KR101222118B1

KR101222118B1 - 해수가열장치

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Publication number: KR101222118B1
Application number: KR1020120052950A
Authority: KR
Inventors: 유두현; 이석규; 강성일; 성기찬; 이재명; 이재근; 강무영; 윤성
Original assignee: 한국가스공사; 흥국공업 주식회사
Priority date: 2012-05-18
Filing date: 2012-05-18
Publication date: 2013-01-15

Abstract

본 발명의 해수가열장치는 해수가열용기(10)의 가열실(14) 상단 개구에 탑재되는 연소실(30)과, 상기 연소실(30)의 상단 개구에 설치되어 공기공급수단(40)으로부터 공급되는 연소용 공기와 가스배관(50)으로부터 분출되는 가스를 점화시켜 고온의 화염을 형성하는 버너부(60)를 구비한 해수가열장치에 있어서, 상기 버너부(60)는, 상기 가스배관(50)의 끝단에 결합되면서 상기 연소실(30)의 연소입구홀(32) 하단높이에 위치되어 가스를 다양한 각도로 분출하는 다수의 상측 및 하측 가스분출홀(62a)(62b)을 가진 노즐헤드(62)와, 상기 노즐헤드(62)의 상부측 외주면에 대하여 상측 및 하측 가스분출홀(62a)(62b) 보다 상향된 위치에 수평으로 결합되어 연소입구홀(32)을 통과하는 연소용 공기의 흐름을 제어하여 노즐헤드(62)로부터 보염력을 높일 수 있는 다공판(64)으로 이루어져 있으므로, 연소실(30)로 공급되는 1차 및 2차 연소용 공기의 공급 분기점을 서로 명확히 구분시켜 연소용 공기의 흐름을 일정하게 유지시키고 화염을 안정시키며, 또한 화염의 보염력을 향상시키고 가스분출속도에 영향을 덜받게함으로써 연료효율을 최대한으로 높일 수 있는 것이다.

Description

해수가열장치{A APPARATUS FOR HEATING SEAWATER}

본 발명은 LNG공급기지에서 해수를 유입시켜 가열하고 고온의 해수를 LNG기화기에 공급하여 기화열로 사용하기 위한 해수가열장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 버너부로 공급되는 연소용 공기의 흐름을 일정하게 함과 동시에 가스분출각도를 효율적으로 개선시킨 해수가열장치에 관한 것이다.

전세계적으로 산업발전이 가속화되고 계절의 변화가 급변하는 등 에너지 이용율이 점차 증가하는 상황에서 동절기 LNG 공급량을 높이기 위하여 LNG를 천연가스로 변환시키는 기화기 중 해수를 이용하여 사용되는 해수식기화기의 가동율이 증가하게 되었다.

그러나 대한민국의 해수의 온도가 매년 낮아지는 현상이 발생하여 해수식기화기의 부대설비 중 해수온도를 높여주는 해수가열장치의 중요성이 높아짐에 따라 기존 해수가열기의 성능을 향상시키기 위하여 버너의 개선이 중요한 요인으로 작용하게 되었다.

본 발명은 상기한 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 제안된 것으로, 연소실로 공급되는 1차 및 2차 연소용 공기의 공급 분기점을 서로 명확히 구분시켜 줌과 동시에 연소용 공기의 흐름을 일정하게 유지시켜 줌으로써 연소의 안정성을 높일 수 있는 해수가열장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또, 본 발명은 화염의 보염력(保炎力)을 향상시키고 가스분출속도에 영향을 덜받는 구조로 변경하여줌으로써 연료효율을 최대한으로 높일 수 있는 해수가열장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 해수가열장치는, 해수가열용기의 가열실 상단 개구에 탑재되는 연소실과, 상기 연소실의 상단 개구에 설치되어 공기공급수단으로부터 공급되는 연소용 공기와 가스배관으로부터 분출되는 가스를 점화시켜 고온의 화염을 형성하는 버너부를 구비한 해수가열장치에 있어서,

상기 버너부는, 상기 가스배관의 끝단에 결합되면서 상기 연소실의 연소입구홀 하단높이에 위치되어 가스를 다양한 각도로 분출하는 다수의 상측 및 하측 가스분출홀을 가진 노즐헤드와, 상기 노즐헤드의 상부측 외주면에 대하여 상측 및 하측 가스분출홀 보다 상향된 위치에 수평으로 결합되어 연소입구홀을 통과하는 연소용 공기의 흐름을 제어하여 노즐헤드로부터 보염력을 높일 수 있는 다공판으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

다른 실시예로서, 본 발명의 다수의 상측 가스분출홀과 다수의 하측 가스분출홀은 그들 둘레간격이 서로 어긋나도록 일정간격을 두고 각각 형성된 것을 특징으로 한다.

다른 실시예로서, 본 발명의 다수의 상측 가스분출홀은 상기 노즐헤드의 중심축선으로부터 90°각도로 위치하면서 이들 둘레측 간격이 서로 90°간격을 유지하도록 노즐헤드의 측면에 각각 형성된 것을 특징으로 한다.

다른 실시예로서, 본 발명의 다수의 하측 가스분출홀은 상기 노즐헤드의 중심축선을 기준으로 좌우 대향하는 각도가 합 60-75°이면서 이들 둘레측 간격이 서로 90°간격을 유지하도록 노즐헤드의 경사면에 각각 형성된 것을 특징으로 한다.

다른 실시예로서, 본 발명의 연소실의 연소입구홀에는 상기 공기공급수단의 윈드박스 내부로 상향 돌출되도록 에어포트링이 설치되고, 상기 윈드박스 내부에는 일부분의 연소용 공기가 상하 지그재그방향으로 기류를 형성하면서 연소실의 중앙측 연소입구홀로 일정하게 공급되도록 유도하면서 여분의 연소용 공기가 연소실의 가장자리측 다수의 연소보조홀로 분산 공급되도록 정류판이 설치된 것을 특징으로 한다.

다른 실시예로서, 본 발명의 정류판은, 상기 에어포트링의 외주로부터 원주방향으로 일정간격을 유지하면서 그 하단높이가 에어포트링의 상단높이 보다 하향되게 위치되어 겹치도록 상기 윈드박스의 내부 천정에 고정된 상부재와, 상기 상부재의 외주로부터 원주방향으로 일정간격을 유지하면서 그 상단높이가 상부재의 하단높이보다 상향되게 위치되어 겹치도록 상기 윈드박스의 내부 바닥에 고정된 하부재로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 의한 해수가열장치는, 정류판(Baffle Plate)을 에어포트링의 입구 주변에 설치함으로써 연소실로 공급되는 1차 및 2차 연소용 공기의 공급 분기점을 서로 명확히 구분시켜 줌과 동시에 연소용 공기의 흐름을 일정하게 유지시켜 화염의 안정성을 높일 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 해수가열장치는, 가스분출홀의 각도 및 위치를 다방향으로 분산 설치하고 다공판을 측면가스분출홀에 인접하게 설치함으로써 화염의 보염력을 향상시켜서 가스분출속도에 영향을 덜받는 구조로 변경하여 연료효율을 최대한으로 높일 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 해수가열기의 전체를 도시한 개략도,
도 2는 본 발명에 의한 버너부의 주변을 도시한 개략도,
도 3은 본 발명에 의한 버너부를 도시한 종단면도,
도 4는 도 3의 A-A에 대한 횡단면도이다.

이하, 본 발명의 일실시예에 관하여 첨부 도면 도 1 내지 도 4를 참조하면서 상세히 설명한다.

본 발명에 의한 해수가열기는 도 1에 도시한 바와 같이 공급되는 해수를 고온으로 가열하여 배출하도록 해수실(12)과 가열실(14)을 가진 컵형상의 해수가열용기(10)와, 상기 해수실(12)의 상단에 내설되어 해수실(12)의 내부에 해수를 공급하는 해수공급수단(20)과, 상기 가열실(14)의 상단 개구에 탑재되어 서로 통로가 연결되도록 단열재에 의해 축조된 연소실(30)과, 상기 연소실(30)의 내부로 연소용 공기를 공급하는 공기공급수단(40)과, 상기 연소실(30)의 내부로 연소에 필요한 가스를 공급하는 가스배관(50)과, 상기 연소실(30)의 상단 개구에 설치되어 공기공급수단(40)으로부터 공급되는 연소용 공기와 가스배관(50)으로부터 분출되는 가스를 점화시켜 고온의 화염을 형성함과 동시에 연소시키는 버너부(60)로 이루어진다.

즉, 상기 해수실(12)은 상기 해수공급수단(20)을 통해 해수를 공급받아 저장하였다가 배출하도록 해수가열용기(10)의 벽면에서 바닥으로 통로가 연결되는 2중 두께층을 가진 구조로 형성되고, 그 바닥 일측에 정온으로 가열된 해수를 배출하는 배출구(16)가 형성된다.

상기 해수공급수단(20)은 그 일측단 펌프(미도시)에 연결되고, 그 중간부가 상기 연소실(30)의 하단 외부 둘레에 링형상으로 감겨지도록 설치되며, 그 타측이 상기 중간부로부터 수직으로 뻗음과 동시에 상기 해수실(12)의 상단 내부의 일정높이로 삽입 관통하여 노즐을 통해 여러방향으로 해수를 분출하도록 설치된다.

상기 연소실(30)은 상기 공기공급수단(40)과 가스배관(50)을 통해 공급 및 분출되어 형성된 화염에 의한 고온의 연소열을 단열하여 상기 가열실(14)로 유입되도록 구성된다.

이때, 상기 연소실(30)은 도 2에 도시한 바와 같이 그 상단 중앙측에 에어포트링(air port ring; 70)을 매개로 상기 버너부(60)가 배치되고 일부분의 연소용 공기가 연소실(30)의 내부로 공급되도록 연소입구홀(32)이 수직으로 관통 형성되고, 그 상단 가장자리측에 여분의 연소용 공기가 연소실(30)의 내부로 공급되도록 둘레방향을 따라 일정간격을 두고 다수의 연소보조홀(34)이 형성되며, 그 하단 중앙측에 상기 가열실(14)의 상단 개구와 동심되게 연결되도록 연소배출홀(36)이 형성된다.

상기 에어포트링(70)은 상기 연소실(30)의 연소입구홀(32)에 동심(同心)되게 설치되면서 상기 공기공급수단(40)의 내부로 상향 돌출되도록 구성된다.

상기 공기공급수단(40)은 상기 송풍기(42)와, 상기 송풍기(42)의 일측단에 연결되는 송풍관(44)과, 상기 송풍관(44)의 일측단과 상기 연소실(30)의 상단을 연결하여 연소실(30)의 연소입구홀(32)과 연소보조홀(34)에 연소용 공기를 공급하는 윈드박스(46)로 구성된다.

이때, 상기 윈드박스(46)의 내부에 대하여 상기 연소실(30)의 상단에는 연소용 공기가 상하 지그재그방향으로 기류를 형성하면서 연소실(30)의 연소입구홀(32)로 일정하게 공급되게 유도함과 동시에 다수의 연소보조홀(34)로 분산 공급되도록 정류판(72)이 설치된다.

즉, 상기 정류판(72)은 도 2에 도시한 바와 같이 상기 에어포트링(70)의 외주로부터 원주방향으로 일정간격을 유지하면서 그 하단높이가 에어포트링(70)의 상단높이 보다 하향되게 위치되어 겹치도록 상기 윈드박스(46)의 내부 천정에 고정된 상부재(72a)와, 상기 상부재(72a)의 외주로부터 원주방향으로 일정간격을 유지하면서 그 상단높이가 상부재(72a)의 하단높이보다 상향되게 위치되어 겹치도록 상기 윈드박스(46)의 내부 바닥에 고정된 하부재(72b)로 이루어진다.

상기 버너부(60)는 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 상기 가스배관(50)의 끝단에 결합되면서 상기 연소실(30)의 연소입구홀(32) 하단높이에 위치되어 가스를 다양한 각도로 분출하는 노즐헤드(62)와, 상기 노즐헤드(62)의 상부측 외주면에 수평으로 결합되어 연소입구홀(32)을 통과하는 연소용 공기의 흐름을 제어하여 노즐헤드(62)로부터 보염력을 높일 수 있는 다공판(64)으로 이루어진다.

이때, 상기 노즐헤드(62)는 상부가 개구되고 측면과 바닥이 접하는 경계부분에 경사면을 가진 컵형상으로 이루어지고, 그 측면에는 상기 다공판(64)의 아래부분과 인접하면서 가스를 수평으로 분출하도록 일정간격을 두고 다수의 상측 가스분출홀(2a)이 형성되고, 그 경사면에는 상기 다수의 상측 가스분출홀(62a)의 둘레간격과 서로 어긋나면서 가스를 소정각도로 경사지게 분출하도록 일정간격을 두고 다수의 하측 가스분출홀(62b)이 형성된다.

즉, 상기 다수의 상측 가스분출홀(62a)은 상기 노즐헤드(62)의 중심축선(수직중심축선)으로부터 90°각도로 위치하면서 이들 둘레측 간격이 서로 90°간격을 유지하도록 노즐헤드(62)의 측면에 각각 형성된다.

상기 다수의 하측 가스분출홀(62b)은 상기 노즐헤드(62)의 중심축선(수직중심축선)을 기준으로 좌우 대향하는 각도가 합 60-75°이면서 이들 둘레측 간격이 서로 90°간격을 유지하도록 노즐헤드(62)의 경사면에 각각 형성된다.

도면중 부호 80은 상기 해수가열용기(10)의 상단 일측에 대하여 상기 가열실(14)과 연결되어 연소가스 및 발생증기를 배출하도록 철탑(82)에 지지되는 연돌을 나타낸 것이다.

다음에, 이와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 설명한다.

해수공급수단(20)을 통해 해수실(12)에 공급된 해수를 가열하기 위해서는, 공기공급수단(40)을 통해 공급되는 연소용 공기와 가스배관(50)을 통해 공급되는 가스를 연소실(30)의 연소입구홀(32)에 설치된 버너부(60)로 보내어 점화시킴으로써 화염을 형성시킨다.

즉, 연소용 공기는 도 2와 같이 윈드박스(46)를 통해 연소실(30)로 공급될 때 연소실(30)의 상단 중앙측 연소입구홀(32)쪽으로 예를 들어 56%가 공급되고, 연소실(30)의 가장자리측 다수의 연소보조홀(34)쪽으로 예를 들어 44%가 분산 공급된다.

이때, 연소입구홀(32)쪽으로 공급되는 일부분의 연소용 공기는 윈드박스(46)내에 설치된 정류판(72)에 의해 상하방향으로 파동(波動)을 일으키면서 에어포트링(70)으로 유입될 때 흐름이 일정하게 유지되고, 또 다시 에어포트링(70)의 하단측 연소입구홀(32)을 통과할 때 버너부(60)의 노즐헤드(62)에 설치된 다공판(64)을 거치면서 흐름이 저속이고 안정적으로 유지됨으로써 버너부(60)의 착화율을 높여줌과 동시에 화염이 꺼지거나 도망가지 않도록 화염을 안정시켜 주게 된다.

다수의 연소보조홀(34)쪽으로 공급되는 여분의 연소용 공기는 버너부(60)에 착화된 화염에 집중적으로 공급되어 저산소농도의 화염에 신선공기를 공급하여 일산화탄소의 발생을 낮춘 안정된 산소농도를 가진 화염을 만들어 하단측 연소배출홀(36)을 통해 가열실(14)로 전달시켜 주게 된다.

이때, 가열실(14) 내의 고온의 연소열은 가열실(14)을 감싸는 해수실(12) 내의 해수를 빠르게 가열하게 되고, 해수가 가열될 때 증발되는 수증기는 해수가열용기(10)의 일측과 연결된 연돌(80)을 배출되고, 승온된 해수는 해수배출구(16)를 통해 배출됨과 동시에 순환펌프(미도시)에 의해 기화기로 순환된다.

한편, 노즐헤드(62)에는 그 측면 둘레에 다공판(64) 보다 하향되면서 서로 90° 간격을 유지하도록 다수의 상측 가스분출홀(62a)이 형성되고, 그 경사면 둘레에 상기 다수의 상측 가스분출홀(62a) 보다 하향되면서 상측 가스분출홀(62a)과 둘레간격이 서로 어긋남과 동시에 서로 90°간격을 유지하도록 다수의 하측 가스분출홀(62b)이 형성된 구조로 되어 있기 때문에 다양한 각도 및 위치에서 가스를 골고루 분출할 수 있을 뿐만 아니라 가스분출속도에 영향을 덜받아 버너부(60)의 착화율을 높여줌은 물론 화염이 꺼지거나 도망가지 않도록 화염을 안정시켜 주게 된다.

즉, 다수의 상측 가스분출홀(62a)은 가스배관(50)을 통해 노즐헤드(62)로 수직공급된 가스가 90°각도로 흐름이 꺽이면서 연소실(30)의 연소입구홀(32) 내주면 하단높이를 향해 골고루 분출하도록 유도하게 되고, 다수의 하측 가스분출홀(62b)은 가스배관(50)을 통해 노즐헤드(62)로 수직공급된 가스가 60-75°각도로 흐름이 꺽이면서 연소실(30)의 연소입구홀(32) 내주면 하단 높이보다 낮은 위치를 향해 골고루 분출하도록 유도하게 된다.

이때, 다수의 상측 가스분출홀(62a)과 하측 가스분출홀(62b)은 연소실(30)의 내부 둘레를 향해 각각 분출될 때 둘레간격이 서로 겹치지 않도록 예를 들어 스프링클러(sprinkler)방식으로 가스를 분출하기 때문에 한방향으로 가스를 분출하는 노즐방식 보다 가스분출속도에 영향을 덜받아 화염을 안정화시키는 등 보염력을 향상시킬 수 있는 것이다.

한편, 본 발명은 상술한 실시예로만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 기술사상 역시 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

10 : 해수가열용기 12 : 해수실
14 : 가열실 16 : 해수배출구
20 : 해수공급수단 30 : 연소실
32 : 연소입구홀 34 : 연소보조홀
36 : 연소배출홀 40 : 공기공급수단
42 : 송풍기 44 : 송풍관
46 : 윈드박스 50 : 가스배관
60 : 버너부 62 : 노즐헤드
62a : 상측 가스분출홀 62b : 하측 가스분출홀
64 : 다공판 70 : 에어포트링
72 : 정류판 72a : 상부재
72b : 하부재 80 : 연돌

Claims

해수가열용기(10)의 가열실(14) 상단 개구에 탑재되는 연소실(30)과, 상기 연소실(30)의 상단 개구에 설치되어 공기공급수단(40)으로부터 공급되는 연소용 공기와 가스배관(50)으로부터 분출되는 가스를 점화시켜 고온의 화염을 형성하는 버너부(60)를 구비한 해수가열장치에 있어서,
상기 버너부(60)는, 상기 가스배관(50)의 끝단에 결합되면서 상기 연소실(30)의 연소입구홀(32) 하단높이에 위치되어 가스를 다양한 각도로 분출하는 다수의 상측 및 하측 가스분출홀(62a)(62b)을 가진 노즐헤드(62)와, 상기 노즐헤드(62)의 상부측 외주면에 대하여 상측 및 하측 가스분출홀(62a)(62b) 보다 상향된 위치에 수평으로 결합되어 연소입구홀(32)을 통과하는 연소용 공기의 흐름을 제어하여 노즐헤드(62)로부터 보염력을 높일 수 있는 다공판(64)으로 이루어지고,
상기 다수의 상측 가스분출홀(62a)은 상기 노즐헤드(62)의 중심축선으로부터 90°각도로 위치하면서 이들 둘레측 간격이 서로 90°간격을 유지하도록 노즐헤드(62)의 측면에 각각 형성되고,
상기 다수의 하측 가스분출홀(62b)은 상기 노즐헤드(62)의 중심축선을 기준으로 좌우 대향하는 각도가 합 60-75°이면서 이들 둘레측 간격이 서로 90°간격을 유지하도록 노즐헤드(62)의 경사면에 각각 형성되고,
상기 연소실(30)의 연소입구홀(32)에는 상기 공기공급수단(40)의 윈드박스(46) 내부로 상향 돌출되도록 에어포트링(70)이 설치되고,
상기 윈드박스(46) 내부에는 일부분의 연소용 공기가 상하 지그재그방향으로 기류를 형성하면서 연소실(30)의 중앙측 연소입구홀(32)로 일정하게 공급되도록 유도하면서 여분의 연소용 공기가 연소실(30)의 가장자리측 다수의 연소보조홀(34)로 분산 공급되도록 정류판(72)이 설치된 것을 특징으로 하는 해수가열장치.
청구항 1에 있어서,
상기 다수의 상측 가스분출홀(62a)과 다수의 하측 가스분출홀(62b)은 그들 둘레간격이 서로 어긋나도록 일정간격을 두고 각각 형성된 것을 특징으로 하는 해수가열장치.
삭제
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삭제
청구항 1에 있어서,
상기 정류판(72)은, 상기 에어포트링(70)의 외주로부터 원주방향으로 일정간격을 유지하면서 그 하단높이가 에어포트링(70)의 상단높이 보다 하향되게 위치되어 겹치도록 상기 윈드박스(46)의 내부 천정에 고정된 상부재(72a)와, 상기 상부재(72a)의 외주로부터 원주방향으로 일정간격을 유지하면서 그 상단높이가 상부재(72a)의 하단높이보다 상향되게 위치되어 겹치도록 상기 윈드박스(46)의 내부 바닥에 고정된 하부재(72b)로 이루어진 것을 특징으로 하는 해수가열장치.