KR100535861B1 - 연소로의 공기흐름을 이용한 원심분리 버너 - Google Patents

연소로의 공기흐름을 이용한 원심분리 버너 Download PDF

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KR100535861B1 KR10-2004-0033675A KR20040033675A KR100535861B1 KR 100535861 B1 KR100535861 B1 KR 100535861B1 KR 20040033675 A KR20040033675 A KR 20040033675A KR 100535861 B1 KR100535861 B1 KR 100535861B1
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Abstract

본 발명은 연소로의 내/외측 둘레면을 따라서 나선방향으로 고속 회전되는 연소공기의 원심력에 의해서 연소로에서 연소되는 액체 연료를 완전 연소 시킴은 물론, 미연소 물질의 생성을 방지할 수 있는 연소로의 공기흐름을 이용한 원심분리 연소버너에 관한 것으로서, 그 특징적인 구성은 연료 공급관(70)을 통하여 공급되는 연료가 연소되는 연소통(10)과, 연료를 착화시키는 점화수단(90)과, 상기 연소통(10)에 제 1 플렌지(20)를 매개로 설치된 연소관(30)과, 상기 연소관(30)의 외측 둘레면에 예열실(41)이 형성되도록 제 1 플렌지(20)에 고정된 유도관(40)과, 상기 유도관(40)의 외측 둘레면 일측에 연결된 연소공기 공급관(61)과, 상기 유도관(40)의 타면을 지지하며 배기관(22)이 구비된 제 2 플렌지(21)로 이루어진 연소버너에 있어서, 상기 제 1 플렌지(20)에 부착되고 원뿔형상으로 형성된 연소통(10)과, 상기 연소통(10)의 타면을 통하여 끼워지고 연료가 분사되는 분사노즐(71)이 구비된 선단부는 연소통(10)의 내측 중앙부에 위치된 연료 공급관(70)과, 상기 연소관(30)의 외측 둘레면 일측에 결합되어 초기 점화용 경유가 공급되는 경유 공급공(91)과 점화봉(92)이 구비된 점화수단(90)을 포함하여서 된 것이다.

Description

연소로의 공기흐름을 이용한 원심분리 버너{Centrifugal combustion burner using air-flow in a furnace}
본 발명은 연소로의 공기흐름을 이용한 원심분리 버너에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연소로의 내/외측 둘레면을 따라서 나선방향으로 고속 회전되는 연소공기의 원심력에 의해서 연소로에서 연소되는 액체 연료(등유, 경유, 중유, 폐유등)를 완전 연소 시킴은 물론, 미연소 물질의 생성을 방지할 수 있는 연소로의 공기흐름을 이용한 원심분리 연소버너에 관한 것이다.
일반적으로 각종 산업현장에서 발생되는 벙커씨유, 정제유 및 등의 폐유(이하 "연료" 라 칭함)는 지하에 매립을 하거나 연소장치를 이용하여 연소시키고 있다.
종래의 연소장치로 연료를 연소시킬 때에는 가연성 물질을 연소로의 연소실내에 투입한 후 착화버너를 이용하여 점화를 시키고, 연소로 상중하의 각 측면에서 연소공기가 연소실 내부에 직선방향으로 공급되도록 송풍을 가해서 공급되는 연소공기에 의해 연소되게 하였다.
그러나 이러한 것은 단순히 송풍기에서 공급되는 연소공기에 의해서 연소가 이루어지게 되어 연소효율이 낮을 뿐만 아니라 각종 고열량이나 저열량, 고습한 연료가 불완전 연소하게 되어 완전 연소를 하지 못함으로 인하여 불완전 연소된 연료를 외부에 방치 또는 매립 등의 방법으로 처리하므로 처리비용이 과다하게 소요됨은 물론, 자원의 낭비와 환경파괴로까지 이어져 왔고, 연료의 불완전연소에 의해 탄소분진과 인체에 치명적인 다이옥신을 비롯한 다양의 유해물질이 대기중으로 배출되어 주위의 공기오염 및 공해를 유발시킴으로 인하여 심각한 사회적 환경문제가 제기되어 왔으며, 불완전 연소된 연소잔여물의 재연소를 위해 버너를 연속적으로 가동시켜야 하기 때문에 보조연료(경유 등)사용으로 인한 연료비가 많이 들고, 연소시간이 지연되어 열효율을 저하시키는 문제점이 있었다.
또한, 고온의 온도를 필요로 하는 연료의 연소로에 있어서도 고온에서 사용할 수 있도록 특수 제작된 버너설치, 고압 산소의 주입, 로벽의 내화벽돌 축조 등으로 인해 고가의 설치비용과 수고를 필요로 하여야만 원하는 고온의 연소를 실현할 수가 있었고, 금속재로 된 연소실이 고온을 견디지 못하여 부식현상이 발생됨으로써, 연소로의 수명을 단축시키는 문제점이 있었다.
한편, 상기한 문제점을 해결하기 위한 방안으로 본 출원인은 대한민국 특허출원 2004-6616호와 같이 출원된 바 있다.
이는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이 일면은 차단되어 있고 타면은 개방된 원통형상의 연소통(100)과, 상기 연소통(100)의 내부로 연료를 공급하도록 그 연소통(100)의 둘레면 일측에 설치된 연료 공급관(101)과, 상기 연료 공급관(101)을 통하여 공급되는 연료를 점화시키도록 연소통(100)의 내부에 내장된 점화 플러그(102)와, 상기 연소통(100)의 타면을 지지하며 중앙에는 유입공(111)이 구비된 제 1 플렌지(110)와, 상기 연소통(100)과 중심이 일치되도록 제 1 플렌지(110)에 고정된 원통형상의 연소관(120)과, 상기 연소관(120)의 외측 둘레면으로 연소공기가 이동되면서 예열되는 예열실(150)이 형성되도록 연소관(120)보다 직경이 크고 길이가 길게 형성되며 연소관(120)과 중심이 일치되도록 제 1 플렌지(110)에 고정된 유도관(130)과, 상기 유도관(130)의 내부로 연소공기를 공급하도록 유도관(130)의 외측 둘레면 일측에 연결된 연소공기 공급관(181)과, 상기 유도관(130)의 타면을 지지하고 중앙에는 배기공(141)이 형성된 제 2 플렌지(140)와, 상기 배기공(141)과 중심이 일치되도록 제 2 플렌지(140)에 부착된 배기관(160)이 포함된 것이다.
이와 같이 구성된 종래의 연소로의 작동상태를 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 연료 공급관(101)을 통하여 연료를 공급하면, 연료가 소정의 분사압력이 유지된 상태로 분사되는 것이며, 이와 같이 분사된 연료는 연소통(100)의 내측 둘레면을 따라서 고속으로 회전되면서 기화되는 것이다.
이때 연소통(100)의 내부에 내장된 점화 플러그(102)를 작동시키면 기화된 연료가 점화되는 것이다.
이와 같이 연소통(100)의 내부에 연료가 점화된 상태에서 송풍기(180)를 작동시키면 연소공기 공급관(181)을 통하여 연소공기가 공급되고, 그 연소공기는 예열실(150)의 내부를 나선방향으로 회전되면서 이동되어 연소관(120)을 냉각시킴과 동시에 예열되는 것이다.
상기 과정을 통하여 예열된 연소공기는 연소관(120)의 내측면에 나선방향으로 회전되면서 연소통(100) 측으로 이동되고, 상기 연소통(100)의 내부에서 나선방향으로 회전되는 연소공기의 원심력에 의해서 연소관(120) 내부의 연료는 원심분리된다.
즉, 고 비중의 연료는 연소관(120)의 둘레면으로 이동된 후 연소공기와 함께 이동되며, 저 비중의 연료는 연소관(120)의 중앙부에서 연소통(100)에서 발생된 화염에 의해서 완전 연소된 후 제 2 플렌지(140)에 설치된 배기관(160)을 통하여 외부로 배기되는 것이다.
그리고 연소관(120)의 내부에 발생되는 미세한 이물질은 배출관(103)의 중앙부에 설치된 포집수단(104)에 포집되는 것이다.
그러나 이러한 종래의 연소장치는 연료가 연소통(100)의 측면으로 공급된 후 연속적으로 회전되면서 중앙부로 이동되므로 연료가 중앙부로 이동되는 시간이 지연되므로 연소효율이 저하되는 문제점이 있었다.
또한 종래에는 연소통(100)이 연소관(120)과 동일한 직경을 갖는 원통 형상으로 형성되어 있으므로 연소통(120)의 내측 둘레면에 이물질(카본 등)이 고착되었으며, 이를 장기간 방치할 경우에는 이물질이 두꺼워지게 되어 연소통(120)의 공간을 축소시키므로 인하여 연소효율이 저하되는 등의 문제점이 있었다.
또한 종래에는 연소통(100)과 연소관(120)이 제 1 플렌지(110)를 매개로 연결되어 있으므로 연소통(100)과 연소관(120)이 접촉되는 부분의 온도차이로 인한 변형을 방지할 수 있는 어떠한 수단도 강구되지 않았으므로, 상기 제 1 플렌지(110)가 변형되는 등의 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 그 목적은 연소통을 원뿔형상으로 변경하여 연소통의 내측 둘레면에 이물질이 부착되는 것을 방지하는 한편, 상기 연소통의 중앙부로 연료가 분사되도록 연료 공급관을 중앙부에 설치하여 연료의 이동으로 인한 연소효율 저하를 방지할 수 있는 연소로의 공기흐름을 이용한 원심분리 연소버너를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징적인 구성을 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 연소로의 공기흐름을 이용한 원심분리 연소버너는 연료 공급관을 통하여 공급되는 연료가 연소되는 연소통과, 상기 연소통의 내부에 공급된 연료를 착화시키는 점화수단과, 상기 연소통에 제 1 플렌지를 매개로 설치된 원통형상의 연소관과, 상기 연소관의 외측 둘레면으로 연소공기가 이동되면서 예열되는 예열실이 형성되도록 연소관보다 직경이 크고 길이가 길게 형성되며 제 1 플렌지에 고정된 유도관과, 상기 유도관의 내부로 연소공기를 공급하도록 유도관의 외측 둘레면 일측에 연결된 연소공기 공급관과, 상기 유도관의 타면을 지지하는 제 2 플렌지와, 상기 제 2 플렌지의 중앙에 부착된 배기관으로 이루어진 연소버너에 있어서, 상기 제 1 플렌지에 부착되는 일면의 직경은 연소관의 직경과 동일하고 타면은 그 직경이 점차 축소되는 원뿔형상으로 형성된 연소통과, 상기 연소통의 타면을 통하여 끼워지고 연료가 분사되는 분사노즐이 구비된 선단부는 연소통의 내측 중앙부에 위치된 연료 공급관과, 상기 연소관의 외측 둘레면 일측에 결합되어 초기 점화용 경유가 공급되는 경유 공급공과 점화봉이 구비된 점화수단을 포함하여서 된 것이다.
이와 같은 특징을 갖는 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 연소버너를 나타낸 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 연소버너를 나타낸 종단면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 연소버너의 공기흐름을 나타낸 단면도이며, 도 6은 본 발명에 따른 보호판을 나타낸 단면도이다.
여기에서 참조되는 바와 같이 본 발명은 연료가 연소되는 연소통(10)이 구비되어 있되, 그 연소통(10)은 일면의 직경은 크고 타면의 직경은 점차 축소되는 원뿔형상으로 형성되어 있으며, 상기 원뿔의 경사도는 중심축을 기점으로 약 45°를 유지하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 연소통(10)의 내부에는 연료 공급관(70)이 설치되어 있되, 그 연료 공급관(70)은 연소통(10)의 타면을 통하여 끼워지고, 연소통(10)의 중앙부에 위치된 연료 공급관(70)의 선단부에는 분사노즐(71)이 설치되어 있으며, 상기 분사노즐(71)은 연료가 연소통(10)의 원주방향으로 균일하게 분사될 수 있도록 둘레면에 등간격으로 설치되어 있다.
상기 연소통(10)의 일면에는 제 1 플렌지(20)를 매개로 원통형상의 연소관(30)이 설치되어 있되, 상기 제 1 플렌지(20)의 내부에는 연소통(10)과 연소관(30)의 온도차이로 발생되는 열팽창으로 인한 변형량을 보상하기 위한 소정의 두께를 갖는 링 형상의 보호판(50)이 내장되어 있고, 상기 보호판(50)의 둘레면에는 복수개의 슬릿홈(51)이 등간격으로 형성되어 있다.
한편, 상기 연소관(30)의 외측 둘레면 일측에는 점화수단(90)이 설치되어 있되, 그 점화수단(90)의 내부에는 초기 점화용 경유가 공급되는 경유 공급공(91)이 형성되어 있고, 초기 점화용 경유를 착화시키기 위한 점화봉(92)이 설치되어 있으며, 상기 연소관(30) 내부의 온도를 특정하고자 할 때에는 점화수단(90)의 내부에 온도센서(93)를 더 설치할 수 도 있다.
그리고 상기 연소관(30)의 외측에는 그 연소관(30)의 외측 둘레면을 따라서 연소공기가 이동되면서 예열되는 예열실(41)이 형성되도록 연소관(30)보다 직경이 크고 길이가 긴 유도관(40)이 설치되어 있되, 그 유도관(40)은 연소관(30)과 중심이 일치되게 설치되어 있다.
또한, 상기 유도관(40)의 외측 둘레면 일측에는 유도관(40)의 내부로 연소공기를 공급하기 위한 연소공기 공급관(61)이 설치되어 있고, 상기 유도관(40)의 타면에는 제 2 플렌지(21)가 설치되어 있으며, 그 제 2 플렌지(21)의 중앙에는 배기관(22)이 설치되어 있다.
한편, 상기 연료 공급관(70)에는 노즐지지관(80)이 설치되어 있고, 그 노즐지지관(80)에는 보조관(80)이 끼워져 있되, 상기 보조관(80)의 외측 둘레면에는 그 보조관(80)이 선택적으로 분리/결합 가능하도록 복수개의 클립(81)의 설치되어 있으며, 상기 연료공급관(70)의 일단에는 연소 후의 공급관 내부의 청소를 위하여 경유 분출노즐(72)이 설치되어 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 작동상태를 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명의 버너를 초기 점화 할 때는 점화수단(90)에 설치된 경유 공급공(91)을 통하여 초기 점화용 경유를 공급하면서 점화봉(92)을 작동시키면, 경유가 착화되고 이때 발생되는 화염은 연소통(10)의 내부에서 연소되게 된다.
이러한 상태에서 연료 공급관(70)을 통하여 연료(폐유)를 공급하면 상기 연료 공급관(70)의 선단부에 설치된 분사노즐(71)을 통하여 연소통(10)의 원주방향으로 균일하게 분사되는 것이다.
이와 같이 분사되는 연료는 점화수단(90)의 화염에 의해서 점화되어 연소통(10)의 내부에서 연소되는 것이다. 그리고 상기 연소통(10)의 내부로 분사되는 연료가 점화되면 점화수단(90)을 통하여 공급되는 경유를 차단하게 된다.
이러한 상태에서 송풍기를 작동시키면 그 송풍기에 연결된 연소공기 공급관(61)을 통하여 공급되는 연소공기는 유도관(40)과 연소관(30)의 사이에 형성된 예열실(41)로 공급되는 것이며, 상기 예열실(41)의 일측은 제 1 플렌지(20)에 의해서 차단되어 있으므로 연소관(30)과 유도관(40)의 사이에 나선방향으로 회전되면서 이동되어 연소관(30)을 냉각시키고 연소공기는 예열되는 것이다.
상기 예열실(41)을 회전하면서 예열된 연소공기가 예열실(41)의 단부로 이동되면 제 2 플렌지(21)에 의해서 차단되므로 연소관(30)의 단부로 유입되어 그 연소관(30)의 내측면에 나선방향으로 회전되면서 연소통(10) 측으로 이동되게 된다.
상기 연소관(30)의 내부에는 나선방향으로 회전되는 연소공기에 의해서 원심력이 작용하게 되므로 연소관(30)의 내부에서 연소되는 연료는 원심분리되는 것이며, 이때 고 비중의 연료는 연소관(30)의 둘레면으로 이동되어 연소공기와 함께 이동되게 되고 저 비중의 연료는 연소관(30)의 중앙부에서 연소통(10)에서 발생된 화염에 의해서 완전 연소된 후 제 2 플렌지(21)에 설치된 배기관(22)을 통하여 외부로 배기되는 것이다.
한편, 상기 연소통(10)의 내부로 유입된 고 비중의 연료는 원뿔형상으로 형성된 연소통(10)의 내측면을 따라서 이동되게 되므로 내측에 부착되는 것이 방지되는 것이다.
그리고 연소통(10)의 내부에서 연료가 연소될 때 연소통(10)과 연소관(30)사이에 발생되는 온도차이로 인하여 열변형이 발생되면 제 1 플렌지(20)의 내부에 내장된 보호판(50)이 변형되게 되며, 이때 보호판(50)에는 다수개의 슬릿홈(51)이 형성되어 있으므로 변형을 보상하게 되어 연소통(10)과 연소관(30) 및 제 1 플렌지(20)의 변형을 방지하게 되는 것이다.
이와 같이 본 발명은 연소통이 원뿔형상으로 형성되어 있으므로 고 비중의 연료 및 이물질(카본 등)이 연소통의 내측면에 고착되는 것을 방지하게 되는 특유의 효과가 있다.
또한 본 발명은 연소통의 중앙으로부터 원주방향으로 연료가 분사되므로 연소통 연소효율을 향상시킬 수 있게되는 특유의 효과가 있다.
도 1은 종래의 연소장치를 나타낸 사시도.
도 2는 종래의 연소장치를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 연소버너를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 연소너를 나타낸 종단면도.
도 5는 본 발명에 따른 연소버너의 공기흐름을 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 보호판을 나타낸 단면도.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※
10 : 연소통 20 : 제 1 플렌지
21 : 제 2 플렌지 22 : 배기관
30 : 연소관 40 : 유도관
41 : 예열실 42 ; 연소실
50 : 보호판 51 : 슬릿홈
61 : 연소공기 공급관 70 : 연료 공급관
71 : 분사노즐 72 : 분기관
80 : 보조관 81 : 클립
82 : 노즐지지관 90 : 점화수단
91 : 경유 공급공 92 : 점화봉
93 : 온도센서 94 : 물 분사관

Claims (5)

  1. 연료 공급관(70)을 통하여 공급되는 연료가 연소되는 연소통(10)과, 상기 연소통(10)의 내부에 공급된 연료를 착화시키는 점화수단(90)과, 상기 연소통(10)에 제 1 플렌지(20)를 매개로 설치된 원통형상의 연소관(30)과, 상기 연소관(30)의 외측 둘레면으로 연소공기가 이동되면서 예열되는 예열실(41)이 형성되도록 연소관(30)보다 직경이 크고 길이가 길게 형성되며 제 1 플렌지(20)에 고정된 유도관(40)과, 상기 유도관(40)의 내부로 연소공기를 공급하도록 유도관(40)의 외측 둘레면 일측에 연결된 연소공기 공급관(61)과, 상기 유도관(40)의 타면을 지지하는 제 2 플렌지(21)와, 상기 제 2 플렌지(21)의 중앙에 부착된 배기관(22)으로 이루어진 연소버너에 있어서,
    상기 제 1 플렌지(20)에 부착되는 일면의 직경은 연소관(30)의 직경과 동일하고 타면은 그 직경이 점차 축소되는 원뿔형상으로 형성된 연소통(10)과, 상기 연소통(10)의 타면을 통하여 끼워지고 연료가 분사되는 분사노즐(71)이 구비된 선단부는 연소통(10)의 내측 중앙부에 위치된 연료 공급관(70)과, 상기 연소관(30)의 외측 둘레면 일측에 결합되어 초기 점화용 경유가 공급되는 경유 공급공(91)과 점화봉(92)이 구비된 점화수단(90)을 포함함을 특징으로 하는 연소로의 공기흐름을 이용한 원심분리 연소버너.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 연소통(10)의 경사도는 중심을 기점으로 45°임을 특징으로 하는 연소로의 공기흐름을 이용한 원심분리 연소버너.
  3. 제 1 항에 있어서, 제 1 플렌지(20)의 내부에는 소정의 두께를 가지며 둘레면에는 열팽창에 의한 변형량을 보상하기 위하여 복수개의 슬릿홈(51)이 형성된 보호판(50)이 설치됨을 특징으로 하는 연소로의 공기흐름을 이용한 원심분리 연소버너.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 연료 공급관(70)의 선단부에는 연료가 연소통(10)의 원주방향으로 분사되도록 등간격으로 복수개의 분사노즐(71)이 설치됨을 특징으로 하는 연소로의 공기흐름을 이용한 원심분리 연소버너.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 연료 공급관(70)에 설치된 노즐지지관(82)과, 상기 노즐지지관(82)에 끼워진 보조관(80)과, 상기 보조관(80)을 선택적으로 분리/결합하도록 보조관(80)의 외측 둘레면에 설치된 복수개의 클립(81)과, 상기 보조관(80)을 통하여 공급되는 연료가 분사노즐(71)에서 분출되도록 보조관(80)의 선단부에 설치된 노즐지지관(82)이 더 포함됨을 특징으로 하는 연소로의 공기흐름을 이용한 원심분리 연소버너.
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