KR100859220B1 - 유수혼합연소장치 - Google Patents

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KR100859220B1
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류지 오구라
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주식회사 아이씨엘뉴텍
이노우에 야스오
류지 오구라
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Abstract

본 발명에 따른 유수혼합연소장치는 간단한 구조로서 선회기류를 발생시켜 안정한 연소를 확보하도록 구성되며, 기름탱크(2) 및 물탱크(3)로부터 소정의 비율로 공급되는 기름과 물을 수용하여 교반기(4)에 의해 교반혼합하는 교반탱크(5)와, 교반탱크(5)로부터 유수혼합연료(6)을 흡인하여 소정의 압력에서 공급하는 압력펌프(7)와, 압력펌프(7)로부터 공급되는 유수혼합연료를 분사함과 동시에 공기의 송풍에 의해 선회기류를 발생시켜 연소시키는 버너(8)를 구비하며, 상기 버너(8)는 버너 통체(8a)와, 버너 통체(8a)의 내부에 직경이 증가하도록 설치되어 송풍기(17)로부터 공급되는 송풍공기를 축방향을 따라서 도입하여 송풍하는 송풍도입로(14)와, 송풍도입로(14)의 축심부에 배치된 연료분사노즐(15)과, 연료분사노즐(15)의 상류측축심선상에 회전가능하게 설치되는 송풍압에 의해 회전하여 선회기류를 발생시키는 날개바퀴(16)를 가진다.
기름탱크, 물탱크, 버너, 날개바퀴.

Description

유수혼합연소장치{COMBUSTION SYSTEM FOR MIXED FUEL AND WATER}
본 발명은 유수혼합연소장치에 관한 것으로, 특히 선회기류에 의해 유수혼합연료를 효율이 좋게 연소시켜 각종 열원으로서 이용가능하도록 한 기술에 관한 것이다.
이러한 종류의 유수혼합연소장치 내지 버너로서는, 예를 들면 일본국 공개특허공보 특개 제2005-201615호에 기재된 장치(이하 "제 1 종래장치"라 한다)과 일본국 공개특허공보 특개 제2003-247703호에 기재된 장치(이하 "제 2 종래장치"라 한다)이 알려져 있다.
제 1 종래장치(유수혼합연소장치)는 기름과 물을 1 대 1의 비율로 혼합하여 연소시키는 것으로, 기름탱크와 물탱크로부터 유입제제장치를 거쳐 기름과 물을 상기 비율로 혼합가압펌프로 수송하고, 상기 혼합가압펌프로부터 압송되는 유수혼합연료를 연료분사노즐에서 분사하여 연소시키는 것이다. 게다가, 상기 연료분사노즐은 연료를 분사할 때 생성되는 부압에 의해 공기를 송출하도록 되어 있다.
한편, 제 2 종래장치(물 에멀젼 연료 및 전종류 기름의 연소대응 버너)는 복수의 경사공기슬릿을 내주에 가지며, 중앙에 직관인 연료송유파이프를 배치한 구조 의 선회외부혼합분무연소노즐을 구비하여 이루어진 것이다.
그렇지만, 상기 제 1 종래장치에 있어서는, 연료를 분사할 때 생성되는 부압에 의해 공기를 송출하도록 되어 있는 구조상, 연료와 공기를 충분히 혼합하는 것이 어렵고, 안정된 연소를 확보하는 것이 어렵다.
한편, 제 2 종래장치에 있어서는, 고속선회기류에 의한 연소의 안정화를 도모하는 것이 가능하지만, 원주상에 배치한 복수의 경사슬릿의 외주로부터 고압공기를 압입시켜 선회기류를 일으키도록 되어 있는 구조상, 부득이하게 구조적으로 복잡하게 되어 구조비용의 증대를 초래하기 쉽다.
본 출원의 발명자는 각종 버너를 시험 제작하여 연소시험을 행한 결과, 유수혼합연료를 분사노즐로부터 분사시키고, 공기를 단지 송풍한 것만으로는 연소가 연속적으로 이루어지고, 안정된 연소는 얻을 수 없었으나, 송풍압으로 날개바퀴를 회전시켜 선회기류를 일으키는 것에 의해 매우 간단한 구조로 안정된 연소를 확보가 가능하다는 것을 발견하여 본 발명을 완성하기에 이른 것이다.
본 발명은 상기 사정을 고려하여 완성된 것으로, 간단한 구조로 선회기류를 발생시켜 안정한 연소를 확보하는 것이 가능한 유수혼합연소장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기름탱크 및 물탱크로부터 소정의 비율로 공급되는 기름과 물을 수용하여 교반기에 의해 교반혼합하는 교반탱크와, 상기 교반탱크로부터 유수혼합연료를 흡인하여 소정의 압력으로 공급하는 압력펌프와, 상기 압력펌프로부터 공급되는 유수혼합연료를 분사함과 동시에 공기의 송풍에 의해 선회기류를 발생시켜 연소시키는 버너를 구비하며, 상기 버너는 버너 통체와 상기 버너 통체의 내부에 축방향을 따라서 직경이 증가하도록 설치되어 송풍기로부터 공급되는 송풍공기를 축방향에 따라서 도입하여 송풍도입로와 상기 송풍도입로의 축심부에 배치된 연료분사노즐과, 상기 연료분사노즐의 상류측축심선상에 회전가능하게 설치되는 송풍압에 의해 회전하여 선회기류를 발생시키는 날개바퀴를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 날개바퀴는, 상기 연료분사노즐의 상류측축심선상에 복수로 설치되어 있는 것이 바람직하다. 상기 기름탱크 및 물탱크로부터 교반탱크에 연결되는 관로와, 교반탱크로부터 압력펌프에 연결되는 관로에는, 찌꺼기를 제거하기 위한 거름망을 갖는 스트레이너가 설치되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 버너 통체의 내부에 축방향을 따라서 직경이 증가하도록 설치되어 송풍기로부터 공급되는 송풍공기를 축방향을 따라서 도입하여 송풍도입로의 축심부에 연료분사노즐을 배치함과 동시에, 상기 연료분사노즐의 상류측축심선상에 송풍압에 의해 회전하여 선회기류를 발생시키는 날개바퀴를 회전가능하게 설치했기 때문에, 간단한 구조로서 선회기류를 발생시켜 안정한 연소를 확보할 수 있다.
또한 배기가스 중의 질소화합물 및 유황산화물의 발생을 감소시켜 대기 오염을 방지할 수 있다.
이하에서는, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태에 관하여, 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유수혼합연소장치의 구성을 개략적으로 보여주는 설명도이다.
본 발명에 따른 유수혼합연소장치(1)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 기름탱크(2) 및 물탱크(3)로부터 소정의 비율로 공급되는 기름과 물을 수용하여 교반기(4)에 의해 교반혼합하는 교반탱크(5)와, 상기 교반탱크(5)로부터 유수혼합연료(6)을 흡인하여 소정의 압력으로 공급하는 압력펌프(7)와, 상기 압력펌프(7)로부터 공급되는 유수혼합연료(6)을 분사함과 동시에 공기의 송풍에 의해 선회기류를 발생시켜 연소시키는 버너(8)를 구비하고 있다.
상기 기름탱크(2) 내에 수용되는 기름은, 예를 들면 중유, 경유, 등유 등이다.또한, 상기 물탱크(3) 내에 수용되는 물은, 예를 들면 수돗물, 빗물, 하천수 등이다.상기 기름탱크(2) 및 물탱크(3)로부터 교반탱크(5)로 연결되는 관로(9a, 9b)에는 각각 개폐변(10a, 10b)과 유량조절변(11a, 11b)이 설치되어 있고, 기름과 물을 소정의 비율(체적비) 예를 들면 1:1 ∼ 1:8 로 교반탱크(5)에 공급할 수 있다.
상기 교반탱크(5) 내의 유수(물과 기름의 혼합물)는 분리되지 않고 상시 유백색 상태를 유지하도록 소정의 회전수 예를 들면 50 ∼ 1500 rpm 으로 교반기(4)에 의해 교반되어 있다. 상기 기름탱크(2) 및 물탱크(3)로부터 교반탱크(5)로 연결되는 관로(9a, 9b) 바람직하게는 두 관로가 합류하는 합류관로부(9c)와, 교반탱크(5)로부터 압력펌프(7)로 연결되는 관로(23)에는, 찌꺼기를 제거하기 위한 거름망을 갖는 스트레이너(12a, 12b)가 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 거름망은 50 메쉬(mesh) ∼ 200 메쉬인 것이 바람직하다.
상기 압력펌프(7)는 예를 들면 고압플랜저 펌프로 이루어져 있다. 이러한 압력펌프(7)는 전동모터(예를 들면 기어부착 모터)(13)에 의해 회전구동되도록 되어 있다.전동모터(13)의 회전수는 예를 들면 300 ∼ 600 rpm 정도이고, 압력펌프(7)의 출력은 예를 들면 0 ∼ 50 kg/㎠ 정도의 압력이다.
상기 버너(8)는 버너 통체(8a)와, 상기 버너 통체(8a)의 내부에 축방향을 따라서 직경이 증가하도록 설치되어 송풍기(17)로부터 공급되는 송풍공기를 축방향을 따라 도입하는 송풍도입로(14)와, 상기 송풍도입로(14)의 축심부에 배치된 연료분사노즐(15)과, 상기 연료분사노즐(15)의 후방 그리고 상류측축심선상에 회전가능하게 설치되며, 송풍기(17)로부터 송풍압에 의해 회전하여 선회기류를 발생시키는 날개바퀴(16)를 가진다. 버너 통체(8a)는 전단이 개방된 원통 형상으로 형성되며, 그 내부에는 버너 통체(8a)의 직경보다도 작은 직경의 통 형상의 송풍도입로(14)가 깔대기 형상으로 축방향을 따라서 직경이 증가하도록 형성되는 경사부(18)를 경유하여 접속되어 있다. 상기 송풍도입로(14)의 후단부(도 1의 좌단)는 닫혀있다.
상기 송풍도입로(14) 내에는 그 후단부로부터 그 축심을 따라 연료도입관(19)이 삽입된 상태로 설치되고, 상기 연료도입관(19)의 후단부에는 상기 압력펌프(7)의 돌출구가 연료압송관(20)을 개재하여 접속되어 있다. 이러한 연료도입관(19)의 선단부에는 유수혼합연료를 안개형태로 분사하기 위한 상기 연료분사노즐(15)이 설치되어 있다. 상기 연료압송관(20)으로서는, 예를 들면 직경 8 ㎜ 의 구리 재질의 고압파이프가 바람직하다.
상기 송풍도입로(14)의 후단부에는, 송풍기(브로워)(17)가 송풍관(덕트)(21)을 개재하여 접속되어 있고, 송풍도입로(14)의 후단부로부터 송풍도입로(14) 내를 통하여 소정 유량 및 풍압의 공기가 도입되도록 되어 있다. 그리고, 이러한 풍압을 이용하여 간단한 구조로 효과적으로 선회기류를 발생시키기 위하여, 상기 연료분사노즐(15)의 상류측 축심선상에는 상기 연료도입관(19)의 축주위에 상기 날개바퀴(16)가 회전가능하게 설치되어 있다. 날개바퀴(16)는 축류 형태이고, 스크류 형상 및 프로펠러 형상으로 형성되어 있다.
즉, 송풍기(브로워)(17)에 의해 버너의 송풍도입로(14)의 후단부로부터 송풍도입로(14) 내를 통하여 소정 유량 및 풍압의 공기가 도입된다. 또한 버너의 송풍도입로에는 연료도입관(19)이 축심선상에 위치하여 연료분사노즐이 연결되어 있으며 연료도입관(19)의 축주위에 날개바퀴(16)가 회전가능하게 설치되어 서 송풍도입로(14)에 도입된 공기의 풍압에 의해 연료도입관(19)의 축주위의 날개바퀴가 회전하면서 선회기류가 발생된다.
상기 날개바퀴(16)는 상기 연료분사노즐(15)의 상류측 축심선상 그리고 연료도입관(19) 위에 임의의 간격으로 복수, 예를 들면 3개 설치되어 있는 것이 강한 선회기류를 발생시키는 점에서 바람직하다. 또한 복수의 날개바퀴(16)는 하류측을 향하여 회전속도를 단계적으로 상승시키기 하여, 날개의 받음각(angle of attack)이 크게 되어 있는 것이 바람직하다. 버너 통체(8a)에는 버너 통체(8a) 내에서 연료를 포함하는 선회기류에 착화(점화)하기 위한 착화버너가 설치되어 있다.
상기 날개바퀴(16)의 회전에 의해 송풍도입로(14) 내에서 그 내주를 따라서 선회하면서 전방(하류측)으로 나아가는 선회기류가 발생하고, 송풍도입로(14)의 출구부근의 축심부에 배치된 연료분사노즐(15)로부터 분사되는 연료를 끌어들이면서 경사부(18)에서 버너 통체(18a)의 내주를 따라서 맹렬한 회오리 형태의 선회기류가 확대하여 형성되며, 연료를 포함하는 선회기류가 버너 통체(8a) 내에서 점화되어 연소하고, 불꽃이 선회하면서 버너 통체(18a) 외의 전방(하류측)으로 분사되도록 되어 있다. 그리고, 상기 버너 통체(18a)는 연료를 포함하는 선회기류의 점화에 의해 급속히 고온이 되고, 이러한 고온으로 연료의 가스화가 촉진되며, 선회기류와 협력하여 연속한 불꽃의 안정한 연소를 확보할 수 있다.
이상의 구성으로 이루어지는 유수혼합연소장치(1)에 의하면, 기름탱크(2) 및 물탱크(3)으로부터 소정의 비율로 공급되는 기름과 물을 수용하여 교반기(4)에 의해 교반혼합하는 교반탱크(5)와, 상기 교반탱크(5)로부터 유수혼합연료를 흡인하여 소정의 압력으로 공급하는 압력펌프(7)와, 상기 압력펌프(7)로부터 공급되는 유수혼합연료(6)를 분사함과 동시에 공기의 송풍에 의해 선회기류를 발생시켜 연소시키는 버너(8)를 구비하고, 상기 버너(8)는 버너 통체(18a)와, 상기 버너 통체(18a)의 내부에 축방향을 따라서 직경이 증가하도록 설치되어 송풍기(17)로부터 공급되는 송풍공기를 축방향을 따라서 도입하여 송풍도입로(14)와, 상기 송풍도입로(14)의 축심부에 배치된 연료분사노즐(15)과, 상기 연료분사노즐(15)의 상류측축심선상에 회전가능하게 설치되는 송풍기(17)로부터의 송풍압에 의해 회전하여 회전기류를 발생시키는 날개바퀴(16)을 가지고 있기 때문에, 간단한 구조에 의해 선회기류를 발생시켜 안정한 연소를 확보할 수 있다.
특히, 상기 날개바퀴(16)는 상기 연료분사노즐(15)의 상류측 축심선상에 복수 설치되어 있기 때문에, 선회기류를 가속시키는 것이 가능하고, 안정한 강한 연소를 얻을 수 있다. 상기 기름탱크(2) 및 물탱크(3)로부터 교반탱크(5)에 연결되는 관로(8)에는, 찌꺼기를 제거하기 위한 거름망을 가지는 스트레이너(12a, 12b)가 설치되어 있기 때문에, 물과 기름에 함유된 찌꺼기를 제거 가능함과 동시에 유수혼합연료의 유수의 분리를 방지할 수 있고, 안정한 연소에 기여할 수 있다.
또한 상기 버너(8) 내부의 경사부(18)에는 순환관로(22)가 형성될 수 있으며 상기 순환관로(22)는 송풍기(17)에 연결된다.　 따라서 배출가스 중 일부는 순환관로(22)를 통하여 송풍기(17)로 이동되어 송풍관(21)을 통해 다시 버너(8) 내부로 순환시켜 재연소시킴으로써 보다 깨끗한 배기가스를 배출함으로써 대기오염을 방지한다.
한편 상기 버너 통체(8a)의 내부 또는 외측에는 본 발명에 따른 유수혼합연소장치가 가열장치 등으로서 활용이 가능하도록 유수혼합연료의 연소에 의하여 발생되는 열을 위한 온수관(미도시) 등이 설치될 수 있다.
이상, 본 발명의 실시의 형태를 도면에 의해 상술했지만, 본 발명은 상기 실시의 형태에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 여러가지의 설계변경 등이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유수혼합연소장치의 구성을 개략적으로 보여주는 설명도이다.
***** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *****
1.: 유수혼합연소장치 2.: 기름탱크
3.: 물탱크 4.: 교반기
5.: 교반탱크 6.: 유수혼합연료
7.: 압력펌프 8.: 버너
9a, 9b.: 관로 10a,10b.: 개폐변
11a,11b.: 유량조절변 12a, 12b.: 스트레이너
13.:전동모터 14.: 송풍도입로
15. 연료분사노즐 16.: 날개바퀴
17.: 송풍기 18.: 경사부
19.: 연료도입관 20.: 연료압송관
21.: 송풍관(덕트) 22.: 순환관로
23.: 관로

Claims (5)

  1. 기름탱크 및 물탱크로부터 소정의 비율로 공급되는 기름과 물을 수용하여 교반기에 의해 교반혼합하는 교반탱크와, 상기 교반탱크로부터 유수혼합연료를 흡인하여 소정의 압력에서 공급하는 압력펌프와, 압력펌프로부터 공급되는 유수혼합연료를 분사함과 동시에 공기의 송풍에 의해 선회기류를 발생시켜 연소시키는 버너를 구비하며,
    상기 버너는 버너 통체와, 버너 통체의 내부에 축방향을 따라서 직경이 증가하도록 설치되어 송풍기로부터 공급되는 송풍공기를 축방향을 따라서 도입하여 송풍하는 송풍도입로와, 상기 송풍도입로에 그 축심을 따라 삽입되고 그 선단부에 연료분사노즐이 설치되는 연료도입관과, 상기 연료분사노즐의 상류측축심선상에 회전가능하게 설치되어 송풍압에 의해 회전하여 선회기류를 발생시키는 날개바퀴를 포함하며,
    상기 날개바퀴는, 상기 연료분사노즐의 상류측 축심선상에 복수 설치되며, 상기 복수 설치된 날개바퀴들은 축방향을 따라서 날개의 받음각이 증가하는 것을 특징으로 하는 유수혼합연소장치.
  2. 기름탱크 및 물탱크로부터 소정의 비율로 공급되는 기름과 물을 수용하여 교반기에 의해 교반혼합하는 교반탱크와, 상기 교반탱크로부터 유수혼합연료를 흡인하여 소정의 압력에서 공급하는 압력펌프와, 압력펌프로부터 공급되는 유수혼합연료를 분사함과 동시에 공기의 송풍에 의해 선회기류를 발생시켜 연소시키는 버너를 구비하며,
    상기 버너는 버너 통체와, 버너 통체의 내부에 축방향을 따라서 직경이 증가하도록 설치되어 송풍기로부터 공급되는 송풍공기를 축방향을 따라서 도입하여 송풍하는 송풍도입로와, 상기 송풍도입로에 그 축심을 따라 삽입되고 그 선단부에 연료분사노즐이 설치되는 연료도입관과, 상기 연료분사노즐의 상류측축심선상에 회전가능하게 설치되어 송풍압에 의해 회전하여 선회기류를 발생시키는 날개바퀴를 포함하며,
    상기 버너는 그 내부의 경사부에 상기 송풍기에 연결되는 순환관로가 형성되어 배출가스 중 일부가 상기 순환관로를 통하여 상기 송풍기로 이동되어 송풍관을 통해 다시 상기 버너 내부로 순환시켜 재연소시키는 것을 특징으로 하는 유수혼합연소장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 기름탱크 및 물탱크로부터 교반탱크에 연결되는 관로와, 교반탱크로부터 압력펌프에 연결되는 관로에는, 찌꺼기를 제거하기 위한 거름망을 가지는 스트레이너가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유수혼합연소장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 송풍도입로는 상기 송풍도입로로 분사되는 유수혼합연료의 일부를 송풍기로 순환시키도록 순환관로에 의하여 상기 송풍기에 연결된 것을 특징으로 하는 유수혼합연소장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 날개바퀴는, 상기 연료분사노즐의 상류측 축심선상에 복수 설치되며,
    상기 복수 설치된 날개바퀴들은 축방향을 따라서 날개의 받음각이 증가하는 것을 특징으로 하는 유수혼합연소장치.
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