KR100827016B1

KR100827016B1 - 증기를 이용한 연료연소장치

Info

Publication number: KR100827016B1
Application number: KR1020060062761A
Authority: KR
Inventors: 김채곤; 정관선
Original assignee: 정창신; (주)창조인프라
Priority date: 2006-07-05
Filing date: 2006-07-05
Publication date: 2008-05-02
Also published as: KR20080004150A

Abstract

본 발명은 증기를 이용한 연료연소장치에 있어서, 상기 물통과 증기 발생관은 물 공급관과 증기 공급관에 의해 연결되도록 하되, 상기 증기 공급관의 일단에는 분기관이 형성되어 분사노즐에 연결되도록 하고, 상기 분사노즐 일단에는 연료통에 연결된 연료 공급관이 형성되도록 하여 고온의 수증기와 연료가 함께 분사되도록 하며, 상기 물 공급관의 일단에는 물의 역류를 방지하기 위한 역류방지구가 형성되도록 구성된 증기를 이용한 연료연소장치를 제공하기 위한 것으로, 본 발명은 증기 발생관에 의해 발생한 고압의 증기를 물통과 분사노즐에 동시에 공급하도록 함으로써 별도의 펌핑장치를 구비하지 않더라도 증기 발생관에 지속적인 물의 공급이 가능하도록 하였고, 또 항상 증기압력의 균형에 의해 물의 공급압력을 일정하게 조절됨으로써 증기 발생관에 물이 고이거나 노즐을 통해 물이 분사되는 단점을 방지할 수 있으며, 저렴한 액상연료를 예열할 필요없이 연소시킬 수 있으며, 완전연소를 유도할 수 있고, 액상연료만 연소시키는 것보다 화력을 보강할 수 있어 매우 경제적이고, 친환경적인 연소장치를 제공할 수 있는 유용한 발명인 것이다.

증기, 분사노즐, 연료연소

Description

증기를 이용한 연료연소장치{FUEL COMBUSTION APPARATUS USING STEAM}

도 1 - 본 발명 시스템의 개략적인 구성도.

도 2 - 본 발명에 있어서 분사노즐부분만을 도시한 단면도.

도 3 - 본 발명 분사노즐의 사시도.

도 4 - 본 발명에 있어서 역류방지구만을 도시한 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 본 발명 연료연소장치

100: 가스유입관 101: 요철부(凹凸部)

110: 물통 111: 압력계

112: 안전밸브 113: 수량계

120: 물 공급관 120a: 물 공급밸브

121: 증기 배출관 122: 내부압 조절밸브

123: 물 유입관 124: 물 조절밸브

125: 역류방지구 130: 증기 발생관

140: 증기 공급관 141: 분기관(分岐管)

150: 연료통

151: 연료 유입관 152: 공기 유입관

160: 연료 공급관 161: 연료 공급밸브

162: 연료 조절밸브 170: 분사노즐

171: 몸체 171a: 관연결구

172: 증기 유입구(流入口) 172a: 증기 유입공(流入孔)

173: 연료 유입구 173a: 관연결구

174: 유로(由路) 175: 증기 분사공

176: 연료 배출공 177: 연료 분사공

179: 마개 180: 예열장치

A: 화염 B: 증기

C: 물 D: 연료

본 발명은 연료연소장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고온의 증기를 발생시키고 상기 증기를 폐유(廢油)와 함께 분사하면서 연소시킴으로써 폐유의 완전연소를 유도하고 화력을 보강하기 위한 연료연소장치에 관한 것이다.

일반적인 연료연소장치는 연료통으로부터 공급되는 연료를 노즐로 분사하여 연소실 내부로 연소 되도록 함으로써 열원을 얻는 구조에 불과한 것으로, 이는 연료만을 직접 연소시킴으로써 화력이 약할 뿐만 아니라 고가의 비용이 소요되는 단점을 갖는 것이며, 벙커씨유와 같은 저렴한 액상연료는 연소시 불완전 연소로 인한 대기오염의 폐단을 갖는 것이어서 최근에는 고유가로 인해 보다 저렴한 액상연료를 물을 가열하여 얻은 고온의 증기와 함께 분사하여 연소시킴으로써 연료의 미분화(未分化)와 활성화(活性化)를 통해 완전연소를 유도하고 화력을 보강하기 위한 연구들이 활발히 진행되고 있다.

즉 물을 가열된 증기 발생관(불에 가열되어 물을 증기화하기 위한 나선형상으로 말아진 금속파이프)을 통과시켜 고압의 증기를 얻고 이를 직접 액상의 연료와 함께 분사하면서 연소되도록 하는 증기를 이용한 연료연소장치가 개발된 바 있다.

이처럼 폐유, 즉 벙커씨유와 같은 저렴한 액상연료를 완전 연소시키고 화력을 보강하기 위해서는 수증기가 고온이 되면 수소와 산소로 해리되는 열분해성질( 프랑스의 화학자 라부아지에(1743-1794)가 주장한 원리로 금속관을 고열로 가열하여 적열(赤熱)시키고 그 금속관에 물을 통과시키면 수소가 발생함을 확인한 실험으로 500℃ 정도에서 탄소(C)가 공급되면 다음과 같이 물은 이산화탄소와 수소가스로 분해된다고 알려진바 있다. C+2H₂O → CO₂+2H₂↑)을 이용할 수도 있으며, 무엇보다 고온의 수증기와 함께 연료가 고압으로 분사되도록 함으로써 연료는 고온에 의해 활성화된 상태로 미세하게 분사되어 보다 화력이 강해지고, 완전연소를 유도할 수 있게 되는 것이다.

그러나 지금까지 개발된 증기를 이용한 연료연소장치는 증기 발생관에 물을 공급하기 위해서 별도의 펌핑장치를 필요로 하는 것으로, 이는 곧 펌핑장치를 사용하기 위해서는 전원(電源)을 필요로 한다는 것이고 이는 별도의 에너지를 사용한다는 점에서 낭비일 뿐만 아니라, 또한 전기가 공급되지 않는 곳에서는 사용할 수 없다는 폐단을 갖는 것이다.

또한 펌핑장치에 의한 물의 공급은 무조건 일정한 양이 공급되는 것이어서 증기의 발생량을 자체적으로 조절할 수 없는 단점을 갖는 것이어서 예열 및 점화가 곤란하고, 연료와 증기의 분사량 조절도 곤란할 뿐만 아니라 물의 공급압력조절이 실패할 경우 증기 발생관에 물이 고이거나 심지어는 연료와 증기가 분사되어야 할 노즐에 물이 분사되는 폐단을 갖기도 하는 것이다.

본 발명은 증기 발생관에 의해 발생한 고압의 증기를 물통과 분사노즐에 동시에 공급하도록 함으로써 별도의 펌핑장치를 구비하지 않더라도 증기 발생관에 지속적인 물의 공급이 가능하도록 하기 위한 것이다.

또 본 발명은 증기 발생관에 의해 발생한 증기의 압력에 의해 물의 공급압력을 조절할 수 있도록 함으로써 증기 발생관에 물이 고이거나 노즐을 통해 물이 분사되는 단점을 방지할 수 있는 것이다.

본 발명의 구성을 첨부한 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 구성을 개략적으로 보이기 위한 것으로, 본 발명 연료연소장치는 물을 저장하기 위한 물통(110)과, 일측에 분사노즐(170)을 구비하는 증기 발생관(130)과, 상기 물통(110)과 증기 발생관(130)은 물 공급관(120)과 증기 공급관(140)에 의해 연결되도록 하되, 상기 증기 공급관(140)의 일단에는 분기관(141)이 형성되어 분사노즐(170)에 연결되도록 하고, 상기 분사노즐(170) 일단에는 연료통(150)에 연결된 연료 공급관(160)이 형성되도록 하며, 상기 물 공급관(120)의 일단에는 물의 역류를 방지하기 위한 역류방지구(125)가 형성되도록 구성함으로써 증기 발생관(130)의 물이 역류하지 않고, 분사노즐(170) 내부의 증기압력이 거의 일정한 압력으로 분사될 수 있도록 하였다.

이때 상기 증기 발생관(130)의 외측에는 초기 증기발생을 유도하기 위한 공지의 예열장치(180)가 형성되어진다. 상기 예열장치(180)의 가열수단으로는 전기를 사용하지 않아도 되고, 제어와 사용이 비교적 편리한 가스연소식이 사용되어짐이 바람직하다.

상기 물통(110)에는 증기 발생관(130)에 물을 공급하기 위해 필요한 수단들이 형성되어지는데, 물통(110)에 물을 공급하고자 할 때 물통(110) 안에 증기압력이 가득차 있으면 물의 공급이 곤란하므로 물 유입관(123)과 물통(110) 사이에 형성된 내부압 조절밸브(122)와 상기 물 유입관(123)과 내부압 조절밸브(122) 사이에 연결되는 증기 배출관(121)에 의해 물통(110) 내부의 압력을 조절함으로써 물이 물통(110) 내부로 유입될 수 있도록 하였다. 이때 증기 배출관(121)은 물통(110)의 상부에 연통(連通)된 구조이며, 수면보다는 항상 높게 형성되어져야 한다.

상기 물통(110) 내부에는 물이 가득 찬 상태여서는 곤란하므로 수량계(113)를 설치하여 항상 적당량의 물이 차 있는지를 측정할 수 있도록 하여야 하며, 압력계(111)와 안전밸브(112)를 설치하여 적당한 압력을 유지하고 있는지도 확인함과 동시에 너무 과한 증기압력이 물통(110) 안에 형성될 때는 이를 해소할 수 있도록 하여야 한다.

상기 물통(110)의 하단에 형성된 물 공급관(120)에는 증기 발생관(130)에 공급되는 물의 양을 조절하기 위한 물 조절밸브(124)가 형성되며, 상기 물 조절밸브(124) 전방에는 도 4에 도시한 바와 같은 역류방지구(125)가 형성되어진다.

상기 역류방지구(125)의 기능은 본 발명에 있어 매우 중요한 기술적 구성의 하나로 물통(110)으로부터 증기 발생관(130)에 공급되어졌던 물이 증기 발생관(130)의 증기압력에 의해 역류하는 것을 방지하기 위한 것으로, 통공의 형상이 단면으로 보아 "

"과 같이 이루어지되 좌측은 직경이 넓은 확장부(125a)로 이루어지고, 우측은 직경이 좁은 상태에서 점점 넓어지는 테이퍼부(125b)로 이루어진다.

이때 증기는 테이퍼부(125b)로 부터 분사되며 좁은 공간을 통과하면서 벤츄리관 원리에 의해 측면으로 부터 공급되는 연료를 미세하게 분쇄하여 넓고 멀리 확산시키면서 분사하게 되는 것이다.

따라서 물통(110)으로부터 증기 발생관(130)에 유입되어지는 물은 테이퍼부(125b)를 통해 확장부(125a)로 배출되어지는데, 반대로 증기 발생관(130)으로 부터 물통(110)쪽으로 역류되는 물은 테이퍼부(125b)와 확장부(125a)의 압력차이 때 문에 결국 테이퍼부(125b)를 통과하지 못하게 된다.

분사노즐(170)은 상기 증기 발생관(130)의 일측에 형성되어지는데, 상기 분사노즐(170)은 증기 발생관(130)과 물통(110)을 연결하는 증기 공급관(140)의 일단에 형성되는 분기관(141)에 연결된 구조를 갖는다. 상기 분사노즐(170)에는 공지의 점화장치가 구비되어짐은 당연하다.

또한 상기 분사노즐(170)에는 연료통(150)과 연결된 연료 공급관(160)이 연결되어지는데, 이때 상기 분사노즐(170)의 구조는 도 2에 도시된 바와 같다.

즉 중앙에 통공(通孔)이 형성되어지되 전방에는 연료 분사공(177)이 형성되고, 후방에는 증기 유입공(172a)이 형성된 구조를 갖는다. 이때 연료 분사공(177)과 증기 유입공(172a) 사이에는 벤투리관(Venturi tube) 구조를 갖는 증기 분사공(175)이 형성되어진다.

또한 상기 연료 분사공(177)의 직경은 증기 유입공(172a)의 직경보다 작아야 하고, 연료 분사공(177)에는 연료 배출공(176)이 천공되어 연료 공급관(160)을 통해 공급된 연료가 유로(174)를 통해 배출되도록 한다.

상기 마개(179)는 분사노즐(170)의 몸체(171)에 유로(174)를 형성한 뒤 연료가 누출되는 것을 방지하기 위하여 체결하는 수단이다.

또한 본 발명은 연료통(150)에 저장된 연료를 미리 예열할 수 있도록 증기 공급관(140)이 물통(110)에 연결되기 전 연료통(150)을 가로지르도록 형성함이 바람직하다.

상기 물 공급관(120)과 연료 공급관(160)에는 물과 연료를 차단하는 역할을 하는 물 공급밸브(120a) 및 연료 공급밸브(161)가 형성되며, 또한 물과 연료의 공급시 적당량을 조절하기 위한 물 조절밸브(124)와 연료 조절밸브(162)가 형성되어진다.

상기한 구성을 갖는 본 발명의 증기를 이용한 연료연소장치의 작용효과를 살펴보면 다음과 같다.

먼저 본 발명 연료연소장치를 가동하기 전에 예열장치(180)를 동작시켜 증기 발생관(130)을 예열시킨다. 다음 물 조절밸브(124)를 열어 증기 발생관(130)에 물(C)이 공급되도록 한다. 이때 증기 발생관(130)에 물이 공급되는 순간 물은 증기화되고 상기 증기(B)는 증기 공급관(140)에 의해 일부는 물통(110)에 유입되어지고, 일부는 분기관(141)을 통해 분사노즐(170)에 공급되어진다.

따라서 상기 증기는 분사노즐(170)의 증기유입공(172a)을 통해 유입되어 증기 분사공(175)을 통해 강한 압력으로 분사되어진다. 이때 연료 공급밸브(161)를 열어 연료(D)가 유로(174)를 통해 연료 배출공(176)으로 배출되며 증기와 함께 연료 분사공(177)을 통해 분사되도록 함과 동시에 점화장치에 의해 상기 연료에는 점화가 이루어진다.

이후 연료의 연소에 의해 증기 발생관(130)이 가열되면 예열장치(180)의 작동은 중단시키게 되는데, 이후로는 물과 연료가 공급되는 동안은 지속적인 연소가 이루어지게 된다.

본 발명에서 상기 연료의 연소시 증기는 연료의 완전연소와 화력을 보강하게 되는데, 이는 물이 증기 발생관(130)에 의해 고온으로 가열되고, 상기 고온의 수증기와 함께 연료가 고압으로 분사되도록 함으로써 연료는 고온에 의해 활성화된 상태로 미세하게 분사되어 보다 화력이 강해지고, 완전연소를 유도할 수 있게 되는 것이다.

이처럼 본 발명은 증기 발생관에 의해 발생한 고압의 증기를 물통과 분사노즐에 동시에 공급하도록 함으로써 별도의 펌핑장치를 구비하지 않더라도 증기 발생관에 지속적인 물의 공급이 가능하도록 하였고, 또 항상 증기압력의 균형에 의해 물의 공급압력을 일정하게 조절됨으로써 증기 발생관에 물이 고이거나 노즐을 통해 물이 분사되는 단점을 방지할 수 있는 효과를 갖는다.

또한 본 발명은 폐윤활유나 벙커씨유 등과 같이 저렴한 액상연료를 예열할 필요없이 연소시킬 수 있으며, 완전연소를 유도할 수 있고, 액상연료만 연소시키는 것보다 화력을 보강할 수 있어 매우 경제적이고, 친환경적인 연소장치를 제공할 수 있는 유용한 발명인 것이다.

Claims

물을 저장하며, 내부 압력을 조절하기 위한 내부압 조절밸브(122)가 구비된 밀폐형 물통(110)과;

연료를 저장하기 위한 연료통(150)과;

예열을 위한 예열장치(180)가 구비되어 증기를 발생시키는 증기 발생관(130)과;

상기 물통(110)와 상기 증기 발생관(130) 사이를 연결하여 물이 흐르게 되는 물 공급관(120)과;

상기 물 공급관(120)에 구비되어 역류를 방지하기 위한 역류방지구(125)와;

상기 증기 발생관(130)과 상기 물통(110) 사이를 연결하여 상기 증기 발생관(130)에서 발생된 증기를 상기 물통(110)으로 환수하기 위한 증기 공급관(140)과;

상기 증기 공급관(140)에서 분기된 분기관(141)과 연결되고 상기 연료통(150)과 연료 공급관(160)으로 연결되어, 상기 증기 발생관(130)에서 발생된 고온 고압의 증기와 상기 연료통(150)으로부터 공급된 연료를 버너보일러에 분사하기 위한 분사노즐(170)로 구성되는 것을 특징으로 하는 증기를 이용한 연료연소장치.
제 1항에 있어서, 상기 역류방지구(125)는 중간에 형성된 통공의 형상이 "
"으로 이루어지되 좌측은 직경이 넓은 확장부로 이루어지고, 우측은 직경이 좁은 상태에서 점점 넓어지는 테이퍼부로 이루어짐을 특징으로 하는 증기를 이용한 연료연소장치.
제 1항에 있어서, 상기 분사노즐(170)은 중앙에 통공이 형성되어지되 전방에는 연료 분사공이 형성되고, 후방에는 증기 유입공이 형성되어져 상기 연료 분사공과 증기 유입공 사이에는 벤츄리관 구조를 갖는 증기 분사공이 형성되고, 상기 연료 분사공의 측면에는 연료 배출공이 형성되어 연료와 증기가 함께 배출되도록 구성되어짐을 특징으로 하는 증기를 이용한 연료연소장치.