KR100937198B1 - 연소기 - Google Patents

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권명열
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Abstract

본 발명은 건류 가스 화로에서 1차 연소 후 생성된 불완전 연소가스를 2차 연소시켜 완전 연소가 가능한 연소기에 관한 것으로, 건류 연소화로(1)에서 1차 연소된 후의 가스가 배출되는 가스 배출구(11)에 연통되어 있고, 버너(21)가 설치되어 있는 착화 챔버(20), 상기 착화 챔버(20)의 단면적보다 작은 단면적을 가지는 통로(30)를 개재하여, 상기 착화 챔버(20)에 후속적으로 연통되어 있고, 화염 방출구(41)가 형성되어 있는 연소 챔버(40) 및 상기 착화 챔버(20)와 연소 챔버(40)를 연통시키는 2개의 순환 통로(50, 60)를 포함하고, 상기 순환 통로(50, 60)는 일단부에 상기 연소 챔버(40)와 연결되도록 서로 하나로 연통되어 형성되는 제 1연결부(52)와 타단부에 상기 착화 챔버(20)와 각각 연결되도록 서로 일정 각도 만큼 이격되어 형성되는 제 2연결부(53) 및 제 3연결부(63)를 포함하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 연소기를 이용하는 것에 의해, 복수의 순환 통로(50, 60)를 이용해 배출되는 불완전 연소가스를 연소 챔버(40)로부터 착화 챔버(20)로 되돌림과 동시에 착화 챔버 내부에서 와류를 형성하여 보다 완전한 연소로 유도할 수 있고, 연소 챔버(40)에 공급되는 증기와 이산화탄소를 결합시켜 합성가스를 생성, 제조할 수 있다.
건류 가스화로, 합성가스, 불완전 연소가스, 순환 통로, 재연소

Description

연소기{COMBUSTION DIFFUSER}
본 발명은 건류 가스화로에서의 연소기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 건류 가스화로에서 1차 연소 후 생성된 불완전 연소가스를 2차 연소시켜 완전 연소가 가능한 연소기에 관한 것이다.
건류는 고체 유기물을 가열 분해해서 휘발분과 탄소질 잔류분으로 나누는 조작을 말하며, 가스화로에 의해 이루어지는 것이 대표적이다.
건류 가스화로는 비닐 또는 폐플라스틱과 같은 가연성 특성 폐기물이 화로의 내부로 공급되면 버너에 의해 1차 연소하고, 발생된 가스는 배출구를 통해 배출된다. 이때, 화로의 공기 유입구를 통해서 과잉공기가 공급된다.
한편, 상기 배출구에 연통된 2차 연소부에서 버너에 의한 2차 연소가 이루어진다. 이때는 보통 1차 연소시보다 높은 연소온도를 적용하여 인체에 유해한 물질을 제거하게 된다. 연소되고 남은 회분은 배출부를 통해 배출된다.
하지만, 이와 같은 건류 가스화로의 2차 연소기에 있어서는, 순간적인 한 번 의 2차 연소만이 이루어지기 때문에 여전히 유해물질의 완전연소가 이루어지지 않아 환경오염을 일으키는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 기술의 일 예를 도 1 및 도 2에 따라 설명한다. 도 1 및 도 2는 본 출원인이 2004년 1월 20일 출원한 출원번호 20-2004-0001651에 개시된 연소기의 구성을 설명하기 위한 정면도 및 평면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 종래의 연소기(100)가 설치될 건류 가스화로(1)는 버너(2), 공기 조절구(3), 연료 장입구, 뚜껑(15) 및 가스 배출구(11)를 포함한다. 비닐이나 폐플라스틱과 같은 연료는 연료 장입구를 통해 건류 가스화로(1) 내부로 공급되고, 버너(2)에 의해 650℃ 전후의 저온에서 1차 연소가 이루어진다. 이때, 공기 조절구(3)가 공급되는 과잉공기의 양을 조절하여 완전연소를 돕도록 형성된다.
그리고, 종래의 연소기(100)는 상기 가스 배출구(11)에 연통되게 설치된다. 상기 연소기(100)에는 상기 가스 배출구(11)에 연통되어 설치되는 착화 챔버(20) 내에 버너(21)가 설치되어 있어, 비닐이나 폐플라스틱 등을 1차 연소한 후에 배출가스가 착화하게 되어 있다.
상기 착화 챔버(20)에는 연소작용을 돕는 제 1산소 공급구(22)가 형성되어 있다.
그리고, 상기 착화 챔버(20)의 단면적보다 작은 단면적을 가지는 통로(30)를 개재하여, 연소 챔버(40)가 상기 착화 챔버(20)의 후속적으로 연통되어 있다.
상기 연소 챔버(40)에는 증기 공급구(42)가 형성되어 있어, 착화 챔버(20)에 서 착화된 가스, 예컨대 이산화탄소(CO₂)가 수증기(H₂O)와 반응하여 합성가스를 생성, 제조하도록 한다.
상기 착화 챔버(20)와 연소 챔버(40) 사이에 1개의 순환 통로(50)가 연통되게 형성된다. 이에 따라, 상기 연소 챔버(40)로부터 화명 방출구(41)를 통과하지 않은 가스가 순환 통로(50)를 통해 착화 챔버(20)로 돌아오고, 연소 챔버(40)에서 재연소됨으로써 거의 완전 연소에 이르도록 한다. 이때, 상기 순환 통로(50)에는 제 2산소 공급구(51)가 형성되어 있어, 외부로부터 산소가 공급되면 재연소가 보다 용이하게 일어나게 된다. 상기 순환 통로(50)가 호형으로 이루어진 경우, 제 2산소 공급구(51)는 상기 순환 통로(50)를 따라 착화 챔버(20) 쪽에 형성되고, 수직선에 대하여 60°전후로 기울어지게 형성된다.
하지만, 상기한 바와 같은 종래의 연소기는 1개의 순환 통로(50)만이 형성됨에 따라, 배출되는 가스의 체류시간을 충분히 연장할 수 없어 여전히 불완전 연소가 수행된다. 따라서, 불완전 연소된 가스로 인한 환경오염을 발생시키는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 1차 연소 후 발생된 불완전 연소가스의 체류시간을 늘리고, 재연소를 통해 배출가스를 완전 연소시킬 수 있는 연소기를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 건류 연소화로(1)에서 1차 연소된 후의 가스가 배출되는 가스 배출구(11)에 연통되어 있고, 버너(21)가 설치되어 있는 착화 챔버(20), 상기 착화 챔버(20)의 단면적보다 작은 단면적을 가지는 통로(30)를 개재하여, 상기 착화 챔버(20)에 후속적으로 연통되어 있고, 화염 방출구(41)가 형성되어 있는 연소 챔버(40) 및 상기 착화 챔버(20)와 연소 챔버(40)를 연통시키는 2개의 순환 통로(50, 60)를 포함하고, 상기 순환 통로(50, 60)는 일단부에 상기 연소 챔버(40)와 연결되도록 서로 하나로 연통되어 형성되는 제 1연결부(52)와 타단부에 상기 착화 챔버(20)와 각각 연결되도록 서로 이격되어 형성되는 제 2연결부(53) 및 제 3연결부(63)를 포함한다.
상기 순환 통로(50, 60)는 호형으로 형성되고, 상기 제 2 및 제 3연결부(53, 63)는 상기 착화 챔버 내부에 와류를 형성하도록 제 1연결부(52)를 중심으로 일정 각도만큼 벌어지게 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 일정 각도는 20°인 것을 특징으로 한다.
상기 순환 통로(50, 60)에는 가스 유동방향으로 기울어져 산소 공급구(51, 61)가 형성되고, 상기 연소 챔버(40)에는 이산화탄소와 결합하여 합성가스를 생성하도록 증기를 공급하는 증기 공급구(42)가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 연소기에 의하면, 배출되는 불완전 연소가스를 2개의 순환 통로를 이용해서 연소 챔버로부터 착화 챔버로 되돌려서 재연소시킬 수 있고, 배출되는 가스의 체류시간을 연장시켜서 시간을 두고 연소시킬 수 있고 착화 챔버 내부에서 와류를 발생시켜서, 완전 연소가 가능하도록 유도할 수 있으므로, 연소가스의 불완전 연소로 인한 환경오염을 방지할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 연소 챔버에 공급되는 증기와 이산화탄소를 결합시켜 합성가스를 생성, 제조하므로, 완전 연소가 가능하도록 유도할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 연소기를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 건류 가스화로에서의 연소기의 구성이 평면도로 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 A-A'선에 의한 요부 정단면도가 도시되어 있으며, 도 5에는 도 3의 B-B'선에 의한 요부 측단면도가 도시되어 있다.
이들 도면에 도시된 바에 따르면, 본 발명에 따른 연소기(100)에는 착화 챔버(20)와 연소 챔버(40) 사이에 복수, 예컨대 2개의 순환(Circulation) 통로(50, 60)가 형성되어 있다.
상기 순환 통로(50, 60)는 상기 연소 챔버(40)로부터 화염 방출구(41)를 통과하지 않은 불완전 연소가스를 상기 착화 챔버(20)로 되돌려주고, 상기 연소 챔버(40)에서 재연소시켜 거의 완전 연소에 이르도록 한다.
상기 각 순환 통로(50, 60)의 일단부에는 상기 연소 챔버(40)와 연결되는 제 1연결부(52)가 형성되고, 타단부에는 상기 착화 챔버(20)와 각각 연통되도록 연결되는 제 2 및 제 3연결부(53, 63)가 형성된다.
즉, 상기 2개의 순환 통로(50, 60)는 상기 제 1연결부(52)를 통해 하나로 연통된 상태로 상기 연소 챔버(40)와 연결되고, 상기 제 1연결부(52)를 중심으로 서로 일정 각도, 예컨대 약 20°각도만큼 벌어진 제 2 및 제 3연결부(53, 63)를 통해 상기 착화 챔버(20)와 각각 연결되는데, 도 3에 도시된 바와 같이, ">"자 형상을 이루게 된다. 이러한 순환 통로(50, 60)의 구조에 의해 상기 연소 챔버(40)로부터 상기 착화 챔버(20)로 되돌려 주는 불완전 연소가스의 양을 증가시킴과 동시에, 상기 착화 챔버 내부(20)에 와류를 형성할 수 있게 된다.
즉, 상기 2개의 순환 통로(50, 60)를 평행하게 형성하는 경우, 상기 착화 챔버(20) 내부의 모퉁이 부분에 상기 불완전 연소가스가 정체되는 사각 지대가 형성되기 때문에, 상기 와류를 형성시켜 상기 불완전 연소가스를 서로 혼합시킴으로써 상기 사각 지대가 형성되는 것을 방지한다. 이때, 상기 2개의 순환 통로(50, 60)는 상기 불완전 연소가스의 흐름을 원활히 하기 위해 호형으로 형성되는 것이 바람직하나, 형상에 특별한 제한을 두지는 않는다.
상기 2개의 순환 통로(50, 60)에는 각각 제 2산소 공급구(51, 61)가 형성된다. 상기 제 2산소 공급구(51, 61)는 필요시 재연소가 용이하게 일어나도록 외부로부터 각 순환 통로(50, 60)에 산소를 공급한다. 상기 순환 통로(50, 60)가 호형으로 이루어진 경우, 상기 제 2산소 공급구(51, 61)는 상기 순환 통로(50, 60)를 따라 착화 챔버(20) 쪽에 형성되고, 각 순환 통로(50, 60)에 산소를 용이하게 공급하기 위해 수직선에 대하여 60°전후로 기울어지게 형성된다.
상기 착화 챔버(20), 통로(30), 연소 챔버(40) 및 순환 통로(50)는 파이프로 형성될 수도 있고, 표면에 홈이 형성된 몰드형 금속 뭉치 2개를 결합하여 형성될 수도 있다.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 연소기의 작용을 설명한다.
비닐이나 폐플라스틱과 같은 연료는 연료 장입구를 통해 화로(1) 내부로 공급되고, 버너(2)에 의해 650℃ 전후의 저온에서 1차 연소가 이루어진다.
연소된 가스는 가스 배출구(11)를 통해 본 발명에 따른 연소기(100)로 들어온다.
연소기(100)의 착화 챔버(20)로 유입된 가스는 버너(21)에 의해 착화되어, 연소 챔버(40)에서 1,150℃ 이상의 고온에서 연소된다. 이 정도의 고온에서는 보통 다이옥신과 같은 유해물질은 거의 완전히 제거된다. 그러나, 연소과정이 순간적이 기 때문에 미처 연소되지 않은 부분도 있게 된다.
이러한 불완전 연소가스는 2개의 순환 통로(50, 60)를 통해 다시 착화 챔버(20)로 돌아와 재연소가 이루어진다.
2개의 순환 통로(50, 60)의 일단부가 서로 연통되어 제 1연결부(52)를 통해 연소 챔버(40)와 연결되고, 타단부는 제 1연결부(52)를 중심으로 서로 일정 각도, 예컨대 20°각도만큼 벌어지게 형성된 제 2 및 제 3연결부(53, 63)를 통해 각각 착화 챔버(20)와 연결됨에 따라 착화 챔버(20) 내부에서는 불완전 가스의 와류가 형성된다.
즉, 착화 챔버(20)로 돌아오는 불완전 연소가스는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 와류에 의해 착화 챔버(20) 내부의 가스와 서로 혼합되어 통로(30)를 통해 연소 챔버(40)로 공급되어 재연소된다.
이로 인해, 기존의 순환 통로(50) 1개를 이용하는 경우에 착화 챔버(20) 내부의 모퉁이 부분에 상기 불완전 연소가스가 정체되는 사각 지대의 형성을 방지하여, 상기 불완전 연소가스가 완전 연소되도록 한다. 이때, 각 순환 통로(50, 60)에 각각 형성되는 제 2산소 공급구(51, 61)는 각 순환 통로(50, 60)에 산소를 공급함으로써 재연소를 돕는다.
한편, 상기 착화 챔버(20)와 연소 챔버(40)에는 유동방향으로 기울어진 제 1 산소 공급구(22)와 증기 공급구(42)가 각각 형성되어 있어, 가스의 체류시간을 다소 연장시켜서 보다 완벽한 재연소가 이루어질 수 있다.
상기 증기 공급구(42)로부터 공급되는 증기(H₂O)는 배출되는 이산화탄소(CO ₂) 등과 결합하여 합성가스(Synthesized Gas)(CO + H₂↑)를 생성, 제조하고, 이 합성가스를 발전기의 구동연료로서 이용할 수도 있다.
또한, 상기 통로(30)의 단면적이 착화 챔버(20)의 단면적보다 작은 것에 의해서도 체류시간이 연장되는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 1차 연소된 미연소물과 재 등의 폐회성분은 화로(1)에 형성된 배출구(10)를 통해 배출된다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허 청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
도 1은 종래 기술에 의한 건류 가스화로에서의 연소기의 구성을 보인 정면도.
도 2는 도 1에 도시된 연소기의 평면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 건류 가스화로에서의 연소기의 구성을 보인 평면도.
도 4는 도 3의 A-A'선에 의한 요부 정단면도.
도 5는 도 3의 B-B'선에 의한 요부 측단면도.
《도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명》
1: 화로 2: 버너
3: 공기 조절구 10: 배출구
11: 가스 배출구 20: 착화 챔버
21: 버너 22: 제 1산소 공급구
30: 통로 40: 연소 챔버
41: 화염 방출구 42: 증기 공급구
50,60: 순환 통로 51,61: 제 2산소 공급구
52: 제 1연결부 53: 제 2연결부
63: 제 3연결부

Claims (4)

  1. 건류 연소화로(1)에서 1차 연소된 후의 가스가 배출되는 가스 배출구(11)에 연통되어 있고, 버너(21)가 설치되어 있는 착화 챔버(20),
    상기 착화 챔버(20)의 단면적보다 작은 단면적을 가지는 통로(30)를 개재하여, 상기 착화 챔버(20)에 후속적으로 연통되어 있고, 화염 방출구(41)가 형성되어 있는 연소 챔버(40) 및
    상기 착화 챔버(20)와 연소 챔버(40)를 연통시키는 2개의 순환 통로(50, 60)를 포함하고,
    상기 순환 통로(50, 60)는 일단부에 상기 연소 챔버(40)와 연결되도록 서로 하나로 연통되어 형성되는 제 1연결부(52)와
    타단부에 상기 착화 챔버(20)와 각각 연결되도록 서로 이격되어 형성되는 제 2연결부(53) 및 제 3연결부(63)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 순환 통로(50, 60)는 호형으로 형성되고,
    상기 제 2 및 제 3연결부(53, 63)는 상기 착화 챔버 내부에 와류를 형성하도록 제 1연결부(52)를 중심으로 일정 각도만큼 벌어지게 형성되는 것을 특징으로 하는 연소기.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 일정 각도는 20°인 것을 특징으로 하는 연소기.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 순환 통로(50, 60)에는 가스 유동방향으로 기울어져 산소 공급구(51, 61)가 형성되고,
    상기 연소 챔버(40)에는 이산화탄소와 결합하여 합성가스를 생성하도록 증기를 공급하는 증기 공급구(42)가 형성되는 것을 특징으로 하는 연소기.
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