KR100928091B1 - 유증기 버너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연소장치에 관한 기술로서, 좀더 상세하게는 보일러, 열풍기 등과 같이 액체연료를 연소시켜 열을 발생시키는 장치에 사용되는 버너(Burner)에 관한 것이다.

본 발명은 버너의 공기공급관 내부에 예열토치와 유증기토치를 각각 구비하고, 공기 공급관의 말단에 연료증발기를 구비하였다. 그리고 연료증발기에서 연료가 용이하게 증발될 수 있도록 연료무화기를 구비하였다. 버너의 가동 초기에는 예열토치에 액체연료 또는 별도의 예열 연료인 기체연료를 공급하여 연소시키는데, 이 과정에서 주 연료인 액체연료가 연료증발기에서 증발하여 유증기가 되어 유증기 상태로 버너에서 연소가 된다.

액체연료를 유증기로 증발시켜 연소시키면, 기체연료를 연소시키는 것과 같이 완전연소가 일어나서 연소효울이 높고, 공해의 염려가 없다. 그리고 화염의 길이가 짧아 연소실을 작게 할 수 있고, 따라서 열기기를 소형화할 수 있다.

버너, 유증기, 연소, 완전연소, 액체연료, 연소효율, 공해

Description

유증기 버너{Fuel Vapor Burner}

본 발명은 연소장치에 관한 기술로서, 좀더 상세하게는 보일러, 열풍기 등과 같이 액체연료를 연소시켜 열을 발생시키는 장치에 사용되는 버너(Burner)에 관한 것이다.

각종 보일러, 열풍기 등 열을 발생시키는 장치인 열기기에는 연료의 연소가 일어나는 구성품인 버너가 장착되어 있는데, 가격이 저렴하고 연소의 제어가 용이하고 상대적으로 안전한 액체연료를 사용하는 액체연료 버너가 많이 사용되고 있다. 이와 같은 액체연료 버너에 사용되는 연료로는 등유, 경유, 벙커유 등이 있다.

통상적인 액체연료 버너는 도 1에 도시한 바와 같이, 원통형 공기관, 공기관으로 연소에 필요한 공기를 불어넣어 주는 팬(Fan), 연료를 공급하는 필터, 펌프, 밸브, 그리고 연료관으로 구성되는 연료공급장치, 연료에 점화를 하는 점화장치, 그리고 연료관의 끝단에 부착되는 것으로서 연료를 분사하는 노즐이 부착된 토치를 포함하여 구성되어 있다. 토치의 주위에는 화염이 역류하는 것을 방지하기 위하여 보염판(Fire Protector)을 부착하기도 한다.

상기와 같은 버너는 열기기의 연소실에 설치되어, 용도에 따라 연소시에 발생하는 열풍을 직접 이용하거나, 물 등의 열 매개체를 가열하여, 연료의 연소열을 이용한다.

상기와 같이 액체연료를 사용하는 종래의 버너는, 연료탱크에 있는 연료를 그대로 토치에 공급하고 있는데, 발열량을 높이기 위하여 토치에 연료를 고압으로 많이 주입할 경우, 미처 연소하지 못한 연료 방울인 유적이 연소실의 바닥에 떨어져 불완전 연소를 하게 된다. 이와 같이 불완전 연소가 발생하면 연소효율이 떨어져서 연료의 낭비가 크고, 그을음이 발생하여 대기오염을 유발하고, 그을음이 연통의 내부에 침착하여 연통이 막히는 등의 문제점이 있다.

또한 액체연료를 사용하는 종래의 버너는 유적의 비산 거리가 길어서 화염이 길어지므로, 충분한 연소를 위해서는 연소실의 크기가 커져야 한다. 열기기에서 가장 큰 부피를 차지하는 것이 연소실인 바, 연소실을 크게 하는 것은 바로 설비의 대형화로 이어지고, 설비가 대형화되면 설치공간을 크게 차지하고, 제작비가 많이 소요되고, 정비유지가 어려워지는 문제점이 있다.

상기와 같이 액체연료를 사용하는 종래의 열기기용 버너는 액체연료를 직접 연소키키는 방식을 취하고 있는데, 완전연소가 이루어지지 않아 그을음이 많이 발생하고, 그만큼 연소효율이 떨어지고, 장치가 대형화되는 등 많은 문제점이 있었다.

통상의 버너가 가지고 있는 상기한 문제점을 개선하기 위해서는, 연료를 완전히 연소시켜 불완전 연소로 인하여 발생하는 문제를 해소할 수 있는 버너가 개발되어야 한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결한 액체연료를 사용하는 버너로서, 버너의 공기공급관 내부에 예열토치와 유증기토치를 각각 구비하고, 공기 공급관의 말단에 연료증발기를 구비하였다. 그리고 연료증발기에서 연료가 용이하게 증발될 수 있도록 연료무화기를 구비하였다.

버너의 가동 초기에는 예열토치에 액체연료 또는 별도의 예열 연료인 기체연료를 공급하여 연소시키는데, 이 과정에서 주 연료인 액체연료가 연료증발기에서 증발하여 유증기가 된다. 이 유증기를 유증기토치에 공급하여 연소시킴으로서, 주 연료인 액체연료는 유증기 상태로 버너에서 연소가 된다.

상기와 같이 주 연료인 액체연료를 유증기로 증발시켜 연소시키면, 기체연료를 연소시키는 것과 같이 완전연소가 일어나고, 화염의 길이가 짧아 연소실을 작게 할 수 있고, 따라서 열기기를 소형화할 수 있다.

상기와 같이 액체연료가 완전연소되면 연소효율이 아주 높아지고, 그을음이 발생하지 않아 대기오염을 유발할 염려가 없으며, 불완전 연소에 의한 일산화탄소 등의 유해가스가 발생하지 않아 안전하고, 그을음이 발생하지 않아 연통이 막히는 등의 문제가 없다.

본 발명인 유증기 버너는 구조가 간단하고, 기존의 버너를 개조하여 제작할 수 있으므로 경제성이 높다.

본 발명인 유증기 버너는 도 2에 도시한 바와 같이, 공기관과 공기관으로 연소에 필요한 공기를 불어넣어 주는 팬(Fan)으로 구성된 버너몸체(1)에, 예열토치(2), 유증기토치(3), 연료증발기(4), 그리고 연료공급장치와 밸브 등의 부수장치를 구비한 것이다.

예열토치(2)는 버너몸체(1)의 공기공급관 내부에 장착되고, 예열연료를 공급받아 연소시킨다. 예열연료로는 프로판가스 등의 별도의 예열연료를 사용할 수 있으나, 주 연료의 일부를 나누어 사용하는 것이 별도의 연료공급장치를 구비하지 않아도 되므로 간편하다.

유증기토치(3)는 버너몸체(1)의 공기공급관 내부에 상기 예열토치(2)와 나란히 장착되고, 하기 연료증발기(4)에서 생성된 유증기를 공급받아 연소시킨다. 유증기는 상기 예열토치(2)가 예열연료를 일정 시간 동안 연소시켜 연료증발기(4)가 가열되어야 생성되므로, 예열토치(2)에서 분출되는 예열연료에 점화가 된 후 일정 시간(약 2분)이 경과 된 후에 유증기토치(3)에 유증기가 공급되어 연소가 일어난다.

연료증발기(4)는 버너몸체(1)의 공기공급관의 말단에 장착되는데, 도 3에 도시한 바와 같이, 금속관을 코일 형태로 감고, 금속관의 입구와 출구에 각각 연료관을 용접 등의 방법으로 연결하여 제작한다. 코일 형상의 금속관의 입구와 출구에 연결된 연료관은 각각 연료공급장치(5) 및 상기 유증기토치(3)에 연결된다.

연료증발기(4)의 입구로는 액체연료인 주 연료가 작은 방울로 무화(霧化)되어 유입되고, 연료증발기(4)를 통과하면서 주 연료 또는 예열연료가 연소할 때 발생하는 열에 의하여 무화된 주 연료가 증발하여 유증기가 된다. 이렇게 생성된 유증기는 연료증발기(4)의 출구로 유출되어 상기 유증기토치(3)에 공급되어 연소된다.

상기 연료증발기(4)에 액체 상태의 주 연료를 직접 주입하고 연료증발기(4)를 길게 하면, 연료가 연료증발기(4)를 통과하면서 충분한 열을 받아 모두 증발하여 유증기가 발생한다. 그러나 이와 같이하면 연료증발기(4)가 길어지고, 공기공급관에 장착하기 어렵다. 액체연료를 아주 작은 방울로 무화(霧化)시켜 연료증발기(4)에 공급하면 유증기가 더욱 용이하게 발생하고, 따라서 연료증발기(4)의 길이를 짧게 할 수 있다.

액체연료를 무화시키는 데는 관로에 토출구가 작은 노즐을 설치하면 되지만, 연료 방울의 입자 크기를 더욱 작게 무화시키기 위해서는 별도의 무화기(5)를 구비하는 것이 좋다. 무화기(5)의 한 형태는 도 4에 도시한 바와 같은데, 일정한 내부 체적을 가지는 하우징(51)과, 상기 하우징(51)의 일단에 결합되는 마개(52), 그리고 상기 마개(52)에 결합되어 상기 하우징(51)의 내부로 노출되는 노즐(53)로 구성된다. 하우징(51)과 마개(52)에는 각각 연결구(54)가 구비되어 무화기의 전후에 연료관을 결합할 수 있게 하고, 마개(52)의 내부에 여과기(55)를 구비하여 노즐이 막히는 것을 방지하는 것이 좋다.

상기 무화기(5)의 마개(52)에 형성된 연결구(54)에 연결된 연료관으로 고압의 액체연료가 유입되면, 이 연료는 노즐(53)의 구멍을 통하여 하우징(51)의 내부로 분사되면서 작은 방울들로 나누어진다. 이 방울들이 다시 하우징(51)의 벽에 충돌하여 더욱 미세한 방울로 무화되어 하우징의 연결구(54)에 연결된 연료관으로 유출되어 상기 연료증발기(4)로 공급된다.

본 발명인 유증기 버너에는 통상적인 버너와 같이 연료탱크, 필터(F), 그리고 펌프(P)로 구성되는 연료공급장치(6)를 구비하고 있다. 그리고 연료공급장치(6)의 말단에 연료밸브(7)를, 그리고 연료증발기(4)에 연결되어 유증기가 흐르는 연료관에는 유증기밸브(8)를 구비하여 연료와 유증기를 토치에 공급하거나 차단할 수 있게 하는 것이 좋다.

연료밸브(7)와 유증기밸브(8)로 수동으로 작동되는 통상의 밸브를 사용하여 수동으로 작동할 수 있으나, 연료밸브(7)와 유증기밸브(8)로 솔레노이드밸브를 사 용하여 자동으로 작동될 수 있도록 하는 것이 편리하다. 자동화된 버너는 제어장치(미도시)를 구비하여, 토치에 연료와 유증기를 공급하거나 차단하고, 팬과 펌프를 구동하고, 착화기를 작동하여 토치로 분사되는 연료에 점화하하는 등의 작동이 자동으로 일어나도록 하는 것이 편리하다. 이와 같이 자동화된 버너는 연료관의 각 부위에 압력계(p) 또는 온도계(t) 등을 구비하여, 연료와 유증기의 압력 또는 온도를 파악할 수 있게 하고, 이를 버너의 작동에 참고하거나 이상이 있을 경우 각종 밸브를 차단하여 버너를 안전하게 운용할 수 있게 할 수 있다.

연료공급장치(6)의 말단에 부착되는 연료밸브(7)의 후방 연료관에는 분지부를 두어 연료의 일부는 예열토치(2)에 공급되게 하고, 나머지 연료는 무화기(5)와 연료증발기(4)를 거쳐 유증기토치(3)에 공급되게 하는 것이 간편하다. 예열토치(2)와 유증기토치(3)에 공급되는 연료의 비율은 예열토치(2)와 무화기(5)에 장착된 노즐의 구멍의 크기에 따라 정해지는데, 각각 적당한 크기의 구멍을 가진 노즐을 조합하여 사용함으로써 조절할 수 있다.

연료밸브(7)의 후방에서 분지되어 예열토치(2)에 연료를 공급하는 연료관에 예열연료밸브(9)를 구비하면, 유증기가 발생하여 연소되기 시작하고 난 후 예열연료의 공급량을 줄이거나 완전히 차단할 수 있다. 이 경우 버너가 정상적으로 작동할 때는 유증기가 주로 연소하고, 버너의 작동 초기 즉 유증기가 충분히 발생하기 전에는 예열토치(2)에 연료가 공급되어 연소가 일어나서 연료증발기(4)를 가열할 수 있다.

만약 예열토치(2)에 공급되는 예열 연료로 프로판가스 등 별도의 연료를 사 용하고, 주 연료는 연료증발기(4)에만 공급되도록 하여 주 연료인 액체연료는 전부 유증기로 변환시켜 연소될 수 있게 할 수 있다.

본 발명인 버너에 사용되는 연료밸브(7)와 예열연료밸브(9)로는 통상의 솔레노이밸브를 사용할 수 있다. 그러나 통상의 솔레노이드밸브는 고온에서 사용할 수 없는 바(최고 180℃까지 사용할 수 있는 솔레노이드밸브가 시판되고 있다.), 약 300℃의 고온인 유증기가 흐르는 곳에 사용되는 유증기밸브(8)로는 사용할 수 없다. 따라서 유증기밸브(8)로 사용되는 솔레노이드밸브는 특별한 구조를 가져야 한다.

통상의 솔레노이드밸브는 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 전기액추에터(81)와 밸브(82)로 구성되는데, 밸브의 스풀(83)이 전기액추에이터(81)의 작동축에 연결되어 상승 또는 하강하면서 유로를 개폐하는 구조로 되어 있다. 이와 같은 통상의 솔레노이드밸브로 고온의 유체가 흐를 경우, 밸브의 몸체를 통하여 전기액추에이터로 열이 전달되어 전기액추에이터가 가열되어 고장을 일으킨다.

상기와 같이 고온에 사용되는 솔레노이드밸브의 문제점을 해결하기 위한 솔레노이드밸브는 도 4의 (b)에 도시한 바와 같은데, 전기액추에이터(81), 유로를 개폐하는 밸브(82), 상기 전기액추에이터(81)와 밸브(82)를 고정하여 설치위치에 부착할 수 있게 하는 브래킷(85), 전기액추에이터(81)의 작동측과 밸브(82)의 스풀(83)을 연결하는 연결로드(84)를 포함하여 구성된다.

상기와 같이 솔레노이드밸브에 연결로드(84)를 구비하여 열에 약한 전기액추에이터(81)를 고온의 유체에 의하여 가열된 밸브(82)와 이격시키면, 전기액추에이 터(81)로 열이 전달되지 않아 안전하다.

상기 유증기밸브(8)는 통상적으로 예열토치(2)에 점화가 된 후 일정시간이 경과하여 유증기가 충분히 생성되었을 때 열리는데, 유증기가 충분히 발생했는지 여부는 게이지 등으로 파악하기 어렵다. 이 경우 유증기밸브(8)에 타이머를 구비하여 버너에 착화가 일어난 후 유증기가 생성되는데 충분한 시간(약 2분)이 경과하면 자동으로 유증기밸브(8)가 작동되게 하는 것이 좋다.

본 발명의 유증기 버너는 각종 보일러, 온풍기 등 액체연료를 사용하는 열기기에 연료 연소용으로 이용될 수 있다.

도 1은 통상의 버너 구성도이다.

도 2는 유증기 버너의 구성도이다.

도 3은 연료증발기이다.

도 4는 무화기이다.

도 5는 고온용 솔레노이드 밸브이다.

※ 중요 구성품 번호

1 : 버너몸체 2 : 예열토치, 3 : 유증기토치, 4 : 연료증발기, 5 :무화기,

6 : 연료공급장치, 7 : 연료밸브, 8 : 유증기밸브, 9 : 예열연료밸브.

Claims (6)

1. 공기관과, 공기관으로 연소에 필요한 공기를 불어넣어 주는 팬(Fan)으로 구성되는 버너몸체(1);

   상기 버너몸체(1)의 공기공급관 내부에 장착되는 예열토치(2);

   상기 예열토치와 나란히 상기 버너몸체(1)의 공기공급관 내부에 장착되는, 유증기토치(3);

   상기 버너몸체(1)의 공기공급관의 말단에 장착되는 것으로서, 금속관을 코일형상으로 감아 제작하고, 입구는 하기 연료공급장치(6)에 연결되어 주 연료인 액체연료가 유입되고, 출구는 상기 유증기토치(2)에 연결되어 유증기가 유출되는, 연료증발기(4);

   상기 연료증발기(4)에 연료를 공급하는 연료공급장치(6)의 연료관에 구비되는 것으로서, 일정한 내부 체적을 가지는 하우징(51), 상기 하우징(51)의 일단에 결합되는 마개(52), 그리고 상기 마개(52)에 결합되어 상기 하우징(51)의 내부로 노출되는 노즐(53)을 포함하여 구성되는 무화기(5)

   그리고, 상기 연료증발기(4)와 연료관으로 연결되어, 연료증발기(4)에 연료를 공급하는 연료공급장치(6);

   를 포함하여 구성되어, 연료증발기(4)에 무화된 상태의 액체연료를 공급하는 것을 특징으로 하는, 유증기 버너.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 유증기 버너는,

   상기 연료공급장치(6)와 연료증발기(4)를 연결하는 연료관에 분지부를 구비하여, 연료가 예열토치(2)와 연료증발기(4)에 동시에 공급될 수 있게 하는 것을 특징으로 하는, 유증기 버너.
4. 제3항에 있어서, 상기 유증기 버너는,

   연료공급장치(6)와 연료증발기(4)를 연결하는 연료관의 분지부 전방에 연료밸브(7)를 추가로 구비하고;

   연료증발기(4)와 유증기토치(3)를 연결하는 연료관에는 유증기밸브(8)를 추가로 구비하여;

   상기 연료밸브(7)를 열어 예열토치(2)에 연료가 공급되어 연소가 일어난 후 일정 시간이 경과하여 연료증발기(4)에서 유증기가 생성된 후 유증기밸브(8)를 열어, 유증기를 유증기토치(3)에 공급하여 연소시킬 수 있는 것을 특징으로 하는, 유증기 버너.
5. 제4항에 있어서,

   상기 연료밸브(7)와 유증기밸브(8)는 솔레노이드밸브이고;

   상기 연료밸브(7)와 유증기밸브(8)의 작동을 제어하는 기능을 포함한 버너 제어기능을 구비한 제어장치를 추가로 구비하여;

   점화 또는 소화 버튼을 누르는 간단한 작동으로 버너를 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는, 유증기 버너.
6. 제5항에 있어서,

   상기 유증기밸브(8)는 전기액추에이터(81), 유로를 개폐하는 밸브(82), 상기 전기액추에이터(81)와 밸브(82)를 고정하여 설치위치에 부착할 수 있게 하는 브래킷(85), 전기액추에이터(81)의 축과 밸브(82)의 스풀(83)을 연결하는 연결로드(84)를 포함하여 구성되어, 고온에서도 작동할 수 있는 솔레노이드밸브인 것을 특징으로 하는, 유증기 버너.

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