KR100707520B1 - 이젝터를 이용하는 배기가스 재순환 유닛이 구비된 연소시스템 - Google Patents

Abstract

개시된 연소 시스템은, 배기가스의 일부를 연소유닛으로 재순환시키는 배기가스 재순환 유닛으로서, 연료와 산화제 중 적어도 어느 하나의 공급라인 상에 설치되며 그 해당 유체가 통과하는 유입부와 유출부 사이에 배기가스의 흡입부가 마련된 이젝터를 구비한다. 이와 같은 구성의 연소 시스템은, 송풍기와 같이 전력을 소모하는 장치를 사용하지 않고도 이젝터를 이용하여 배기가스를 재순환시킬 수 있으므로, 가동비용을 낮출 수 있고 송풍기 가동에 따른 소음도 없앨 수 있다.

연소, 배기가스, 재순환, 이젝터

Description

이젝터를 이용하는 배기가스 재순환 유닛이 구비된 연소 시스템{Combustion system including exhaust gas recirculation unit using ejector}

도 1은 종래의 연소 시스템을 보인 도면,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연소 시스템을 도시한 도면,

도 3 내지 도 5는 도 2에 도시된 연소 시스템의 변형 가능한 예를 보인 도면.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

100...연소유닛 110...연소실

120...연소기 200...배기가스 재순환 유닛

210...이젝터 220...분기라인

300...배기라인

본 발명은 연소 시스템에 관한 것으로서, 특히 배기가스 재순환 유닛이 구비된 연소 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 연료를 연소시켜서 동력을 얻어내는 연소 시스템은, 도 1에 도시 된 바와 같이, 연료와 산소가 주입되어 연소되는 연소유닛(10)과, 그 연소유닛(10)에서 배출된 배기가스를 외부로 유도하여 배출하는 배기라인(30)과, 상기 배기라인(30)에서 분기되어 배기가스의 일부를 연소유닛(10)으로 되돌리는 배기가스 재순환 유닛(20)을 구비하고 있다. 따라서, 산화제인 산소와 연료가 혼합되어 연소유닛(10)에서 연소되면서 나오는 배기가스는 배기라인(30)을 통해 외부로 배출되고, 그중 일부는 배기가스 재순환 유닛(20)을 따라 연소유닛(10)로 다시 공급된다. 참조부호 12는 연소유닛(10) 중에서, 연료공급노즐(13)과 산화제공급노즐(14) 및 배기가스 재순환 유닛(20)을 통해 들어온 각 유체가 연소되는 연소기를 나타내며, 참조부호 11은 연소실을 나타낸다.

한편, 이와 같이 배기가스의 일부를 연소유닛(10)으로 재순환시키는 이유는 연소 시 발생되는 NOx(질소산화물)을 줄이기 위해서이다. 질소산화물은 연소가 가장 잘 될 때 즉, 이론공연비 부근에서 연소온도가 높을 때 많이 발생된다. 다시 말해서 연소 효율이 너무 좋을 수록 많이 나온다. 그래서 불활성기체인 배기가스를 재순환시켜서 화염 온도를 약간 낮춰줌으로써(연소 효율을 어느 정도 낮춤으로써) 질소산화물의 발생량을 줄이는 것이다.

연소유닛(10)으로 재순환되는 배기가스의 양은 밸브(23)의 개도를 조정하여 증감시킬 수 있으며, 송풍기(21)의 동력에 의해 연소유닛(10)으로 공급된다. 그런데, 이 송풍기(21)의 날개는 통상적으로 600℃ 이상의 고온에서 오래 견디지 못한다. 따라서, 만일 고온의 배기가스를 그대로 순환시킨다면 얼마 못가서 송풍기(21)가 파손될 수 있기 때문에, 그 전에 열교환기(22)를 두어 배기가스의 온도를 낮춰 주어야 한다.

따라서, 이러한 종래의 연소 시스템에서는 배기가스 재순환 유닛(20)에 전력을 많이 소모하는 송풍기(21)를 두어야 하기 때문에, 가동비용도 많이 들고 소음, 기체 누출 등의 동반되는 문제점이 있으며, 열교환기(22) 까지 설치해야 하기 때문에 설치비용도 높아지고 시스템도 커지는 단점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점들을 감안하여 창출된 것으로서, 전력 소모가 없고 소음도 줄일 수 있으며 고온배기가스의 직순환이 가능하도록 개선된 배기가스 재순환 유닛을 구비한 연소 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구 범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 연료와 산화제가 공급되어 연소되는 연소유닛과, 상기 연소유닛에서 발생된 배기가스를 배출하기 위한 배기라인 및, 상기 배기라인에서 분기된 분기라인을 통해 배기가스의 일부를 상기 연소유닛으로 재순환시키는 배기가스 재순환 유닛을 포함하는 연소 시스템에 있어서, 상기 배기가스 재순환 유닛이, 상기 연료와 산화제 중 적어도 어느 하나의 공급라인 상에 해당 유체가 통과될 수 있게 설치되며 그 해당 유체가 통과하는 유입부와 유출부 사이에 상기 분기라인과 연결된 배기가스의 흡입부가 마련된 이젝터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연소 시스템을 도시한 것이다.

도시된 바와 같이 본 실시예의 연소 시스템은, 연료와 산소가 주입되어 연소되는 연소유닛(100)과, 그 연소유닛(100)에서 배출된 배기가스를 외부로 유도하여 배출하는 배기라인(300)과, 상기 배기라인(300)에서 분기된 분기라인(220)을 통해 배기가스의 일부를 연소유닛(100)으로 되돌리는 배기가스 재순환 유닛(200)을 구비하고 있다. 따라서, 산화제인 산소와 연료가 혼합되어 연소유닛(100)에서 연소되면서 나오는 배기가스는 배기라인(300)을 통해 외부로 배출되고, 그 중 일부는 배기가스 재순환 유닛(200)을 따라 연소유닛(100)로 다시 공급된다. 참조부호 120은 연소유닛(100) 중에서, 연료공급노즐(130)과 산화제 공급노즐(140) 및 배기가스 재순환 유닛(200)을 통해 들어온 각 유체가 공급되어 연소되는 연소기를 나타내며, 참조부호 110은 연소실을 나타낸다.

한편, 본 발명에서는 상기 배기가스 재순환 유닛(200)의 구성요소로서, 전력을 많이 소모하는 송풍기 대신에 상기 분기라인(220)과 연결된 흡입부(213)를 가진 이젝터(210)를 채용하고 있다. 이 이젝터(210)는 산화제인 산소나 연료가 공급되는 공급라인 상에 설치되며, 해당 유체가 통과될 수 있도록 유입부(211)와 유출부(212) 사이가 관통되어 있다. 그리고, 상기 흡입부(213)도 유입부(211)와 유출부(212) 사이의 유로에 연통되어 있다. 따라서, 고압의 유체가 유입부(211)에서 유출부(212)로 지나가게 되면, 이젝터(210) 내외부에 압력차가 발생하여 배기가스가 흡입부(213)를 통해 빨려들어오게 된다. 이렇게 빨려들어온 배기가스는 해당 유체와 혼합되어 연소유닛(100)으로 보내지게 된다. 즉, 별도의 동력을 이용하지 않고 기존에 공급되고 있던 연료나 산소의 공급압력을 이용하여 배기가스를 재순환시키는 것이다.

본 실시예에서는, 산화제인 산소 공급 라인에 이젝터(210)를 설치하여, 산소와 배기가스의 혼합유체가 연소기(120) 안의 산화제 공급노즐(140)로 들어가도록 구성한 예를 예시하고 있다. 따라서, 고압으로 공급되는 산소가 이젝터(210)를 통과할 때 배기가스도 흡입부(213)를 통해 흡입되면서 혼합되어 산소제 공급노즐(140)을 통해 연소유닛(100)으로 들어가게 된다.

그러므로, 종래와 같이 동력을 사용해야 하는 송풍기 없이도 배기가스의 순환을 원활하게 진행시킬 수 있으며, 송풍기 날개와 같이 고온에서 파손의 우려가 높은 구동부가 없기 때문에 열교환기를 두지 않고 고온의 배기가스를 그대로 재순환시킬 수 있게 된다.

한편, 도 3은 이젝터(210)를 산소 공급 라인이 아닌 연료 공급 라인에 설치한 구조를 예시한 것이다. 이 구조에서는 고압으로 공급되는 연료가 이젝터(210) 를 통과할 때 배기가스도 흡입부(213)를 통해 흡입되면서 혼합되어 연료 공급 노즐(130)을 통해 연소유닛(100)으로 들어가게 된다. 이것은 산소와 연료 중 어느 공급라인을 선택해서 이젝터(210)를 설치해도 같은 효과를 얻을 수 있음을 보인 것으로, 모두 송풍기 없이 배기가스를 원활하게 순환시킬 수 있다.

한편, 위의 두 실시예에서는 배기가스와 혼합된 혼합유체가 기존에 있던 산화제 공급노즐(140)이나 연료 공급 노즐(130)을 통해 연소유닛(100)으로 들어가는 것을 예시했으나, 도 4와 같이 별도의 혼합유체용 공급 노즐(150)을 연소기(120)에 마련해서 그곳을 통해 공급되게 구성할 수도 있다.
이때, 배기가스와 혼합된 혼합유체를 산화제 공급노즐(140)이나 연료 공급 노즐(130)을 통해 연소유닛(100)으로 공급할 경우에는 각각 배기가스와 혼합되는 산소나 연료의 공급량이 혼합되는 배기가스에 의해 감소되는 경우가 있으나, 배기가스와 산소 및 연료를 혼합공급하는 혼합유체용 공급 노즐(150)을 별도로 연소기(120)에 연결할 경우에는 배기가스와 연료 및 산소를 혼합한 상태로 연소기(12)에 공급하여 연소가 용이하게 되며, 독립적으로 연료 및 산소를 공급할 수 있게 되어 연소기(120)에서 연소에 필요한 연료 및 산소의 공급을 용이하게 할 수 있다.

그리고, 배기가스의 재순환량을 조절하는 조절수단으로서는, 도 2와 같이 배기라인(300)과 분기라인(220)의 분기점에 개도조절밸브(230)를 설치할 수도 있지만, 도 5와 같이 이젝터(210)를 우회하는 바이패스라인(240)을 마련하고 그 바이패스라인(240)에 개도조절밸브(250)를 설치할 수도 있다. 이렇게 되면 이젝터(210)를 통과하는 유체의 양이 조절되고 따라서 배기가스의 재순환량도 조절될 수 있다.

이와 같이 산소나 연료의 공급 라인에 이젝터(210)를 설치하여 전력의 소모 없이도 배기가스의 재순환을 원활하게 진행시킬 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 연소 시스템은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 송풍기와 같이 전력을 소모하는 장치를 사용하지 않고도 이젝터를 이용하여 배기가스를 재순환시킬 수 있으므로, 가동비용을 낮출 수 있고 송풍기 가동 에 따른 소음도 없앨 수 있다.

둘째, 송풍기 사용 시 장치의 안전을 위해 배기가스의 온도를 낮추는 열교환기를 설치했으나, 이젝터에서는 고온의 배기가스를 그대로 직순환시켜도 되므로, 시스템이 간소화되고 설치비용도 절감된다.

셋째, 중간에 연결되는 장치가 줄어들기 때문에, 배기가스가 누출될 가능성도 낮아진다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 연료와 산화제가 공급되어 연소되는 연소유닛과, 상기 연소유닛에서 발생된 배기가스를 배출하기 위한 배기라인 및, 상기 배기라인에서 분기된 분기라인을 통해 배기가스의 일부를 상기 연소유닛으로 재순환시키는 배기가스 재순환 유닛을 포함하는 연소 시스템에 있어서,

   상기 배기가스 재순환 유닛은,

   상기 연료와 산화제 중 적어도 어느 하나의 공급라인 상에 해당 유체가 통과될 수 있게 설치되며 그 해당 유체가 통과하는 유입부와 유출부 사이에 상기 분기라인과 연결된 배기가스의 흡입부가 마련된 이젝터와;

   상기 이젝터를 우회하도록 마련되어 상기 이젝터에 유입되는 유체의 양을 분산 이송하는 바이패스라인; 및,

   상기 바이패스라인에 설치되어 분산이송되는 유체의 양을 가변시킴으로써 상기 이젝터를 통해 통과하는 유체의 양을 조절하여 상기 이젝터 내부의 압력상태를 변화시켜 상기 분기라인에서 흡입되는 배기가스의 흡입량을 조절하여 상기 연소유닛에서의 연소효율을 제어하는 개도조절밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소 시스템.

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