의 일구성요소인 하우징의 횡단면도 및 정면도

도 6은 도 5의 A-A'단면도

도 7은 본 발명의 일구성요소인 하우징 횡단면도 및 평면도

도 8은 본 발명의 일구성요소인 브라운가스 건의 횡단면도

도 9는 도 8의 일구성요소를 보여주는 일부 사시도

도 10은 본 발명의 일구성요소인 젯트에어 노즐의 횡단면도 및 평면도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11…오일버너 12…윈드박스 13…2차 에어공급부

14…1차 에어공급부 20…브라운가스 인젝터 21…인젝터 인입관

30…보호관 31…단열재 40…하우징

41…쿨링에어 유입구 42…호퍼부 43…쿨링에어관

44…쿨링에어 노즐팁 45…보호관 체결부 46…고정 플랜지

47…에어블로우홀 49…브라운가스 건 체결부 50…브라운가스 건

51…브라운가스 유입구 52…브라운가스 공급실 53…브라운가스 분출관

54…브라운가스 노즐팁 55…돌출부 56…쿨링에어 공급홀

59…젯트에어 노즐 체결부 60…젯트에어 노즐 61…압축공기 유입구

62…젯트 노즐팁 63…육각 머리부

Claims (4)

1. 육각머리부(63)에 압축공기유입구(61)와 반대쪽으로 중심축을 이루는 젯트노즐팁(62)이 형성된 젯트에어노즐(60)과; 일측에는 상기 젯트에어노즐(60)이 결합되는 체결부가 형성되고 타측에는 중공형태의 브라운가스 공급실(52)과, 선단부에 노즐팁과 외측면에 원주방향으로 돌출부가 형성된 분출관(53)이 형성된 브라운가스건(50)과; 플렌지(46)와 브라운가스건(50)과 결합되는 건체결부(49)와 상기 건체결부(49)로부터 호퍼부(42)를 지나 중공을 이루는 쿨링에어관(43)과, 이 쿨링에어관(43)의 내경보다 작게 형성된 노즐팁(44)과, 상기 플랜지(46)의 원주상에 원통형태로 돌출되고 내측에 나사가 형성된 보호관체결부(45)와 상기 호퍼부로부터 보호관(30)의 내부로 쿨링에어를 공급하는 에어블로우홀(47)이 형성된 하우징(40)과; 외주면에 단열재(31)가 부착되어 상기 하우징(40)에 일체로 결합되는 보호관(30)으로 구성된 것을 특징으로 하는 브라운가스 연소촉진용 인젝터.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 하우징에 결합되는 보호관(30)은 쿨링에어관(43)의 외측에 결합되며, 상기 에어블로우홀(47)을 통과한 에어가 쿨링에어관(43)을 쿨링하고, 선단부의 내측에는 브라운가스노즐팁(54,44)이 위치토록하여 분출하는 쿨링에어에 의해 상기 브라운가스노즐팁(54,44)의 과열을 방지하는 구성으로 이루어진 것을 특징으로 하는 브라운가스 연소촉진용 인젝터.
4. 삭제