KR100921700B1 - 액체연료의 기화 연소가 가능한 버너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액체연료를 기화하여 연소시키는 버너에 관한 것이다. 버너는 연소로(10)와, 연소로(10)의 입구(11)측에 설치되어 연소로(10)의 내부로 액체연료를 분무하는 액체연료 노즐(20)과, 연소로(10)의 내주를 따라 나선형으로 감겨져 설치되며, 그 내부로 액체 연료가 통과하면서 기화되는 연료 기화관(30)과, 연료 기화관(30)의 말단에 설치되어 기화된 연료를 연소로(10) 내부로 토출하는 기체연료 노즐(40)을 구비한다. 액체연료는 액체연료 노즐(20)을 통하여 분무되면서 1차로 연소되고, 이러한 1차 연소시의 화염에 의하여 연료 기화관(30) 내부의 연료가 기화된 후 기체연료 노즐(40)을 통하여 토출됨으로써 2차 연소가 이루어진다. 이와 같이, 액체연료에 의한 1차 연소와, 1차 연소 시의 연소열에 의하여 기화된 연료에 의한 2차 연소가 동시에 이루어짐으로써, 액체연료만을 연소하는 경우에 비하여 완전연소에 가까운 연소가 가능하므로, 연소 효율이 상승되고 분진과 질소산화물의 발생을 최소화할 수 있게 된다.

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Description

액체연료의 기화 연소가 가능한 버너{Burner available for vaporizing combustion of liquid fuel}

본 발명은 보일러, 건조기, 소각기 등에 사용되는 액체연료 연소용 버너에 관한 것으로서, 특히 액체연료를 기화하여 연소시킬 수 있는 버너에 관한 것이다.

종래의 액체연료(예를 들어, 경유, 등유, 벙커A유, 벙커B유, 벙커C유, 폐유, 절삭유 등) 연소용 버너에서는, 액체연료를 분무하면서 미립화하여 증발 표면적을 극대화 시켜 연소시키는 분무식 연소방식을 주로 채용하고 있다. 그런데, 이러한 분무식 연소방식의 경우 고르지 못한 액체연료 입자가 그대로 연소로에 직접 토출됨으로써 연소가 원활하게 이루어지지 않아 분진과 함께 많은 질소산화물(NO_X)이 생성된다는 문제가 있었다. 또한, 1차 연소에서 미처 연소되지 아니한 액체연료 입자가 연소로에 토출되어 2차, 3차 연소까지 이루어지다 보니 많은 분진과 질소산화물 계속하여 생성된다.

이와 같이, 연소 시에 생성되는 분진이나 질소산화물로 인하여 환경오염 문제가 대두되고 있으며, 환경오염을 해결하기 위해서는 분진이나 질소산화물을 정화 하기 위한 별도의 정화장치 등이 필요하게 되므로 설비비가 많이 소요된다는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 액체연료를 기화하여 연소시킴으로써, 연료절감과 질소산화물의 발생을 저감할 수 있는 버너를 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 버너는, 연소로와, 상기 연소로 내부로 액체연료를 분무하여 연소시키는 액체연료 노즐과, 상기 연소로의 내부를 순환하도록 설치되며, 그 내부로 액체연료가 흐르면서 상기 액체연료 노즐에 의하여 형성된 화염에 의하여 기화되도록 하는 연료 기화관과, 상기 연료 기화관의 말단에 설치되어 상기 연료 기화관을 통과하면서 기화된 연료를 상기 연소로의 내부로 토출하여 연소시키는 기체연료 노즐을 포함한다.

또한, 상기 버너는, 액체연료를 공급하는 연료공급원과, 상기 연료공급원으로부터 상기 액체연료 노즐로 연결되는 제1연료공급관 상에 설치되어 상기 액체연료 노즐로의 액체연료의 공급을 선택적으로 차단하는 제1밸브와, 상기 연료공급원으로부터 상기 연료 기화관으로 연결되는 제2연료공급관 상에 설치되어 상기 연료 기화관으로의 액체연료의 공급을 선택적으로 차단하는 제2밸브와, 상기 제1밸브와 상기 제2밸브의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제어부는, 연소 초기에는 상기 제1밸브는 개방하고 상기 제2밸 브는 폐쇄하며, 이후 소정 시간 동안 액체연료가 연소됨으로써 상기 연소로 내부의 온도가 액체온도의 기화온도 이상으로 상승하면 상기 제2밸브를 개방하게 된다.

또한, 상기 액체연료 노즐은 상기 연소로 입구 부근에 설치되고, 상기 연료 기화관은 상기 액체연료 노즐로부터 상기 연소로 출구를 향하여 소정 간격 이격된 상태에서 상기 연소로 내주를 따라 나선형으로 감겨진 형태로 설치되며, 상기 기체연료 노즐은 상기 액체연료 노즐과 상기 연료 기화관 사이에 위치하도록 설치될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 버너는, 상술한 구성에 더하여, 상기 연료 기화관과 나란하게 상기 연소로 내부를 순환하도록 설치되며, 그 내부로 물이 흐르면서 기화되도록 하는 물 기화관과, 상기 물 기화관의 말단에 설치되어 기화된 물을 상기 연소로 내부로 토출하는 물공급 노즐을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 버너는, 상기 연소로의 출구 부근에 설치되어 상기 연소로 내부로부터 외부를 향하여 공기를 토출하는 공기 토출관을 더 포함할 수도 있다.

여기서, 상기 공기 토출관은 상기 연소로의 내주를 따라 연장되는 환형의 파이프로 이루어지며, 상기 연소로의 출구와 마주하는 전면부에 형성된 복수의 공기 토출구를 구비하는 구성을 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 액체연료에 의한 1차 연소와, 1차 연소 시의 연소열에 의하여 기화된 연료에 의한 2차 연소가 동시에 이루어짐으로써, 액체연료 만을 연소하는 경우에 비하여 완전연소에 가까운 연소가 가능하므로, 연소 효율이 상승되고 분진과 질소산화물의 발생을 최소화할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 2차 연소 시 기화 연료와 함께 기화된 물을 공급하여 연소함으로써, 연소로 내부의 산소분압을 저하시켜, 질소산화물의 생성을 더욱 억제할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 버너의 개략적인 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 버너는 연소로(10)와, 연소로(10)의 입구(11)측에 설치되어 연소로(10)의 내부로 액체연료를 분무하는 액체연료 노즐(20)과, 연소로(10)의 내주를 따라 나선형으로 감겨져 설치되며, 그 내부로 액체 연료가 통과하면서 기화되는 연료 기화관(30)과, 연료 기화관(30)의 말단에 설치되어 기화된 연료를 연소로(10) 내부로 토출하는 기체연료 노즐(40)을 구비한다.

액체연료는 액체연료 노즐(20)을 통하여 분무되면서 1차로 연소되고, 이러한 1차 연소시의 화염에 의하여 연료 기화관(30) 내부의 연료가 기화된 후 기체연료 노즐(40)을 통하여 토출됨으로써 2차 연소가 이루어진다. 1차 연소와 2차 연소에 의한 화염은 연소로(10) 출구(12)를 통하여 배출된다.

액체연료 노즐(20)을 통한 1차 연소는 도시하지 않은 통상적인 점화장치(예를 들어 전기식 점화장치)에 의하여 착화되어 이루어지며, 기체연료 노즐(40)을 통한 2차 연소는 1차 연소의 화염에 의하여 착화되어 이루어진다. 이를 위하여, 연 료 기화관(30)의 나선형태는 연소로(10)의 출구(12)쪽에서 시작하여 연소로(10)의 입구(11)쪽으로 이어지는 형태를 가지며, 기체연료 노즐(40)은 연료 기화관(30)과 액체연료 노즐(20) 사이에 위치한다.

액체연료는 연료공급원인 연료탱크(도시하지 않음)와 연료펌프(50)를 통하여 액체연료 노즐(20)과 연료 기화관(30)으로 공급된다. 연료펌프(50)와 액체연료 노즐(20)은 제1연료공급관(61)에 의해 연결되며, 연료펌프(50)와 연료 기화관(30)은 제2연료공급관(62)에 의해 연결된다. 제1연료공급관(61)과 제2연료공급관(62)은 연료펌프(50)로부터 하나의 관을 통하여 나오다가 분기되어 각각 액체연료 노즐(20)과 연료 기화관(30)으로 이어진다.

제1연료공급관(61)에는 액체연료 노즐(20)로의 연료 공급을 선택적으로 차단하는 제1밸브(63)가 설치되며, 제2연료공급관(62)에는 연료 기화관(30)으로의 연료 공급을 선택적으로 차단하는 제2밸브(64)가 설치된다. 제1밸브(63)와 제2밸브(64)로는 솔레노이드 밸브가 사용될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 제2연료공급관(62)에는 제2밸브(64)의 하류 측에 비상시 액체연료의 흐름을 수동으로 차단할 수 있도록 수동밸브(65)가 설치될 수 있으며, 수동밸브(65)의 하류 측에는 액체연료의 유량을 일정하게 조정하기 위한 유량조절노즐(66)이 설치될 수 있다.

상기 제1밸브(63)와 제2밸브(64)는 도시하지 아니한 제어부에 의하여 그 작동이 제어된다. 제어부는 버너의 초기 점화 시에는 제1밸브(63)는 개방하고 제2밸브(64)는 폐쇄함으로써, 액체연료 노즐(20)에는 연료가 공급되고 연료 기화관(30)에는 연료가 공급되지 않도록 한다. 액체연료가 액체연료 노즐(20)을 통하여 연소로(10) 내부로 분무되면서 점화장치에 의해 착화되어 1차 연소가 이루어지게 된다. 제어부는 1차 연소에 의하여 연소실(10) 내부의 온도가 액체연료의 기화온도(비등점) 이상으로 올라가면 제2밸브(64)를 개방하여 연료 기화관(30)으로 액체연료가 공급되도록 한다. 연료 기화관(30)으로 공급된 액체연료는 충분히 예열된 연료 기화관(30)을 순환하면서 바로 기화되고, 기화된 연료가 기체연료 노즐(40)을 통하여 연소로(10) 내부로 토출되면서 액체연료 노즐(20)에 의한 1차 연소의 화염에 의하여 착화됨으로써 2차 연소가 이루어지게 된다.

제어부가 제2밸브(64)의 개방시점을 판단하는 것은, 온도센서(도시하지 않음)를 이용하여 연소로(10) 내부의 온도를 직접 측정하는 방식으로 이루어질 수 있고, 또는 타이머(도시하지 않음)를 이용하여 제1밸브(63)가 개방된 시점으로부터 소정 시간 경과 이후에 개방하도록 하는 방식으로 이루어질 수도 있다.

본 실시예에서는 1차 연소에서 연소로(10) 내부의 온도를 400℃∼500℃로 예열한 다음, 제2밸브(64)를 개방하여 2차 연소가 이루어지도록 한다.

이와 같이, 액체연료에 의한 1차 연소와, 1차 연소에 의하여 기화된 연료에 의한 2차 연소가 동시에 이루어짐으로써, 액체연료만을 연소하는 경우에 비하여 완전연소에 가까운 연소가 가능하므로, 연소 효율이 상승되고 분진과 질소산화물의 발생을 최소화할 수 있게 된다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 버너의 개략적 구성도로서, 도 1의 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하였으며, 그에 대한 반복적인 설명은 생략하기로 한다.

도 1의 버너와 비교하여, 도 2의 버너는 1차 연소 시의 화염에 의하여 물을 증발(기화)시켜 2차 연소 시 기화된 연료와 함께 연소시키는 구성과, 연소로(10)의 출구(12) 부근으로부터 외부를 향하여 압축공기를 토출하는 구성을 더 포함한다.

먼저, 물을 증발시켜 공급하는 구성과 관련하여, 도 2의 버너는 물을 공급하는 물공급 펌프(71)와, 물공급 펌프(71)로부터 공급되는 물을 기화하기 위하여 연료 기화관(30)과 나란하게 연소로(10) 내부를 순환하도록 설치되는 물 기화관(72)과, 물 기화관(72)의 말단에 설치되어 기화된 물을 연소로(10) 내부로 토출하는 물공급 노즐(73)을 구비한다.

물 기화관(72)은 연료 기화관(30)과 교호로 나선형으로 감긴 상태로 연소로(10) 내부에 설치된다. 물공급 노즐(73)은 기체연료 노즐(40)과 상하로 나란하게 물 기화관(72)과 액체연료 노즐(20) 사이에 위치한다.

물공급 펌프(71)와 물 기화관(72)은 물공급관(74)를 통하여 연결되며, 물공급관(74)에는 물 기화관(72)으로의 물 공급을 선택적으로 차단할 수 있는 제3밸브(75)가 설치된다. 제3밸브(75)로는 솔레노이드 밸브가 사용될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 물공급관(74)의 제3밸브(75) 하류에는 물의 유량을 일정하게 조정하기 위한 물 유량조절노즐(76)이 설치될 수 있다.

제3밸브(75)는, 제2밸브(64)와 함께 도시하지 않은 제어부에 의해 제어된다. 즉, 제어부는 액체연료의 1차 연소에 의하여 연소로(10) 내부의 온도가 충분히 상승하면 제2밸브(64)와 함께 제3밸브(75)를 개방함으로써, 물이 물 기화관(72)으로 공급되도록 한다. 물은 물 기화관(72)을 통과하면서 1차 연소의 화염에 의하여 기화되고, 물공급 노즐(73)을 통하여 연소로(10) 내부로 토출되어 기화된 연료와 함께 2차 연소된다.

이와 같이, 기화 연료와 함께 기화된 물을 공급하여 연소하면, 연소로(10) 내부의 산소분압을 저하시킴으로써, 질소산화물의 생성을 더욱 억제할 수 있다.

다음으로, 압축공기 토출 구성과 관련하여, 도 2의 버너는 에어펌프(81)와, 에어펌프(81)로부터 공급되는 압축공기를 연소로(10) 내부로부터 외부를 향하여 토출하기 위하여 연소로(10)의 출구(12) 부근에 설치되는 공기 토출관(82)을 구비한다. 에어펌프(81)와 공기 토출관(82)은 공기 공급관(83)에 의하여 연결되며, 공기 공급관(83)에는 공기 토출관(82)으로의 공기 공급을 선택적으로 차단할 수 있는 제4밸브(84)가 설치된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 공기 토출관(82)은 환형의 파이프로 이루어지며, 연소로(10)의 출구(12)와 마주하는 전면부에 그 둘레를 따라 복수의 공기 토출구(82a)가 소정 간격을 두고 형성되어 있다.

에어펌프(81)의 작동에 따라 압축공기는 공기 토출관(82)으로 공급된 후 공기 토출구(82a)를 통하여 연소로(10)의 출구(12)를 향하여 토출된다. 이와 같이, 압축공기가 연소로(10) 내부로부터 출구(12)를 향하여 토출됨으로써, 연소로(10) 내에서의 화염의 방향을 출구(12)쪽으로 향하게 하고, 화염이 외측으로 벗어나는 것을 잡아줄 수 있다.

이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명 하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 버너의 개략적 구성도.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 버너의 개략적 구성도.

도 3은 도 2의 버너에 구비되는 공기 토출관의 사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 연소로 20 : 액체연료 노즐

30 : 연료 기화관 40 : 기체연료 노즐

61 : 제1연료공급관 62 : 제2연료공급관

63 : 제1밸브 64 : 제2밸브

72 : 물 기화관 74 : 물공급 노즐

82 : 공기 토출관 82a : 공기 토출구

Claims (7)

1. 연소로;

   상기 연소로의 입구 부근에 설치되어 상기 연소로 내부로 액체연료를 분무하여 연소시키는 액체연료 노즐;

   상기 액체연료 노즐로부터 상기 연소로의 출구를 향하여 소정 간격 이격된 상태에서 상기 연소로의 내주를 따라 나선형으로 감겨진 형태로 상기 연소로의 내부를 순환하도록 설치되며, 그 내부로 액체연료가 흐르면서 상기 액체연료 노즐에 의하여 형성된 화염에 의하여 기화되도록 하는 연료 기화관;

   상기 액체연료 노즐과 상기 연료 기화관 사이에 위치하도록 상기 연료 기화관의 말단에 설치되어 상기 연료 기화관을 통과하면서 기화된 연료를 상기 연소로의 내부로 토출하여 연소시키는 기체연료 노즐; 및

   상기 연소로의 출구 부근에 설치되어 상기 연소로 내부로부터 외부를 향하여 공기를 토출하는 공기 토출관을 포함하며,

   상기 공기 토출관은 상기 연소로의 내주를 따라 연장되는 환형의 파이프로 이루어지며, 상기 연소로의 출구와 마주하는 전면부에 형성된 복수의 공기 토출구를 구비하는 것을 특징으로 하는 버너.
2. 제 1 항에 있어서,

   액체연료를 공급하는 연료공급원;

   상기 연료공급원으로부터 상기 액체연료 노즐로 연결되는 제1연료공급관 상에 설치되어 상기 액체연료 노즐로의 액체연료의 공급을 선택적으로 차단하는 제1밸브;

   상기 연료공급원으로부터 상기 연료 기화관으로 연결되는 제2연료공급관 상에 설치되어 상기 연료 기화관으로의 액체연료의 공급을 선택적으로 차단하는 제2밸브; 및

   상기 제1밸브와 상기 제2밸브의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 버너.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제어부는, 연소 초기에는 상기 제1밸브는 개방하고 상기 제2밸브는 폐쇄하며, 이후 소정 시간 동안 액체연료가 연소됨으로써 상기 연소로 내부의 온도가 액체온도의 기화온도 이상으로 상승하면 상기 제2밸브를 개방하는 것을 특징으로 하는 버너.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 연료 기화관과 나란하게 상기 연소로 내부를 순환하도록 설치되며, 그 내부로 물이 흐르면서 기화되도록 하는 물 기화관;

   상기 물 기화관의 말단에 설치되어 기화된 물을 상기 연소로 내부로 토출하 는 물공급 노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 버너.
6. 삭제
7. 삭제

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