KR101005745B1 - 저질소산화물 연소기 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 저질소산화물 연소기는, 내부로 공기를 공급하는 제1공기공급관이 일측에 결합되고, 내부로 연료를 공급하는 연료공급관이 타측에 결합된 제1연소실; 상기 제1공기공급관에 구비되어 상기 제1연소실로 공급되는 공기의 공급압력과 상기 제1연소실 내부압력의 차이에 의해 개폐되는 공기밸브; 상기 연료공급관에 구비되어 상기 제1연소실로 공급되는 연료의 공급압력과 상기 제1연소실 내부압력의 차이에 의해 개폐되는 연료밸브; 내부로 공기를 공급하는 제2공기공급관이 일측에 결합되고, 연소가스를 외부로 배출하는 배기관이 타측에 결합된 제2연소실; 및 상기 제1연소실과 제2연소실을 연통시키는 맥동관을 포함할 수 있다.
개시된 저질소산화물 연소기는, 제1연소실과 제2연소실이 맥동관에 의해 연통됨으로써 상기 제1연소실의 발생되어 상기 제2연소실에 공급된 연소화염에 재차 공기가 공급됨으로써 완전연소를 이룰 수 있는 장점이 있다.
연소실, 공기공급관, 노즐블록, 왕복 다이어프램

Description

저질소산화물 연소기{Low NOx combustor}
본 발명은 저질소산화물 연소기에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 불완전 연소에 의해 발생되는 질소산화물의 생성을 줄이는 저질소산화물 연소기에 관한 것이다.
일반적으로, 질소산화물은 연소공기 중에 포함된 질소 및 연료에 함유된 질소분이 연소온도에 영향을 받아 산소와 결합하여 여러 가지 질소산화물(NO₂, NO 등)이 생성되는 것이므로 총칭하여 NOx로 표시한다.
연소온도가 높을수록 많이 생성되며, 상기 질소산화물 중에서 대기오염에 영향이 제일 많은 이산화질소(NO₂)는 적갈색의 자극성 냄새가 있는 유독한 기체이며, 연소과정에서 배출된 일산화질소(NO)가 산화하여 생성되기도 한다.
상기와 같은 질소산화물은 인간과 동식물 및 재산상에 피해를 주며 산성비 생성에 주요 원인 물질이 되기 때문에 상기 질소산화물을 저감할 수 있는 연소기가 요구되고 있다.
도 1은 종래기술에 따른 저질소산화물 연소기의 개략적인 구성이 도시된 구성도이다.
종래기술에 따른 저질소산화물 연소기는 도 1에 도시된 바와 같은 공기 및 연료가 공급되는 연소실(1)과, 상기 연소실(1) 내부의 연소가스를 외부로 방출하는 맥동관(2), 공기공급밸브(3) 및 연료공급밸브(4)로 이루어진다.
즉, 상기 연소실(1)에서 연료와 공기가 혼합된 혼합기의 연소가 이루어지고 연소가스가 생성되며, 상기 연료의 연소에 의해 상기 연소실(1) 내부의 압력이 높아진다. 상기 연소실(1) 내부의 높아진 압력에 의해 상기 연소가스가 맥동관(2)을 통해 외부로 배출된다.
상기와 같은 연소가스의 외부배출로 상기 연소실(1) 내부의 압력이 낮아지면 어느 순간 연료와 공기의 공급압이 상기 연소실(1) 내부의 압력보다 높아지게 되어 다시 공기와 연료가 상기 연소실(1)로 흡입된다.
이때, 상기 맥동관(2)에서 외부로 배출되던 고온의 연소가스도 다 배출되지 못하고 다시 연소실(1)로 흡입된다.
흡입된 공기와 연료 그리고 연소가스가 연소실(1) 내부에서 강하게 서로 충돌하면서 충분히 잘 섞이면서 완전연소를 이루게 된다. 이어 연소가 진행되면서 연소실(1) 내부의 압력이 높아지면 연료와 공기의 흡입이 차단되고 연소가스의 배출이 다시 시작된다.
그러나 종래기술에 따른 저질소산화물 연소기는 상기 혼합기의 연소가 이루 어지는 공간이 하나의 연소실(1)로 한정되기 때문에, 일부의 연소가스는 상기 맥동관(2)에서 상기 연소실(1)로 다시 유입되지 않고 외부로 배출될 수 있어, 외부로 배출되는 연소가스에 포함된 질소산화물을 완전히 제거하기 어려운 단점이 있다.
또한, 종래기술에 따른 저질소산화물 연소기는 상기 맥동관(2)이 기다란 직관으로 형성되기 때문에 공간이 많이 필요한 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 연소실을 복수로 구비하여 완전연소를 이루도록 하며, 맥동관의 길이를 줄여 공간성을 높이는 저질소산화물 연소기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 저질소산화물 연소기는, 내부로 공기를 공급하는 제1공기공급관이 일측에 결합되고, 내부로 연료를 공급하는 연료공급관이 타측에 결합된 제1연소실; 상기 제1공기공급관에 구비되어 상기 제1연소실로 공급되는 공기의 공급압력과 상기 제1연소실 내부압력의 차이에 의해 개폐되는 공기밸브; 상기 연료공급관에 구비되어 상기 제1연소실로 공급되는 연료의 공급압력과 상기 제1연소실 내부압력의 차이에 의해 개폐되는 연료밸브; 내부로 공기를 공급하는 제2공기공급관이 일측에 결합되고, 연소가스를 외부로 배출하는 배기관이 타측에 결합된 제2연소실; 및 상기 제1연소실과 제2연소실을 연통시키는 맥동관을 포함할 수 있다.
상기 맥동관은 나선형으로 굽어져 형성될 수 있다.
상기 제1연소실 내부의 공기와 연료의 공연비는 이론공연비보다 작은 연료농후상태일 수 있다.
상기 제2연소실 내부의 공기와 연료의 공연비는 이론공연비보다 큰 연료희박상태일 수 있다.
상기 공기밸브는, 상기 제1공기공급관에서 공기의 유동방향으로 다수의 공급 홀이 형성된 노즐블록; 및 상기 공기의 공급압력이 상기 제1연소실의 내부압력보다 작은 경우 상기 노즐블록에 밀착되어 공급홀을 폐쇄하며, 상기 공기의 공급압력이 상기 제1연소실의 내부압력보다 큰 경우 상기 노즐블록에서 멀어져 공급유로를 형성하는 왕복 다이어프램으로 이루어질 수 있다.
상기 연료밸브는, 상기 연료공급관에서 공기의 유동방향으로 다수의 공급홀이 형성된 노즐블록; 및 상기 연료의 공급압력이 상기 제1연소실의 내부압력보다 작은 경우 상기 노즐블록에 밀착되어 공급홀을 폐쇄하며, 상기 연료의 공급압력이 상기 제1연소실의 내부압력보다 큰 경우 상기 노즐블록에서 멀어져 공급유로를 형성하는 왕복 다이어프램으로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 저질소산화물 연소기는, 제1연소실과 제2연소실이 맥동관에 의해 연통됨으로써 상기 제1연소실의 발생되어 상기 제2연소실에 공급된 연소화염에 재차 공기가 공급됨으로써 완전연소를 이룰 수 있는 장점이 있다.
또한, 맥동관이 나선형으로 굽어지게 형성됨으로써 상기 맥동관의 길이를 줄일 수 있어 공간성이 향상되는 장점이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입 각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해해야한다.
도 2는 본 발명에 따른 저질소산화물 연소기가 도시된 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 저질소산화물 연소기의 노즐블록이 도시된 단면도이다.
본 발명에 따른 저질소산화물 연소기(100)는, 내부로 공기를 공급하는 제1공기공급관(110)이 일측에 결합되고, 내부로 연료를 공급하는 연료공급관(120)이 타측에 결합된 제1연소실(130)과, 상기 제1공기공급관(110)에 구비되어 상기 제1연소실(130)로 공급되는 공기의 공급압력과 상기 제1연소실(130) 내부압력의 차이에 의해 개폐되는 공기밸브(140)와, 상기 연료공급관(120)에 구비되어 상기 제1연소실(130)로 공급되는 연료의 공급압력과 상기 제1연소실(130) 내부압력의 차이에 의해 개폐되는 연료밸브(150)와, 내부로 공기를 공급하는 제2공기공급관(161)이 일측에 결합되고, 연소가스를 외부로 배출하는 배기관(163)이 타측에 결합된 제2연소실(160)과, 상기 제1연소실(130)과 제2연소실(160)을 연통시키는 맥동관(170)을 포함한다.
즉, 상기 제1공기공급관(110)을 통해 상기 제1연소기의 내부로 공급된 공기와, 상기 연료공급관(120)을 통해 상기 제1연소기의 내부로 공급된 연료는 혼합기를 형성하게 된다.
상기 공기밸브(140)는, 상기 제1공기공급관(110)에서 공기의 유동방향으로 다수의 공급홀(H)이 형성된 노즐블록(B)과, 상기 공기의 공급압력이 상기 제1연소실(130)의 내부압력보다 작은 경우 상기 노즐블록(B)에 밀착되어 상기 공급홀(H)을 폐쇄하며, 제1공기공급관(110)의 공기 공급압력이 상기 제1연소실(130)의 내부압력보다 큰 경우 상기 노즐블록(B)에서 멀어져 공급유로를 형성하는 왕복 다이어프램(D)으로 이루어진다.
도 3에 도시된 바와 같이 상기 공기밸브(140)의 노즐블록(B)은 원반형으로 형성되며, 상기 노즐블록(B)의 공급홀(H)은 상기 노즐블록(B)의 중심을 기준으로 방사상으로 다수개 형성된다.
상기 공기밸브(140)의 왕복 다이어프램(D)은 상기 공기밸브(140) 내에서 상기 제1연소실(130) 내부의 압력과 제1공기공급관(110)의 공기 공급압력의 차이에 따라 이동가능하게 구비되며, 일면이 상기 노즐블록(B)에 밀착되어 상기 공급홀(H)을 폐쇄하여 상기 공기의 유입을 제한할 수 있도록 구비된다.
상기 연료밸브(150)는, 상기 연료공급관(120)에서 공기의 유동방향으로 다수의 공급홀(H)이 형성된 노즐블록(B)과, 상기 연료의 공급압력이 상기 제1연소실(130)의 내부압력보다 작은 경우 상기 노즐블록(B)에 밀착되어 공급홀(H)을 폐쇄하며, 상기 연료공급관(120)의 연료 공급압력이 상기 제1연소실(130)의 내부압력보다 큰 경우 상기 노즐블록(B)에서 멀어져 공급유로를 형성하는 왕복 다이어프램(D)으로 이루어진다.
상기 연료밸브(150)의 노즐블록(B)과 왕복 다이어프램(D)은, 상기 공기밸 브(140)의 노즐블록(B) 및 왕복 다이어프램(D)과 동일한 구성으로 이루어지는 바, 설명의 편의를 위해 자세한 설명은 생략한다.
상기 맥동관(170)은 나선형으로 굽어져 형성된다. 즉, 상기 맥동관(170)이 나선형으로 굽어지게 형성됨으로써, 맥동에 필요한 길이를 확보함과 동시에 상기 맥동관(170)이 차지하는 공간을 줄일 수 있다.
상기 제1연소실(130) 내부의 공기와 연료의 공연비는 이론공연비보다 작은 연료농후상태이다.
여기서, 상기 이론공연비는 이론상 완전연소가 일어나는 공연비를 말한다. 상기 이론공연비는 연료에 따라 달라지며, 본 실시예에서 상기 연료를 휘발유로 설명하는 바, 상기 이론공연비는 14.7:1이다.
또한, 상기 제2연소실(160) 내부의 공기와 연료의 공연비는 이론공연비보다 큰 연료희박상태이다. 즉, 상기 제2연소실(160) 내부로 상기 제2공기공급관(161)을 통해 공기가 공급되므로, 상기 제2연소실(160)의 내부는 연료희박상태가 될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 저질소산화물 연소기(100)의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.
도 4 내지 도 5는 본 발명에 따른 저질소산화물 연소기의 공기밸브의 작동상태가 도시된 단면도이다.
상기 연료밸브(150)의 동작은 상기 공기밸브(140)의 동작과 동일하며, 설명 의 편의를 위해 연료밸브(150)의 동작에 대한 도면은 생략한다.
상기 제1공기공급관(110)의 공기 공급압력(P1)이 상기 제1연소실(130)의 내부압력(P2)보다 큰 경우 상기 공기밸브(140)의 왕복 다이어프램(D)이 상기 노즐블록(B)에서 멀어져 공급유로를 형성하며, 상기 공급유로를 통해 공기가 상기 제1연소실(130) 내부로 공급된다.
마찬가지로, 상기 연료공급관(120)의 연료 공급압력이 상기 제1연소실(130)의 내부압력보다 큰 경우 상기 연료밸브(150)의 왕복 다이어프램(D)이 상기 노즐블록(B)에서 멀어져 공급유로를 형성하며, 상기 공급유로를 통해 연료가 상기 제1연소실(130) 내부로 공급된다.
이후, 상기 제1연소실(130)의 내부는 연료농후상태가 되고, 상기 연료농후상태인 제1연소실(130)에서 연소가 이루어진다. 상기와 같은 연소에 의해 연소화염 및 연소가스와 같은 연소생성물이 발생된다.
상기 제1연소실(130)의 연료농후상태에서 발생된 상기 연소화염은 상기 맥동관(170)을 통해 상기 제2연소실(160)로 유동되며, 상기 제2연소실(160)로 유동된 연소화염은 상기 제2공기공급관(161)을 통해 공급되는 공기를 만나 최종적인 연소가 이루어진다.
이때, 상기 제2연소실(160)의 내부는 공기가 충분히 공급되는 상태이기 때문에 공연비가 이론공연비보다 큰 연료희박상태이며, 상기 제2연소실(160)에서의 최종연소를 통해 발생된 연소가스는 배기관(163)을 통해 외부로 배출된다.
상기와 같은 연소과정에서 상기 제1연소실(130) 내부로 공급되는 공기와 연 료는, 상기 맥동관(170)의 압력 맥동에 의해 자동적으로 흡입 및 정지가 이루어진다.
즉, 상기 제1연소실(130)에서의 연소에 의해 상기 제1연소실(130)의 내부압력(P2)은 상기 제1공기공급관(110)의 공기 공급압력(P1)보다 커지게 된다. 따라서 상기 공기밸브(140)의 왕복 다이어프램(D)이 상기 노즐블록(B)의 공급홀(H)을 폐쇄하도록 상기 공기밸브(140)의 노즐블록(B)에 밀착되고, 그에 따라 상기 공기의 공급이 차단된다.
또한, 제1연소실(130)에서의 연소에 의해 상기 제1연소실(130)의 내부압력은 상기 연료공급관(120)의 공급압력보다 커지게 된다. 따라서 상기 연료밸브(150)의 왕복 다이어프램(D)이 상기 연료밸브(150)의 노즐블록(B)의 공급홀(H)을 폐쇄하도록 상기 노즐블록(B)에 밀착되고, 그에 따라 상기 연료의 공급이 차단된다.
다음, 제1연소실(130)에서 이루어진 연소에 의해 발생된 상기 연소생성물이 상기 맥동관(170)을 통하여 상기 제2연소실(160)로 빠져나가면, 상기 제1연소실(130)의 내부압력이 낮아져 다시 연료와 공기의 공급이 재개된다.
이때, 상기 제2연소실(160)로 미쳐 완전히 빠져 나가지 못한 고온의 연소생성물은 다시 상기 제1연소실(130)로 흡입되어 상기 제1연소실(130) 내부로 공급된 연료와 공기를 연소시키는 역할을 한다.
결국, 상기 맥동관(170)을 통한 맥동 연소에 의해 공해물질인 질소산화물을 줄일 수 있으며, 제2연소실(160)의 통해 재연소를 실행한 후 연소가스를 외부로 배출함으로써, 질소산화물 배출을 획기적으로 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 저질소산화물 연소기의 개략적인 구성이 도시된 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 저질소산화물 연소기가 도시된 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 저질소산화물 연소기의 노즐블록이 도시된 단면도,
도 4 내지 도 5는 본 발명에 따른 저질소산화물 연소기의 공기밸브의 작동상태가 도시된 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
110: 제1공기공급관 120: 연료공급관
130: 제1연소실 140: 공기밸브
150: 연료밸브 160: 제2연소실
161: 제2공기공급관 163: 배기관
170: 맥동관 B: 노즐블록
D: 왕복 다이어프램 H: 공급홀

Claims (6)

  1. 내부로 공기를 공급하는 제1공기공급관이 일측에 결합되고, 내부로 연료를 공급하는 연료공급관이 타측에 결합된 제1연소실;
    상기 제1공기공급관에 구비되어 상기 제1연소실로 공급되는 공기의 공급압력과 상기 제1연소실 내부압력의 차이에 의해 개폐되는 공기밸브;
    상기 연료공급관에 구비되어 상기 제1연소실로 공급되는 연료의 공급압력과 상기 제1연소실 내부압력의 차이에 의해 개폐되는 연료밸브;
    내부로 공기를 공급하는 제2공기공급관이 일측에 결합되고, 연소가스를 외부로 배출하는 배기관이 타측에 결합된 제2연소실; 및
    상기 제1연소실과 제2연소실을 연통시키는 맥동관을 포함하는 것을 특징으로 하는 저질소산화물 연소기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 맥동관은 나선형으로 굽어져 형성된 것을 특징으로 하는 저질소산화물 연소기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1연소실 내부의 공기와 연료의 공연비는, 이론공연비보다 작은 연료농후상태인 것을 특징으로 하는 저질소산화물 연소기.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2연소실 내부의 공기와 연료의 공연비는, 이론공연비보다 큰 연료희박상태인 것을 특징으로 하는 저질소산화물 연소기.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 공기밸브는,
    상기 제1공기공급관에서 공기의 유동방향으로 다수의 공급홀이 형성된 노즐블록; 및
    상기 공기의 공급압력이 상기 제1연소실의 내부압력보다 작은 경우 상기 노즐블록에 밀착되어 공급홀을 폐쇄하며, 상기 공기의 공급압력이 상기 제1연소실의 내부압력보다 큰 경우 상기 노즐블록에서 멀어져 공급유로를 형성하는 왕복 다이어프램으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저질소산화물 연소기.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 연료밸브는,
    상기 연료공급관에서 공기의 유동방향으로 다수의 공급홀이 형성된 노즐블록; 및
    상기 연료의 공급압력이 상기 제1연소실의 내부압력보다 작은 경우 상기 노즐블록에 밀착되어 공급홀을 폐쇄하며, 상기 연료의 공급압력이 상기 제1연소실의 내부압력보다 큰 경우 상기 노즐블록에서 멀어져 공급유로를 형성하는 왕복 다이어프램으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저질소산화물 연소기.
KR1020080138380A 2008-12-31 2008-12-31 저질소산화물 연소기 KR101005745B1 (ko)

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