KR100742691B1 - 저 질소 산화물 발생용 연료분사노즐 - Google Patents

저 질소 산화물 발생용 연료분사노즐 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저 질소산화물 발생용 연료분사노즐에 관한 것으로, 오일공급관 및 공기공급관으로부터 공급되는 오일과 공기를 각기 다른 통로로 공급하기 위한 오일통로와 공기통로가 형성된 연료공급부와, 상기한 오일통로 및 공기통로로 공급되는 오일과 공기를 혼합시키는 연료혼합기와, 상기 연료혼합기에서 혼합된 연료를 분사하는 연료분사공이 다수 형성된 분사노즐부를 포함하여 구성되는 연료분사노즐에 있어서, 상기 연료공급부의 일측 중심에서 돌출 형성된 돌출봉 내측에 오일 및 공기와는 별도의 통로를 통해 물을 공급받을 수 있도록 원통형으로 형성되어 있는 중공통로와; 상기한 돌출봉의 중공통로에 삽입 설치되며, 상기한 중공통로로 공급되는 물을 스월작용으로 미립화시켜서 돌출봉 끝단의 배출공을 통해 안개상태로 배출시키기 위한 스월기와; 상기한 돌출봉 끝단의 배출공을 통해 안개상태로 배출되는 물과 연료혼합기에서 혼합되는 연료를 에멀젼연료화 상태로 혼합시켜 주기 위하여 돌출봉 끝단의 외주면과 분사공 내측의 삽입공 내주면 사이에 형성되어 연료혼합기에서 혼합된 연료의 일부를 분사공을 향해 배출시키는 연료분출통로;를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 발명이다.
연료도입부, 연료공급부, 연료혼합기, 스월기, 분사노즐부, 공기스월통로

Description

저 질소 산화물 발생용 연료분사노즐{Fuel injection nozzle for occurrence a little NOx}
도 1은 본 발명을 설명하기 위한 연료분사노즐의 결합상태 단면도.
도 2는 본 발명의 연료분사노즐 일부 단면 분해 사시도.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 연료분사노즐 2 : 연료도입부
3 : 연료공급부 4 : 연료혼합기
5 : 스월기 6 : 분사노즐부
7 : 케이스 8a : 물공급관
8b : 오일공급관 8c : 공기공급관
21 : 돌출연결구 22 : 물도입통로
24 : 오일도입통로 26 : 공기도입통로
31 : 돌출봉 31b : 요철면
33 : 중공통로 34 : 오일통로
36 : 공기통로 37 : 환형돌테
41 : 내링 42 : 외링
43 : 공기배출공 44a,44b : 공기스월통로
51 : 원통형 몸체 52 : 중심통로
53 : 배출통로 55 : 물스월통로
61 : 원통몸체 62 : 돔형몸체
63 : 연료분사공간 65 : 분사공
66 : 연료분사공 67 : 연료분출통로
본 발명은 저 질소산화물 발생용 연료분사노즐에 관한 것으로, 특히 본 발명은 본원인에 의해 선출원된 특허 제10-2003-60117호를 개선하여 질소산화물(NOx)의 발생량을 현격하게 줄일 수 있도록 하기 위하여 연료분사노즐에 오일과 공기(또는 스팀) 그리고 물 3종류의 유체를 동시에 공급하되, 오일과 공기는 분사노즐부 내부에서 미립화 상태로 혼합되어 분사노즐부 중심의 분사공 주변에 원형상으로 배열되어 있는 다수의 연료분사공으로 분사되어 연소되도록 하는 한편, 물은 오일 및 공기의 공급통로와는 별도의 통로를 통해 분사노즐부로 이동된 후 그 중심부에 장착된 스월기에서 소용돌이치는 상태로 공급되어 미립화되면서 연료(오일+공기)와 혼합되어 에멀젼연료화된 상태로 상기한 분사노즐부의 중심에 형성된 분사공을 통해 분사되도록 하므로서 다수의 연료분사공들에서 분사되는 연료의 연소효율을 증대시키면서 미립화된 물의 증발잠열에 의하여 연소화염의 중심부 연소온도는 낮아지게 하므로서 질소산화물(NOx)의 발생량을 감소시킬 수 있도록 한 연료분사노즐을 제공 하기 위한 것이다.
일반적으로 소각로를 비롯하여 산업용 보일러 등에 사용되는 오일버너는 오일연소량이 크므로 그 성능 여하에 따라 운전비용 및 환경오염에 큰 영향을 미치게 되므로서 오일버너의 설정시 다음과 같은 사항들을 검토하여야 한다.
* 저과잉 공기로 연소 가능할 것.
* 화염이 짧으면서도 발열량은 높을 것.
* 분진과 SO4 및 NOx 등의 공해물질의 발생이 적을 것.
* 화염의 안정성 및 응답성이 높을 것.
등의 요건을 갖추고 있어야 한다.
그런데, 연소가 잘되기 위해서는 오일의 분사상태가 좋고 또 분사된 연료와 연소용 공기의 혼합이 완벽해야 하며, 연소용 공기량, 공기유속, 레지스터로 유입되는 공기의 균일성 및 보염기에서의 공기 회전 등이 연소에 큰 영향을 미치게 되며, 이러한 요인들은 연료분사노즐의 구조적 특징에 크게 좌우된다.
그리고, 제한된 연소실 내에서 연료를 연소시키기 위해서는 연료분사노즐로부터 분사되어 연소되는 화염의 크기가 작아야 하며, 또 화염이 화실벽에 접촉하지 않도록 연료분사노즐을 설계하는 것이 필요하다.
일반적으로 과잉공기가 많아지면 화염이 작아지는 경향이 있으나, 이 경우 화염온도가 과도하게 높아져 질소산화물(NOx)이 다량 발생하게 되기 때문에 NOx의 발생량을 줄이고 화염을 작게 하기 위해서는 적은 량의 공기를 연료에 충분히 혼합 시킬 수 있게 하는 연료분사노즐이 필요하게 된다.
한편, 보일러를 가동하여 연료를 연소시키면 배기가스가 배출되어 환경공해를 유발시키게 되는데, 근래에 와서는 환경의 중요성이 크게 부각되면서 버너 설계시 열효율에 못지 않게 환경적 요인도 고려하지 않으면 아니된다.
배기가스에 의한 공해물질은 크게 분진, 유황산화물(SOx), 질소산화물(NOx) 등이 있으며, 연료 중의 유황성분은 연소반응에 의해 산소와 결합하여 산화되어 SO2가 되고, 이 SO2의 일부가 산소와 다시 결합하여 SO3가 되었다가 다시 물과 결합하게되면 황산(H2SO4)이 된다.
고체의 환상화물 즉, SO2는 기본적으로 연료의 종류에 의해 결정되지만 질소산화물(NOx)은 연소과정 중에 발생되며, 연료 중 질소의 화학적결합과 질소분자의 부분적 산화에 의해 화염과 화염주위의 고온형성대에서 발생되고 있는 것으로 알려져 있다. 특히 고산소 농도이면서 고온에서의 대기시간이 질어질 때 NOx가 다량으로 발생하게 되는 것으로 알려져 있다.
상기와 같은 사항을 감안하여 종래에는 연료분사노즐의 연료분사공으로 오일과 스팀이 동시에 공급되게 하는 기술이 제안된 바 있으나, 이는 연료분사공으로 오일과 함께 공급되는 스팀이 연료(오일+스팀)의 연소온도를 낮춰서 NOx의 발생량을 줄일 수는 있다 하겠으나 오일과 스팀이 각기 다른 통로를 통해 공급되어 길이가 아주 짧은 연료분사공 내에서 혼합되면서 분사되기 때문에 연료의 미립화를 기대하기 어렵고 또 연소실 내에서 공기와의 혼합도가 나빠지게 되므로, 연료의 연소 상태를 활성화시키기 위해 연소로 내부에 많은 양의 공기를 공급함에 따라 연소온도가 높아지게 되어 NOx의 발생량을 효과적으로 줄이지 못하게 되는 문제점이 있다.
그리고 본 발명의 출원인이 선출원한 특허 제10-2003-60117호는 상기한 종래 기술의 연료분사노즐의 문제를 해결하기 위해 오일과 스팀이 연료분사공으로 분사되기 전에 혼합되게 하되, 오일과 스팀이 모두 스월(소용돌이) 상태로 회전하면서 혼합됨과 동시에 미립화된 상태에서 연료분사공으로 분사되도록 하므로서 오일에 혼합된 스팀에 의해 저온 연소가 이루어지게 하므로서 종래 기술에 비하여 NOx의 발생량을 어느 정도 줄일 수 있지만 화염의 중심부분은 여전히 고온 연소를 유지하게 되므로서 NOx의 발생량을 획기적으로 줄일 수 없다는 것이 보완해야 할 문제로 남아있다.
따라서 본 발명은 상기에서 지적한 종래 기술에 비하여 보다 획기적으로 NOx를 줄일 수 있는 연료분사노즐을 제공하기 위하여 제안된 것으로, 연료분사노즐에 오일(또는 가스)과 공기(또는 스팀) 및 물 등 3종류의 유체를 동시에 공급하되, 오일과 공기는 분사노즐부 내부에서 혼합된 상태에서 분사노즐부 중심의 분사공 주위에 원형상으로 배열되어 있는 다수의 연료분사공으로 분사되게 하는 한편, 물은 별도의 경로를 통해 공급되어 미립화된 상태로 분사노즐부의 중심에 형성된 분사공으로 분사되는 과정에서 연료혼합기에서 혼합된 연료와 혼합하여 에멀젼연료화되어 분사공을 통해 연소화염의 중심부를 향해 분사되도록 하므로서 연소화염의 전체 연 소온도는 변화시키지 않고 연소화염에서 온도가 가장 높은 중심부의 연소온도만 떨어뜨려 NOx의 발생량을 보다 효과적으로 줄일 수 있는 연료분사노즐를 제공하는데 목적을 두고 발명한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수단은,
오일공급관 및 공기공급관으로부터 공급되는 오일과 공기를 각기 다른 통로로 공급하기 위한 오일통로와 공기통로가 형성된 연료공급부와; 상기한 오일통로 및 공기통로로 공급되는 오일과 공기를 혼합시키는 연료혼합기와; 상기 연료혼합기에서 혼합된 연료를 분사하는 연료분사공이 다수 형성된 분사노즐부;를 포함하여 구성되는 연료분사노즐에 있어서,
상기 연료공급부의 일측 중심에서 돌출 형성된 돌출봉 내측에 오일 및 공기와는 별도의 통로를 통해 물을 공급받을 수 있도록 원통형으로 형성되어 있는 중공통로와;
상기한 돌출봉의 중공통로에 삽입 설치되며, 상기한 중공통로로 공급되는 물을 스월작용으로 미립화시켜서 돌출봉 끝단의 배출공을 통해 안개상태로 배출시키기 위한 스월기와;
상기한 돌출봉 끝단의 배출공을 통해 안개상태로 배출되는 물과 연료혼합기에서 혼합되는 연료를 에멀젼연료화 상태로 혼합시켜 주기 위하여 돌출봉 끝단의 외주면과 분사공 내측의 삽입공 내주면 사이에 형성되어 연료혼합기에서 혼합된 연료의 일부를 분사공을 향해 배출시키는 연료분출통로;
를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스월기는 돌출봉의 중공통로에 삽입될 수 있는 외경을 가지는 원통형 몸체로 형성되어 있으며, 상기한 원통형 몸체의 중심부에는 돌출봉의 중공통로로 공급되는 물의 배출을 안내되는 중심통로와, 상기한 중심통로의 끝단에서 스월기의 외주로 물을 배출시키는 배출통로와, 상기한 배출통로가 형성된 부위에 환형상으로 형성되어 배출통로를 통해 배출된 물을 사방으로 확산시키는 배출환홈과, 상기한 원통형 몸체의 끝단에 형성되어 배출환홈으로 배출된 물을 미립화시키기 위하여 물을 소용돌이치는 상태로 배출시킬 수 있도록 일방향을 향해 휘어진 곡선상으로 형성된 복수의 물스월통로를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 돌출봉의 외주에는 연료혼합기에서 오일과 공기가 혼합된 연료를 더 미립화시키기 위하여 요철가공된 요철면으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연료공급부에는 오일과 공기 및 물을 동시에 공급받을 수 있도록 하는 연료도입부가 추가적으로 형성되어 있으며, 상기 연료도입부는 그 중심에 형성된 물도입통로에 직결되는 물공급관을 비롯하여 상기한 물공급관 외주에 다수의 오일도입통로로 오일을 공급하기 위하여 형성되는 오일공급관과, 상기 오일공급관 외주에 다수의 공기도입통로로 공기를 공급하기 위하여 형성되는 공기공급관이 3중관 구조로 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예를 첨부한 도면에 따라서 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명을 설명하기 위한 연료분사노즐의 결합상태 단면도를 도시한 것이며, 도 2는 본 발명의 연료분사노즐의 각 구성요소를 일부 단면하여 나타낸 분해 사시도를 도시한 것이다.
도면부호 1은 연료분사노즐을 나타내는 것으로, 상기 연료분사노즐(1)의 각 구성요소는 크게 구분하면, 오일(또는 가스)과 공기(또는 스팀) 및 물 등 3종류의 유체를 공급받을 수 있도록 하는 연료도입부(2), 각 유체를 각기 다른 통로로 공급하는 연료공급부(3), 각 유체 중 오일과 공기를 미립화상태로 혼합하여 연료화하는 연료혼합기(4), 각 유체 중 물을 미립화시켜서 소용돌이치는 상태로 배출시키는 스월기(5), 오일과 공기가 미립화 상태로 혼합된 연료 및 미립화된 물을 분사하는 분사노즐부(6), 그리고 상기의 각 구성요소들을 연결 조립한 후 외주를 커버하는 케이스(7)로 이루어져 있다.
상기한 각 구성요소의 구조를 설명한다.
먼저, 상기 연료도입부(2)는 일측(도면상 우측) 중심에 연료공급부(3) 내측으로 삽입되는 돌출연결구(21)가 돌출 형성되어 있으며, 상기한 돌출연결구(21) 외주에는 연료공급부(3)와의 나사조립를 위한 수나사(21a)가 형성되어 있다.
상기한 연결구(21)의 중심에는 물도입통로(22)가 형성되어 있으며, 이 물도입통로(22)의 내주면에는 암나사가 형성되어 있어 물공급관(8a)을 나사조립식으로 연결시키게 된다.
상기의 물공급관(8a) 외주에는 오일공급관(8b)이 연결되는데, 상기한 오일공급관(8b)은 물공급통로(22) 보다 큰 직경을 갖는 내측연결구(23)의 외주면에 형성된 수나사에 나사조립되어 연결되는 것이며, 상기한 물공급관(8a)와 오일공급관(8b) 사이에는 다수의 오일도입통로(24)가 연료도입부(2)의 내측에서 돌출연결구(21)를 관통하는 상태로 형성되는데, 상기한 다수의 오일도입통로(24)들은 비교적 촘촘한 간격을 두고 원형상으로 배열되는 구조로 형성되어 있다.
상기의 오일공급관(8b) 외주에는 공기공급관(8c)이 연결되는데, 상기한 공기공급관(8c)은 내측연결구(23)보다 큰 직경을 갖는 외측연결구(25)의 외주면에 형성된 수나사에 나사조립되는 상태로 연결되는 것이며, 상기한 오일공급관(8b)과 공기공급관(8c) 사이에는 연료도입부(2)의 내측에서 외측으로 관통하는 다수의 공기도입통로(26)가 형성되는데, 상기한 공기도입통로(26)들 역시 비교적 촘촘한 간격을 두고 원형상으로 배열되어 있다.
따라서 상기한 오일도입통로(24)들과 공기도입통로(26)들은 동심원상으로 배열되는 구조로 형성된다.
그리고, 상기한 돌출연결구(21)의 끝단에는 물도입통로(22)보다 작은 배출공을 갖는 배출구(27)가 형성되어 물공급관(8a)으로부터 공급된 물이 빠른 유속으로 배출되게 한다.
다음, 상기 연료공급부(3)는 일측(도면상 우측) 중심에 내측 중심에 분사노즐부(6) 내측으로 삽입되는 돌출봉(31)이 형성되어 있으며, 내측에는 연료도입부(2)의 돌출연결구(21)가 삽입되는 삽입공간(32)이 마련되어 있다.
상기한 돌출봉(31)의 내측에는 상기의 스월기(5)가 삽입되는 중공통로(33)가 형성되어 있고, 상기한 돌출봉(31)의 끝단에는 중공통로(33)의 내경보다 훨씬 작은 내경을 가지는 배출공(31a)이 중공통로(33)와 연결되어 있으며, 또한 상기한 중공통로(33)의 내측단(33a)은 삽입공간(32)으로 돌출된 구조로 형성되어 있다.
상기한 중공통로(33)의 내측단(33a)과 삽입공간(32) 내면 사이에는 오일도입통로(24)로 공급된 오일의 이송을 안내하는 다수의 오일통로(34)가 돌출봉(31)의 외주에 원형상으로 배열되어 있는데, 상기한 각 오일통로(34)들은 삽입공간(32)측에서 돌출봉(31) 외주를 향해 일측으로 경사지게 형성(도 2의 점선으로 도시된 부분 참조)되어 상기 연료도입부(2)측의 각 오일도입통로(24)로 공급되는 오일을 소용돌이치는 상태로 배출시키게 된다.
또한 상기 연료공급부(3)의 타측(도면상 좌측)으로서 연료도입부(2)에 원형상으로 형성되어 있는 다수의 공기도입통로(26)와 마주하는 면에는 환형상으로 된 요입홈(35)이 형성되어 있고, 상기한 요입홈(35) 내면에는 그로부터 반대쪽 면을 향해 관통하는 다수의 공기통로(36)들이 원형상으로 배열된 상태로 형성되어 있으며, 상기 연료공급부(3)의 일측(도면상 우측) 외주면은 상기한 각 공기통로(36)들 외측을 둘러싸는 상태로 환형돌테(37)가 돌출 형성되어 있다.
한편, 상기한 돌출봉(31)의 외주면에는 후술하는 연료혼합기(4)에서 오일과 공기가 혼합된 연료의 미립화를 촉진시키기 위한 요철면(31b)이 형성되어 있으며, 상기한 요철면(31b)은 널링(knurling) 가공에 의하여 형성된다.
다음, 상기 연료혼합기(4)는 연료공급부(3)의 오일통로(34)와 공기통로(36)를 통해 공급되는 오일과 공기를 미립화상태로 혼합시키기 위한 것으로, 이를 위해 상기 연료혼합기(4)에는 연료공급부(3)에 원형상으로 형성된 오일통로(34)의 직경보다 큰 직경을 가지는 내링(41)과 연료공급부(3)의 환형돌테(37) 안쪽으로 꼭맞게 끼이는 직경을 가진 외링(42)이 일체로 형성되어 있으며, 또한 상기한 내,외링 (41)(42) 사이에는 연료공급부(3)의 각 공기통로(36)로부터 배출되는 공기를 배출시키기 위한 다수의 공기배출공(43)이 원형상으로 배열되어 있으며, 또 상기한 내링(41)의 양측면 각각에는 상기의 각 공기통로(36)로부터 배출된 공기를 내링(41)과 돌출봉(31) 사이로 소용돌이치는 상태로 유입되게 하는 공기스월통로(43a)(43b)가 일정간격으로 다수개씩 형성되어 있다.
다음, 상기 스월기(5)는 연료공급부(3)의 돌출봉(31) 중심에 형성된 중공통로(33)에 삽입 설치되어 물공급관(8a)으로부터 공급되는 물을 미립화시켜서 분사노즐부(6)로 공급하는 작용을 담당한다.
상기 스월기(5)는 원통형 몸체(51)로 형성되어 있으며, 그 내부에 형성된 중심통로(52)의 끝단은 복수의 배출통로(53)에 의하여 배출환홈(54)과 연결되어 있으며, 또한 상기한 배출환홈(54)과 원통형 몸체(51)의 끝단 사이에는 나선상으로 형성된 물스월통로(55)가 복수개 형성되어 있다. 따라서 연료도입부(2)의 돌출연결구(21) 끝단에 형성된 배출구(27)로 배출된 물이 스월기(5)의 중심통로(52)로 유입되어 배출통로(53)를 통해 배출환홈(54)으로 이동된 후 각 물스월통로(55)를 통해 배출될 때 소용돌이치는 상태로 배출되는 물은 돌출봉(31)의 배출공(31a)으로 배출될 때 마치 안개와 같이 미립화된 상태로 분사되어진다.
다음, 상기 분사노즐부(6)는 연료공급부(3)의 환형돌테(37)를 감싸는 상태로 조립되는 원통몸체(61)와 반구형 모양으로 형성된 돔형몸체(62)가 일체로 형성되어 있으며, 상기한 돔형몸체(62)의 내측에는 연료공급부(3)의 돌출봉(31)이 삽입되는 연료분사공간(63)과 이의 끝부분 중심에는 상기의 돌출봉(31) 끝단이 끼워지는 삽 입공(64)이 형성되어 있는데, 상기한 삽입공(64)은 돌출봉(31)의 끝단 외경보다 큰 내경을 가지고 있다. 따라서 상기 연료공급부(3)와 분사노즐부(6)를 조립하였을시 돌출봉(31)의 끝단과 삽입공(64) 사이에는 연료혼합기(4)에 혼합된 연료의 일부를 배출시킬 수 있는 틈새 즉, 연료분출통로(67)가 형성되어 있는데, 이 연료분출통로(67)는 상기한 돔형몸체(62)의 중심에는 삽입공(64)과 연결되는 분사공(65)으로 연료를 배출시키게 되며, 이에 따라 스월기(5)에서 물이 소용돌이치면서 안개상태로 배출공(31a)을 통해 분사공(65)으로 배출되는 미립화된 물은 연료분출통로(67)를 통해 분사공(65)으로 배출되는 연료에 고르게 혼합되므로서 분사공(65)으로 분사되는 물과 연료는 에멀젼연료화되어 분사되는 것이다.
상기한 분사공(65)은 에멀젼연료의 분사거리를 짧게 하기 위하여 내측은 좁고 외측 즉, 돔형몸체(62)의 표면으로 갈수로 점차 넓어지는 경사면으로 형성되어 있으며, 또한 상기한 분사공(65)의 주위에는 다수의 연료분사공(66)이 원형상으로 배열된 구조로 형성되어 있는데, 상기한 각 연료분사공(66)들 역시 연료의 분사거리를 짧게 하기 위하여 연료분사공간(63)의 내경 좁고 돔형몸체(62)의 외면을 향해 갈수록 점차로 넓어지는 내경을 가지도록 형성되어 있다.
다음, 상기 케이스(7)는 앞에서 설명한 연료도입부(2), 연료공급부(3), 분사노즐부(6)를 감싸주는 상태로 조립되는 것으로, 상기 케이스(7)의 일단 내면에는 상기 연료도입부(2)의 외면에 형성된 수나사(28)에 나사조립되는 암나사(71)가 형성되어 있고, 타단에는 분사노즐부(6)의 걸림단턱(68)에 걸림되는 걸림돌턱(72)이 환형상으로 형성되어 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 작용에 대하여 설명한다.
연료분사노즐(1)은 보일러 등의 점화부에 설치되는 것으로, 연료도입부(2)에 3중관 구조로 연결된 물공급관(8a), 오일공급관(8b), 공기공급관(8c)을 통해 물과 오일 및 공기를 동시에 공급하여 연료를 연소시킬 때 질소산화물(NOx)의 발생량을 줄일 수 있게 된다. 이를 설명하면,
상기 연료분사노즐(1)의 연료도입부(2)에 연결된 오일공급관(8b)으로 공급되는 오일은 다수의 오일토입통로(24)를 통과한 후 연료공급부(3)에 일측으로 경사진 통로 형성된 다수의 오일통로(36)를 통과하는 과정에서 소용돌이치는 회전력이 부여된 상태로 연료혼합기(4)의 내링(41) 안쪽으로 유입되는 한편, 공기공급관(8c)으로 공급되는 공기는 다수의 공기도입통로(26)를 통과한 후 연료공급부(3)에 형성된 다수의 공기통로(36)를 통과하여 연료혼합기(4)의 내,외링(41)(42) 사이로 유입된 후 공기는 내링(41)의 일단에 형성된 일측 공기스월통로(44a)를 통과하게 되고, 또 공기배출공(43)을 통과한 공기는 내링(41)의 타단에 형성된 타측 공기스월통로(44b)를 통과하게 되는데, 상기한 양측 공기스월통로(44a)(44b)들 각각은 일방향으로 휘어진 상태로 형성되어 있기 때문에 상기한 공기스월통로(44a)(44b)를 통과하는 공기는 일방향으로 회전하는 상태로 상기한 내링(41)과 연료공급부(3)의 돌출봉(31) 사이로 공급된다.
따라서 상기한 다수의 오일통로(34)로 통과한 오일과 상기한 내링(41)의 양측 공기스월통로(44a)(44b)를 통과한 공기는 상기한 내링(41)과 돌출봉(31) 사이의 공간에서 서로 회전하는 상태로 혼합되는 것이며, 이와 같이 오일에 혼합되는 공기 에 의하여 오일은 미립화가 이루어지게 되고, 또한 상기한 돌출봉(31)의 외면에 형성된 요철면(31b)에 부딪히면서 통과하는 과정에서 연료(오일+공기)의 미립화는 더욱 촉진된다.
상기와 같이 내링(41)과 돌출봉(31) 사이로 유입되어 미립화상태로 혼합되는 연료는 계속하여 돌출봉(31)이 삽입된 분사노즐부(6)의 연료분사공간(63)으로 유입되는데, 이때 연료분사공간(63)으로 유입된 연료의 일부는 연료분출통로(67)를 통해 분사공(65)으로 배출되며, 연료분출통로(67)로 배출되지 아니한 대부분의 연료는 다수의 연료분사공(66)을 통해 분사되어 연소되는 것이다.
한편, 물공급관(8a)으로 공급되는 물은 물도입통로(22)에 유입되어 배출구(27)로 배출될 때 유속이 빨라지면서 스월기(5)의 중심통로(52)를 거쳐 배출통로(53)를 통해 배출환홈(54)으로 배출되는데, 이때 스월기(5)의 원통형 몸체(51)는 연료공급부(3)의 돌출봉(31) 중심에 형성된 중공통로(33)에 꼭끼인 상태이므로 상기한 배출환홈(54)으로 배출된 물은 원통형 몸체(51)의 끝부분에 나선상으로 형성된 물스월통로(55)를 통해 배출되는 과정에서 일방향으로 회전하는 상태 즉, 소용돌이치는 상태로 배출되어 돌출봉(31) 끝단에 형성된 배출공(31a)으로 배출될 때 안개와 같이 미립화된 상태로 분출되면서 분사노즐부(6)의 중심에 형성된 분사공(65)을 통해 분사되는데, 이때 상기한 분사공(65)을 통해 안개상태로 분사되는 물은 물스월통로(55)를 통과할 때의 회전력을 동반하고 있으므로서 연료분출통로(67)를 통해 분사공(65)으로 배출되는 연료와의 혼합작용이 원활해져 결국 분사공(65)에서는 물과 연료가 고르게 혼합된 에멀젼연료를 분사하게 되며, 이와 같이 분사공 (65)으로 분사되는 에멀젼연료는 다수의 연료분사공(66)에서 분사되어 연소되는 연소불꽃의 중심부 즉, 연소온도가 가장 높은 중심부로 분사되어 연소하게 되는데, 이때 에멀젼연료에 혼합되어 있던 물은 연소되는 과정에서 2차 폭발을 일으켜 연소효율을 증대시키는 한편, 물의 증발잠열에 의하여 연소화염의 중심부 연소온도를 떨어뜨리는 작용을 하게 되며, 이에 따라 연소화염 중심의 고온부에서 가장 많이 발생되는 질소산화물(NOx)의 발생량을 현저하게 감소시킬 수 있게 되는 것이다.
한편, 본 발명에서는 오일공급관(8b)으로는 오일을, 공기공급관(8c)으로는 공기를 공급하는 것을 실시예로 하였으나, 오일 대신에 LPG 또는 LNG 등의 가스를 오일공급관(8b)으로 공급하며, 또한 공기 대신에 스팀을 공기공급관(8c)으로 공급하여 연료로 사용하게 될 경우에도 분사노즐부(6) 중심의 분사공(65)으로 분사되는 에멀젼연료가 연소화염의 중심부 연소온도를 떨어뜨리는 작용으로 질소산화물의 발생량을 줄일 수 있으므로, 오일 대신에 가스를, 공기 대신에 스팀을 공급하여 연료로 사용하는 경우에도 본 발명의 권리범주에 속하는 것이다.
상기와 같은 본 발명에 의하면 연료분사노즐에 오일과 공기 및 물 등 3종류의 유체를 동시에 공급함에 있어 오일과 공기은 서로 혼합되고, 이렇게 혼합된 연료의 대부분은 분사노즐부에 형성된 다수의 연료분사공으로 분사되어 연소되게 하는 한편, 일부의 연료와 독립된 통로를 통해 공급되어 스월기에 의해 미립화된 안개상태로 변환된 물은 분사노즐부의 중심에 형성된 분사공에서 혼합되어 에멀젼연료화된 상태로 연소화염의 중심부로 분사되어 연소효율은 증대시키면서 물의 증발 잠열에 의해 연소화염 중심의 고온부 연소온도를 떨어뜨려서 질소산화물의 발생량을 저감시키는 효과를 제공하는 것이며, 특히 본 발명은 분사노즐부에서 연료와 물이 고르게 혼합된 에멀젼연료를 만들어서 연소화염에서 가장 온도가 높은 중심부로 분사하여 연소시키게 되므로서 기존에 에멀젼연료를 얻기 위해 연료와 물을 고르게 혼합시키기 위한 혼합장치 및 에멀젼연료를 저장하기 위한 저장탱크의 시설을 생략할 수 있어 산업용 보일러를 설치하는데 따른 시설비를 크게 절감시킬 수 있도록 하는 효과도 제공하게 된다.

Claims (4)

  1. 오일공급관 및 공기공급관으로부터 공급되는 오일과 공기를 각기 다른 통로로 공급하기 위한 오일통로와 공기통로가 형성된 연료공급부와; 상기한 오일통로 및 공기통로로 공급되는 오일과 공기를 혼합시키는 연료혼합기와; 상기 연료혼합기에서 혼합된 연료를 분사하는 연료분사공이 다수 형성된 분사노즐부;를 포함하여 구성되는 연료분사노즐에 있어서,
    상기 연료공급부의 일측 중심에서 돌출 형성된 돌출봉 내측에 오일 및 공기와는 별도의 통로를 통해 물을 공급받을 수 있도록 원통형으로 형성되어 있는 중공통로와;
    상기한 돌출봉의 중공통로에 삽입 설치되며, 상기한 중공통로로 공급되는 물을 스월작용으로 미립화시켜서 돌출봉 끝단의 배출공을 통해 안개상태로 배출시키기 위한 스월기와;
    상기한 돌출봉 끝단의 배출공을 통해 안개상태로 배출되는 물과 연료혼합기에서 혼합된 연료를 에멀젼연료화 상태로 혼합시켜 주기 위하여 돌출봉 끝단의 외주면과 분사공 내측의 삽입공 내주면 사이에 형성되어 연료혼합기에서 혼합된 연료의 일부를 분사공을 향해 배출시키는 연료분출통로;
    를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 저 질소산화물 발생용 연료분사노즐.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스월기는 돌출봉의 중공통로에 삽입될 수 있는 외경을 가지는 원통형 몸체로 형성되어 있으며, 상기한 원통형 몸체의 중심부에는 돌출봉의 중공통로로 공급되는 물의 배출을 안내되는 중심통로와, 상기한 중심통로의 끝단에서 스월기의 외주로 물을 배출시키는 배출통로와, 상기한 배출통로가 형성된 부위에 환형상으로 형성되어 배출통로를 통해 배출된 물을 사방으로 확산시키는 배출환홈과, 상기한 원통형 몸체의 끝단에 형성되어 배출환홈으로 배출된 물을 미립화시키기 위하여 물을 소용돌이치는 상태로 배출시킬 수 있도록 일방향을 향해 휘어진 곡선상으로 형성된 복수의 물스월통로를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 저 질소산화물 발생용 연료분사노즐.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌출봉의 외주에는 연료혼합기에서 오일과 공기가 혼합된 연료를 더 미립화시키기 위하여 요철가공된 요철면으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 저 질소산화물 발생용 연료분사노즐.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료공급부에는 오일과 공기 및 물을 동시에 공급받을 수 있도록 하는 연료도입부가 추가적으로 형성되어 있으며, 상기 연료도입부는 그 중심에 형성된 물도입통로에 직결되는 물공급관을 비롯하여 상기한 물공급관 외주에 다수의 오일 도입통로로 오일을 공급하기 위하여 형성되는 오일공급관과, 상기 오일공급관 외주에 다수의 공기도입통로로 공기를 공급하기 위하여 형성되는 공기공급관이 3중관 구조로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 저 질소산화물 발생용 연료분사노즐.
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