KR100699219B1 - 표면연소버너 적용 고온 재생기 - Google Patents

표면연소버너 적용 고온 재생기 Download PDF

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조현철
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Abstract

본 발명은 흡수식 냉동기 및 흡수식 냉온수기에 사용되는 표면연소버너 적용 고온 재생기에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 농도가 묽은 용액이 탱크로 공급되고, 탱크로 공급되는 용액이 화염으로 가열되도록 가열로가 형성되고, 가열된 용액에서 증기는 유출되고 용액은 농도가 진해져서 유출되는 저장수단과; 상기 탱크로 공급되는 용액을 화염으로 가열하도록 상기 가열로의 입구에 설치되는 가열수단과; 상기 저장수단의 탱크로 나누어져 공급되는 용액 중 일부는 가열로의 초반부를 지나게 하고, 나머지는 이격시켜 가열로를 통해 탱크에 공급하는 전열수단으로 이루어져 구조가 소형화되고 제작비용이 저감되도록 한다.
표면연소, 저장수단, 가열로, 단열공간, 전열수단

Description

표면연소버너 적용 고온 재생기{High desorber using surface combustion burner}
도 1은 본 발명에 따른 표면연소버너 적용 고온 재생기의 사시도이고,
도 2a는 본 발명에 따른 표면연소버너 적용 고온 재생기의 정면도이고,
도 2b는 본 발명에 따른 표면연소버너 적용 고온 재생기의 측면도이고,
도 2c는 본 발명에 따른 표면연소버너 적용 고온 재생기의 상부를 단면한 평면도이고,
도 3은 본 발명에 따른 표면연소버너 적용 고온 재생기의 가열수단을 나타낸 정면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 표면연소버너 적용 고온 재생기의 배플(baffles)을 나타낸 것이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100 : 저장수단 101 : 탱크
101a, 101b: 개방구 102 : 관
105 : 가열로 106 : 배출구
110: 저장부 200 : 전열수단
205 : 제1용액관부 210 : 단열공간
215 : 제2용액관부 220 : 핀
225 : 지지대 230 : 리브
235 :　배플(baffles) 250 : 가열수단
255 : 송풍부 260 : 혼합부
265 : 연소부 265a: 개폐막
265b: 다공판 266c: 금속섬유매트
본 발명은 흡수식 냉동기 및 흡수식 냉온수기에 사용되는 표면연소버너 적용 고온 재생기에 관한 것으로, 특히, 선혼합 표면 연소 방식을 적용하여 연소 공간을 최소화하고, 다수의 연관식 다발로 이루어진 복수의 용액관을 가열로에 분리 배치하여, 연료의 완전연소 및 구조 소형화와 열절달의 효율성을 높인 표면연소버너 적용 고온 재생기에 관한 것이다.
일반적으로, 흡수식 냉동기는 물을 냉매로 사용하고 리튬브로마이드를 흡수제로 사용하며, 연소장치나 고온유체를 가열원으로 사용하여 냉수를 만드는 장치이며, 표면연소버너 적용 고온 재생기는 상기 흡수식 냉동기 또는 흡수식 냉온수기에 수용되어, 농도가 묽은 흡수액(리튬브로마이드 수용액)을 농도가 진한 흡수액으로 연속적으로 재생시키는 가열장치이다.
2003년 특허출원 제48085에 나타낸 바와 같이, 종래의 표면연소버너 적용 고온 재생기는 연료가스와 공기가 연소실 내부에서 혼합하면서 연소하는데, 연소실이 연소가스와 공기의 적정한 혼합과 안정된 화염을 형성할 수 있도록 상대적으로 큰 일정공간의 크기를 가지게 되고, 연관식 전열관 다발인 전열부는 적절한 표면연소버너 적용 고온 재생기 길이를 갖도록 연소실 위에 배치하게 되며, 연소실과 전열부를 연결공간으로 연결하게 된다.
그러나, 상기한 표면연소버너 적용 고온 재생기는 다음과 같은 문제점이 도출된다.
첫째, 연소실은 전열부에 비하여 열전달 효과가 크게 떨어지는 반면, 전열부에 비하여 크기는 더 크기 때문에, 상기 구조에서는 표면연소버너 적용 고온 재생기의 크기가 커지게 되어 설치면적의 비효율성이 증대된다.
둘째, 열전달 효과는 전열부의 전열면적 뿐만 아니라, 전열부의 전열길이에도 영향을 받는데, 같은 전열면적 이라도 전열길이가 길수록 열전달 효과가 좋지만, 상기의 구조에서는 전열부가 연소실 위에 배치되므로, 전열부의 최대 길이는 연소실의 길이보다 짧게 된다.
이와 같은 전열관 길이의 제한에 의하여, 열전달 효과의 비효율성이 증대하게 된다.
셋째, 상기의 구조에서는 연료가스와 공기가 버너 쪽에서 연결공간 쪽으로 흐르면서 연소가 순차적으로 발생하게 되는데 이에 따라 연소 반응열이 연소실 내 부에서 순차적으로 발생하게 된다.
하지만, 이와 같이 순차적으로 연소하는 화염(확산화염)의 온도는 집중적으로 연소하는 화염(선혼합화염)의 최고 온도보다 낮게 된다.
즉, 열전달의 효과는 온도차에 영향을 받고 그 온도차가 클수록 좋은데, 상기의 구조에서는 순차적으로 연소하는 화염이 형성되며, 화염의 최고 온도가 집중적으로 연소하는 화염의 온도보다 낮게 되기 때문에, 연소가스와 흡수액의 온도차가 줄어들어 열전달효과의 효율성이 저감된다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명은 화염의 연소가스에 열을 전달받는 전열부와 연소실을 일체형으로 형성하여, 불완전 연소로 인한 질소산화물 및 일산화탄소의 발생이 줄고, 구조가 소형화되며, 제작비용이 저감되고, 열전달 효율을 극대화하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 외부와 연결된 관을 통해 농도가 묽은 용액을 공급받아 농도가 진한 용액과 증기를 유출하도록 개구가 형성된 탱크와, 상기 탱크에 공급된 묽은 용액이 지나면서 외부에서 분사되는 화염으로 가열되도록 형성된 가열로와, 상기 가열로에서 가열된 용액이 합류되도록 가열로의 하부에 형성된 저장부로 이루어진 저장수단과; 상기 저장수단에 공급된 상기 용액의 일부는 상기 가열로에 분사되는 화염의 초반부를 교차하면서 냉열을 전달하도록 가열로의 초반부를 통과하게 하고, 상기 용액의 나머지는 화염의 초반부와 이격되어 열을 전달받도록 가열로를 통과시키는 전열수단과; 상기 전열수단에 화염으로 열을 가하도록 상기 저장수단에 설치되는 가열수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 표면연소버너 적용 고온 재생기를 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 표면연소버너 적용 고온 재생기의 사시도이고, 도 2a는 본 발명에 따른 표면연소버너 적용 고온 재생기의 정면도이고, 도 2b는 본 발명에 따른 표면연소버너 적용 고온 재생기의 측면도이고, 도 2c는 본 발명에 따른 표면연소버너 적용 고온 재생기의 상부를 단면한 평면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 표면연소버너 적용 고온 재생기의 가열수단을 나타낸 정면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 표면연소버너 적용 고온 재생기의 배플(baffles)을 나타낸 것이다.
또한, 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 단지 예시로 제시된 것이며, 본 기술사상을 통해 구현되는 다양한 실시예가 있을 수 있다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 표면연소버너 적용 고온 재생기는, 외부와 연결된 관(102)을 통해 농도가 묽은 용액을 공급받아 증기와 농도가 진한 용액을 배출하도록 개구(101a, 101b)가 형성된 탱크(101)와, 상기 탱크(101)에 공급된 묽은 용액이 지나면서 외부에서 분사되는 화염으로 가열되도록 형성된 가열로(105)와, 상기 가열로(105)에서 가열된 용액이 합류되도록 가열로(105)의 하부에 형성된 저장부(110)로 이루어진 저장수단(100)과; 상기 저장수단(100)에 공급된 상기 용액의 일부는 상기 가열로(105)에 분사되는 화염의 초반부를 교차하면서 냉열을 전달하도록 가열로(105)의 초반부를 통과하게 하고, 상기 용액의 나머지는 화염의 초반부와 이격되어 열을 전달받도록 가열로(105)를 통과시키는 전열수단(200)과; 상기 전열수단(200)에 화염으로 열을 가하도록 상기 저장수단(100)에 설치되는 가열수단(250)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 전열수단(200)은, 상기 가열로(105)의 초반부를 통과하여 상기 가열수단(250)에서 발생되는 화염의 온도를 떨어뜨리도록 설치된 제1용액관부(205)와, 상기 제1용액관부(205)의 전방부분 가열로(105)에서 제1용액관부(205)로 인해 온도가 떨어진 화염의 열전달을 차단되도록 형성된 단열공간(210)과; 상기 제1용액관부(205)와 상기 단열공간(210)으로 이격되어 화염의 열을 전달받도록 가열로(105)를 교차 통과하여 탱크(101)에 연결되는 제2용액관부(215)로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2용액관부(215)는, 타원형관으로 이루어지고, 상기 타원형관에는 열전달 면적이 확보되도록 둘레에 핀(220)이 설치되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제2용액관부(215)에는, 화염의 연소가스가 난류를 형성하여 열교환 효율을 높일 수 있도록 가로로 길게 형성된 지지대(225)와, 상기 지지대(225)와 수직으로 형성된 리브(230)(rib)로 이루어진 배플(baffles)(235)이 삽입되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 배플(baffles)(235)의 리브(230)는 제2용액관부(215)가 통과하고 화염이 가해지는 가열로(105)에서 상류보다는 하류에 더 촘촘이 지지대(225)에 형 성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 가열수단(250)은 연료를 연소하는 공기가 가열로(105)로 유동되도록 가압공기를 제공하는 송풍부(255)와; 상기 송풍부(255)에서 가압되어 공급된 공기에 연료가 혼합되도록 하는 혼합부(260)와; 상기 혼합부(260)에서 혼합된 연료와 공기의 유동을 개폐하는 개폐막(265a)과, 상기 개폐막(265a)를 지난 연료와 공기의 혼합물이 통과하는 다공판(265b)과, 상기 다공판(265b)을 통과한 연료와 공기의 혼합물이 통과하며 소결공정으로 형성된 금속섬유매트(266c)로 이루어져 연료의 공기의 혼합물을 연소시켜 화염이 분사되도록 하는 연소부(265)를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 연소부(265)에서 발생되는 화염은 질소산화물의 발생이 적도록 화염길이가 150~250mm사이로 조절되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 탱크(101)에는 가열로(105)에서 가열되어진 묽은 용액에서 증기가 외부로 배출되도록 하는 개구(101a)와 증기가 배출되어 진한용액으로 바뀐 용액이 배출되는 개구(101b)형성되어 있다.
이하, 상기 본 발명에 따른 표면연소버너 적용 고온 재생기의 작용 및 효과를 살펴본다.
상기 탱크(101)는 외부와 연결된 관(102)을 통해 묽은 용액을 공급받고, 공급된 묽은 용액은 상기 전열수단(200)의 제1용액관부(205)와 제2용액관부(215)를 통해 상기 가열로(105)를 지나고 상기 저장부(110)에서 합류된다.
이때, 상기 가열수단(250)은 송풍부(255)를 작동시켜 혼합부(260)에서 공기 와 연료가 혼합되도록 하여 가열로(105)에 공급하고, 연소부(265)에서 공기와 연료의 혼합물을 점화시킨다.
이때, 상기 연소부(265)에서 연료와 공기의 혼합물이 점화되면, 연소부(265)에서는 상기 제1용액관부(205)로 화염을 분사한다.
상기 제1용액관부(205)로 분사된 화염은 상기 제1용액관부(205)를 유동하는 묽은 용액을 가열하는데, 상기 화염은 묽은 용액에서 열을 전달받아 온도가 낮아지고, 높은 온도에서 연료가 연소할 때 발생하는 연소가스 중에 포함되는 질소화합물의 발생은 줄어든다.
그리고, 상기 제1용액관부(205)로 분사된 화염은 제1용액관부(205)를 통과하여 상기 단열공간(210)으로 팽창되고, 상기 단열공간(210)에서 화염은 열손실 없이 상기 제2용액관부(215)로 유동한다.
이때, 상기 단열공간(210)에서 화염의 일산화탄소는 이산화탄소로 산화되는데, 이는 화염에 열전달이 차단되고 화염의 온도가 상승되어서 일산화탄소의 산화를 촉진하기 때문이다.
이때, 상기 단열공간(210)은 일산화탄소의 생성을 방지하여 인체에는 무해한 이산화탄소 연소가스를 생성한다.
상기 단열공간(210)에서 상기 제2용액관부(215)로 확산된 화염은 고온의 연소가스로 제2용액관(215)에 열을 전달한다.
그리고, 상기 제2용액관부(215)에는 핀(220)이 형성되었기 때문에 열전달 효율이 높으며, 또한 상기 제2용액관부(215)에는 배플(baffles)(235)이 삽입되어 있 어서 연소가스의 난류를 발생시키고, 이는 제2용액관부(215)에 고르게 열이 전달되도록 한다.
또한, 상기 제2용액관부(215)를 지나는 화염의 연소가스는 용액관부를 지나면서 유속과 열이 감소하는데, 연소가스의 열을 제2용액관부(215)에 전달하는 배플(baffles)(235)은 연소가스가 흐르는 가열로(105)의 하류로 갈수록 촘촘히 리브(230)가 형성되어 있다.
이는, 연소가스가 제2용액관부(215)에 대해 열전달 시간과 전달면적에 비례하여 열전달 효율을 늘리도록 하는 것이다.
따라서, 상기 연소가스는 가열로(105)의 하류에서도 제2용액관부(215)에 충분한 열을 전달하고, 제2용액관부(215)의 하류를 완전히 지난 화염의 연소가스는 배출구(106)을 통해 대기로 분산된다.
이와 같이, 상기 탱크(101)로 유입된 묽은 용액은 제1용액관부(205)와 제2용액관부(215)에서 충분히 가열되었기 때문에, 끓는점을 지나 증기와 용액이 혼합되어 있는 상태이고, 밀도가 낮은 증기는 용액에서 분리되어 상기 탱크(101)의 상부에 형성된 개구(101a)를 통해 유출되며, 증기가 유출되어 농도가 높아진 용액은 탱크(101)의 측면에 형성된 개구(101b)를 통해 배출된다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 표면연소버너 적용 고온 재생기는 묽은 용액이 유동하는 제1,2용액관부를 가열로에서 단열공간을 두고 배치하여 질소산화물 및 일산화탄소의 배출이 줄어드는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 용액을 저장시켜 가열하는 구조에서 용액을 관부에 유동시키면서 가열하는 구조로 만들었기 때문에 열전달을 위한 용액의 공간이 축소되어 구조가 간단하고 크기가 소형화되는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 가열로에서 분사되는 화염의 열전달 시간 및 전달면적을 늘려 열효율이 높아지는 효과를 얻을 수 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (7)

  1. 외부와 연결된 관을 통해 농도가 묽은 용액을 공급받아 증기와 농도가 진한 용액을 배출하도록 개구가 형성된 탱크와, 상기 탱크에 공급된 묽은 용액이 지나면서 외부에서 분사되는 화염으로 가열되도록 형성된 가열로와, 상기 가열로에서 가열된 용액이 합류되도록 가열로의 하부에 형성된 저장부로 이루어진 저장수단과, 상기 저장수단에 공급된 상기 용액의 일부는 상기 가열로에 분사되는 화염의 초반부를 교차하면서 냉열을 전달하도록 가열로의 초반부를 통과하면서 상기 가열수단에서 발생되는 화염의 온도를 떨어뜨리도록 탱크와 저장부 사이로 결합된 제1용액관부와, 상기 제1용액관부의 전방에서 제1용액관부에서 온도가 떨어진 화염의 열이 차단되도록 가열로에 형성되는 단열공간과; 상기 제1용액관부와 상기 단열공간으로 이격되어 화염의 열을 전달받도록 가열로를 교차 통과하는 제2용액관부로 이루어지는 전열수단과, 상기 전열수단에 화염으로 열을 가하도록 상기 저장수단에 설치되는 가열수단을 포함하여 이루어지는 표면연소버너 적용 고온 재생기에 있어서,
    상기 제2용액관부에는 화염의 연소가스가 난류를 형성하여 열교환 효율을 높일 수 있도록 가로로 길게 형성된 지지대와, 상기 지지대와 수직으로 형성된 리브(rib)로 이루어진 배플(baffles)이 삽입되는 것을 특징으로 하는 표면연소버너 적용 고온 재생기.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제2용액관부는 타원형관으로 이루어지고, 상기 타원형관에는 열전달 면적이 확보되도록 둘레에 핀이 설치되는 것을 특징으로 하는 표면연소버너 적용 고온 재생기.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 배플(baffles)의 리브는 제2용액관부가 통과하고 화염이 가해지는 가열로에서 상류보다는 하류에 더 촘촘이 지지대에 형성되는 것을 특징으로 하는 표면연소버너 적용 고온 재생기.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 가열수단은 연료를 연소하는 공기가 가열로로 유동되도록 가압공기를 제공하는 송풍부와;
    상기 송풍부에서 가압되어 공급된 공기에 연료가 혼합되도록 하는 혼합부와;
    상기 혼합부에서 혼합된 연료와 공기의 유동을 개폐하는 개폐막과, 상기 개폐막를 지난 연료와 공기의 혼합물이 통과하는 다공판과, 상기 다공판을 통과한 연료와 공기의 혼합물이 통과하며 소결공정으로 형성된 금속섬유매트로 이루어져 연료의 공기의 혼합물을 연소시켜 화염이 분사되도록 하는 연소부를 포함하여 이루어 지는 것을 특징으로 하는 표면연소버너 적용 고온 재생기.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 연소부에서 발생되는 화염은 질소산화물의 발생이 적도록 화염길이가 150~250mm사이로 조절되는 것을 특징으로 하는 표면연소버너 적용 고온 재생기.
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