KR101025035B1 - 프라즈마를 이용한 버어너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프라즈마를 이용한 버어너에 관한 것으로, 물과 산업폐유를 적정비율로 혼합한 혼합연료를 사용하도록 된 프라즈마를 이용한 버어너에 관한 것으로, 연소통을 양극부(+)로 하고, 그 일측에 설치한 봉체를 음극부(-)로 하여 직류전기공급부로부터 직류전기를 공급받게 하고 또 스팀발생기의 스팀공급관을 같이 설치하여 스팀공급관으로부터 고온스팀을 같이 분출케하는 프라즈마토치부를 연소통에 결합구성하여 고온스팀프라즈마토치의 화염생성으로 연소실에는 800℃ 이상의 고온플라스마 화염이 연소통 내벽을 가열하도록 하고, 연소통에 외부내에 코일형태로 감아 설치한 혼합연료공급파이프를 고열로 예열하도록 결합 구성하므로 혼합연료공급파이프 내의 혼합연료는 고압펌프로 50기압 이상으로 고압공급 하므로 혼합연료 중 물은 수소와 산소로 분해되고 폐유는 탄소성분으로 분해케 되어 노즐을 통할시는 고열 분사, 분무하게 되어 혼합연료 연소를 효과적으로 완전 연소할 수 있고 또 필요에 따라 직류전기공급부의 직류전기 공급으로 프라즈마토치부를 가동시켜 연소통의 연소실 온도조절을 하도록 하여 원활한 버어너 사용이 가능케 한 발명이다.

프라즈마, 버어너, 산업폐유, 혼합연료

Description

프라즈마를 이용한 버어너{The burner for using plasma}

본 발명은 프라즈마를 이용한 버어너에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 물과 산업폐유를 적정비율로 혼합하여 된 혼합연료를 연소연료로 하여 보일러 등을 저가로 가열이용할 수 있도록 하기 위한 것이다.

본 발명은 상기의 혼합연료를 노즐로 분사 연소하도록 한 연소통을 양극부(+)로 하고, 그 일측에 설치한 봉체를 음극부(-)로 하여 직류전기공급부의 직류전기를 공급받게 하고 스팀공급관을 같이 설치하여 스팀공급관으로부터 고온스팀프라즈마 토치(plasma torch)의 화염생성으로 연소실에는 800℃ 이상의 고온플라스마 화염이 연소통 내벽을 가열하여 연소통에 코일형태로 감아 설치한 혼합연료공급파이프를 예열 또는 가열하도록 하고 혼합연료공급파이프의 노즐이 점화하여 고압펌프로 50기압 이상의 고압으로 연료공급을 하도록 함으로서 고기압과 온도 800℃ 이상의 고온으로 인하여 연소통의 연소실에서 노즐을 통해 분사 연소를 보다 효과적으로 완전 연소할 수 있고 필요에 따라서는 프라즈마토치부를 혼용하도록 함으로 계속적인 안전연소할 수 있고 저가로 이용할 수 있는 프라즈마를 이용한 버어너를 제공하고자 한다.

일반적으로, 보일러 등에 연소사용되는 오일 버어너는 고가의 연료 기름으로 사용하여 노즐로 연료분무, 분사 연소하도록 하므로 보일러의 고가이용을 가져와 경제적 부담이 매우 큰 결함이 있었다.

따라서 산업폐유를 연료로 사용하고자 하나, 그 산업폐유의 양이 제한되어 사용량에 한계가 있을 뿐 아니라, 폐유에는 각종오염물질이 함유되어 있는 관계로 고열연소가 아니면 불안전연소로 유해독가스의 발생으로 인하여 대기를 오염시키므로 이의 유해가스를 처리하기 위하여, 고온열분해처리 단계가 별도로 필요로하고 여기에 산소(O₂) 수소(H)와 오에치기(OH기)로 분해하는 혼합실에 주입하고 폐유 중의 악성오염물질들을 불화수소(hydrogen fluoride) 염화수소 이산화탄소(CO₂) 등으로 안정화처리 할 수도 있으나, 이러한 악성오염물질의 분해처리장치는 추가적 시설비 및 운전비 등의 고가비용이 소요되므로 사용에 어려운 문제점이 있다.

그외에도 물과 폐유를 적정비율로 혼합하여 물과 폐유의 혼합연료를 노즐로서 연소실에서 연료 분무, 분사 연소하도록 하고 혼합연료가 노즐에서 분사 연소의 연소효율을 높이기 위한 수단으로 혼합연료 공급관을 코일형태로 길게 별개의 예열실내에 설치시켜 노즐에서 연료 분무, 분사와 연소효율을 높이도록 한 것도 이미 공지된 기술구성으로 나온바 있으나, 이는 별개 예열실의 온도를 높여주는 가열장치만으로서는 코일형태의 혼합연료공급관을 적정온도까지(800℃ 이상) 높이지 못하 므로 노즐에 의한 혼합연료의 분사 연소상태가 원활하지 못하므로 이 또한 불안전연소로 보일러 효율을 높이지 못한 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 하고, 물과 폐유의 혼합연료를 보다 효과적으로 점화 연소와 완전연소시킬 수 있도록 하기 위한 것이다.

본 발명은 상기의 혼합연료가 연소통의 연소실에서 노즐을 통하여 분무, 분사 연소하기 전에 연소통에 코일상태로 감아 설치한 혼합연료공급파이프를 가열시키도록 하는 구성으로 하여 고압펌프로서 50기압 이상의 고압으로 공급하도록 함으로 연소실에서 고열연소가 이루어지고 연소실내의 연소열이 연소통 내벽에서 수열케되므로 혼합연료공급파이프를 계속적으로 가열시켜주어서 연소실에서의 혼합연료가 완전연소할 수 있도록 하고, 또 연소통에는 직류전기공급부의 양극(+)을 통전하는 양극부로 구성하고 그 일측에는 음극(-)을 통전하는 봉체를 음극부로 설치 구성하여 직류전기공급부로부터 직류전기를 공급받게 하고 또 그 사이에는 스팀발생기로부터 고온스팀을 공급받도록 한 스팀공급관을 결합 설치하여서 연소통내의 연소실에 고온스팀프라즈마토치의 화염생성이 이루어져서 혼합연료의 적정연소온도인 800℃ 이상의 고열로 연소실 내부를 예열과 가열할 수 있도록 구성하므로 물과 폐유의 혼합연료를 더욱 효과적으로 연소할 수 있게 할 목적에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 버어너 구성이 간단할 뿐 아니라 물과 산업폐유의 혼합연료가 완전연소할 수 있는 프라즈마를 이용한 버어너를 제공하므로 보일러 등의 연소사용에 경제적 부담이 매우 적도록 할 목적에 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 양측이 개구된 원통형의 연소통 외부면에 혼합연료공급파이프를 코일형태로 감아 설치시킨 연소통을 양극부로 하고, 그 일측 외부에 설치한 봉체를 음극부로 설치하여 직류전기공급부로부터 직류전기를 공급받도록 하고 연소통과 음극부 사이에 스팀발생기의 스팀을 공급받도록 된 스팀공급관을 결합설치로 프라즈마토치부를 구성시켜 연소실에서 고온스팀프라즈마 화염생성이 이루어지도록 결합구성함으로 혼합연료가 연소하기에 적당한 온도 800℃ 이상의 고열인 고온스팀프라즈마토치 화염으로 연소통 연소실내의 화염은 선회가열과 함께 연소통 내벽을 단시간에 가열시켜 예열하여 주므로 고압펌프로부터 50기압 이상의 고압으로 공급된 혼합연료를 노즐에서의 고압과 800℃ 이상의 고열로 인하여 분무, 분사 연소가 더욱 잘 이루어질 뿐 아니라 완전연소를 기할 수가 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 프라즈마를 이용한 버어너는 연소통 1 외부면에 혼합연료공급파이프 3를 코일형태로 감아 설치시킨 연소통 1을 양극부 7로 하 고, 그 일측 외부에 봉체를 결합구성시킨 것을 음극부 8로 구성하여 직류전기공급부 6로부터 직류전기를 공급작동하도록 하고 연소통 1과 음극부 8 사이에는 스팀발생기 12의 스팀을 공급받도록 연결구성한 스팀공급관 13의 결합설치로 프라즈마토치부 9를 구성시켜 연소통 1 내부 연소실 11에서 고온스팀 프라즈마토치의 화염생성이 이루어지도록 한 구성이므로 가동시는 800℃ 이상의 고온 발생으로 고온스팀 프라즈마의 화염생성이 이루어지게 되고 또 연소통 내벽을 예열 및 가열하므로 혼합연료를 고압펌프로 50기압 이상의 고압으로 공급되어 혼합연료공급파이프 3에서 물은 수소와 산소로 분해되고 폐유는 아주 작은 탄소성분으로 분해되어 노즐 4를 통할시 고열을 발생시켜 완전연소할 수 있는 효과가 있다.

또한, 연소통 1에서의 혼합연료 연소는 예열 연소뿐 아니라 필요시 프라즈마토치부 9의 가동으로 연소상태를 조절할 수도 있으므로 항상 완전연소를 기대할 수 있고 또 혼합연료 중 물은 수소와 산소로 분해되고 폐유는 아주 작은 탄소성분으로 분해 연소하도록 한 구성이므로 폐유의 대기오염물질이 상당부분 정제되는 효과와 경제적 이용가치가 높은 이점도 있다.

이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹 은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않기 위하여 생략한다.

도 1은 본 발명의 프라즈마를 이용한 버어너의 전체구성을 보인 단면도이고, 도 2는 본 발명에 있어서 연소통의 단면도이며, 도 3은 본 발명에 있어 알곤가스배출관과 음극부 부분의 측면도이고, 도 4는 본 발명에 있어 스팀공급관 부분의 측면도이다.

본 발명은 양측이 개구된 원통형의 연소통 1 외부면에 미리 물과 폐유를 믹서기로 잘 혼합시킨 혼합연료를 고압펌프 10로 공급하게 된 혼합연료공급파이프 3를 연소통 1 외부면에 코일형태로 감아 설치하여 연소통 1을 통해 수열하도록 하고, 혼합연료공급파이프 3 내부 끝은 연소실 11 내에 설치한 노즐 4에 연결하여 노즐 4을 통해 혼합연료는 고압펌프 10로서 50기압 이상의 고압으로 혼합연료공급파이프 3에 공급되게 하므로 노즐 4의 분사공을 통하여 연소실 11에 분무, 분사시켜 고열연소를 하도록 구성하였다.

혼합연료공급파이프 3 외부에는 보온커버 2를 씌워서 혼합연료공급파이프 3가 연소실 11의 연소열 및 고온스팀프라즈마 화염을 충분히 수열하도록 보호구성하고, 또 노즐 4 외주위에는 펌프 10'로부터 외부공기를 취입하도록 하는 연소공기통 5을 노즐 4 외부전체를 둘러쌓아서 설치하여 노즐 4를 공기냉각시킴과 함께 연소공기가 연소실 11 내부를 선회 주입시켜서 연소실 11에서의 연소에 충분한 공기주입과 연소화염이 선회배출되도록 하였다.

또한, 본 발명은 연소통 1 자체를 프라즈마 토치(plasma torch)부로 구성하 기 위하여 직류전기공급부 6로부터 양극(+)을 통전하는 연소통 1을 양극부 7로 하고, 그 연소통 1 일측 외부에는 중간부에 직류전기공급부 6로부터 음극(-)을 통전하는 봉체를 음극부 8로 하여 주위를 프라즈마토치부 9로 구성하였다.

또한, 연소통 1 측벽과 프라즈마토치부 9 사이에는 스팀발생기 12로부터 고온스팀을 공급받게 된 스팀공급관 13을 결합 설치하여 직류전기를 공급하므로 작동할 시 프라즈마토치부 9에는 연소실 11에 이르기까지 스팀분무와 스팀프라즈마 화염이 생성되므로 800℃ 이상의 고열의 프라즈마 화염이 만들어지도록 하였다.

또 봉체로 된 음극부 8에는 음극부 8 봉체의 부식 및 변형을 방지하기 위하여 알곤가스공급부 14로부터 알곤가스를 공급받을 수 있게 알곤가스배출관 15을 연결설치하여 작동시 알곤가스가 나오도록 하였다. 도면 중 미설명 부호 16은 점화기이다.

이러한 본 발명의 작동은 먼저 직류전기공급부 6에서 직류전기를 연소통 1의 양극부 7와 봉체의 음극부 8에 공급과 동시에 스팀발생기 12의 고온스팀을 스팀공급관 13을 통해 스팀분무시켜 공급함으로 프라즈마토치부 9에는 고온의 스팀프라즈마 화염이 생성된다. 이때 800℃ 이상의 프라스마 화염이 혼합연료공급파이프 3가 감겨진 연소통 1 내벽을 가열하여 주므로 노즐 4 분사 연소의 예열을 하게 된다.

또한, 연소통 1 외부면에 감겨진 혼합연료공급파이프 3에서 받은 예열로 인하여 혼합연료 중 물은 수소와 산소로 분해되고 기름(폐유)은 아주 작은 탄소성분으로 분해되어 노즐 4을 통할 시는 고열을 발생하고 동시에 혼합연료공급파이프 3의 혼합연료를 고압펌프 10로 50기압 이상의 고압으로 공급함으로써 연소실 11에는 50기압 이상의 고압과 온도 800℃ 이상의 고온으로 인하여 혼합연료를 완전연소할 수가 있다.

또한, 본 발명은 연소통 1내에 상기의 플라스마 화염 생성에 의한 충분한 예열이 이루어지고 노즐 4의 분사공을 통해 혼합연료가 분무, 분사 연소가 이루어질 때에는 상기 직류전기공급부 6의 직류전기 공급을 중단시켜, 플라스마 화염 발생을 중지하고 노즐 4에 의한 연소실 11에 혼합연료를 고압펌프 10로 50기압 이상의 고압공급으로 계속적인 고열 연소하도록 한다.

또한, 본 발명에 있어 연소중에는 펌프 10'에 의하여 외부연소공기를 노즐 4 외부에 설치한 연소공기통 5을 통해 선회공급될 뿐 아니라 노즐 4을 계속 공기냉각시켜 주므로 노즐 4의 안전연소를 하게 되며 펌프 10'에 의해 연소실 11내로 주입되는 외부연소공기는 연소공기통 5의 통로가 스크류형태로 형성되어 있으므로 연소실 11에는 연소화염과 함께 선회되어 연소통 1 내벽을 연속적으로 접촉가열 작용도 하게 되므로 노즐 4에 의해 연소시에도 혼합연료공급파이프 3의 혼합연료는 예열과 함께 연소실 11에서 고열연소가 계속적으로 이루어지게 된다. 또한, 본 발명은 필요에 따라 연소통 1 연소실 11의 온도가 저하되어 연소상태가 낮을시에는 직류전기공급부 9의 직류전기를 공급 조절하여 노즐 4에 의한 혼합연료 분사연소와 고온스팀프라즈마 화염생성에 의한 고열로 증가 조절사용할 수가 있어 프라즈마를 이용한 버어너의 안전사용이 가능하고 사용실시에 편리하다.

여기서, 앞서 도시된 도면에서와 동일한 참조부호는 동일한 기능을 하는 동일한 부재를 가리킨다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

도 1은 본 발명의 프라즈마를 이용한 버어너의 전체구성을 보인 단면도.

도 2는 본 발명에 있어서 연소통의 단면도.

도 3은 본 발명에 있어 알곤가스배출관과 음극부 부분의 측면도.

도 4는 본 발명에 있어 스팀공급관 부분의 측면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 연소통 3 : 혼합연료공급파이프

6 : 직류전기공급부 7 : 양극부

8 : 음극부 11 : 연소실

12 : 스팀발생기 13 : 스팀공급관

Claims (1)

1. 양측이 개구된 원통형의 연소통 외부면에 혼합연료공급파이프를 코일형태로 감아 설치시킨 연소통을 양극부로 하고, 그 일측 외부에 설치한 봉체를 음극부로 설치하여 직류전기공급부로부터 직류전기를 공급받도록 하고 연소통과 음극부 사이에 스팀발생기의 스팀을 공급받도록 된 스팀공급관을 결합설치로 프라즈마토치부를 구성시켜 연소실에서 고온스팀프라즈마 화염생성이 이루어지도록 결합구성함을 특징으로 하는 프라즈마를 이용한 버어너.

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