KR101300939B1 - 수냉식 산소자동버너와 분말용융장치를 갖는 연소시스템 및 연소방법 - Google Patents

수냉식 산소자동버너와 분말용융장치를 갖는 연소시스템 및 연소방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수냉식 산소자동버너와 분말용융장치를 갖는 연소시스템 및 연소방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는 산소 버너에 있어서, 내부로 연소가스를 공급하는 연소가스유입단이 구비되어, 하부 개구부를 통해 연소가스가 분사되는 중공관 형태의 연소가스공급관; 내면이 연소가스공급관의 외면과 특정간격 이격되어 특정공간이 형성되도록 연소가스공급관이 내부로 삽입되고, 특정공간으로 압축공기를 공급하는 압축공기유입단이 구비되며, 하부면에 형성된 분사구에서 연소가스공급관에서 공급된 연소가스와 산소가 분사되는 압축공기공급관; 이중관 형태로 압축공기 공급관의 하단에 조립되며, 압축공기공급관의 하단부가 내부로 삽입되고, 내관과 외관 사이의 이격공간으로 산소를 유입시키기 위한 산소유입단과 내관에 형성되어 분사구 측으로 산소를 분사하도록 형성된 산소분사홀이 구비된 산소공급관; 중공관 형태로 연소가스공급관의 내부에 삽입되어, 분사구 측으로 점화용 연료를 분사하여 연소가스를 점화하는 점화장치; 산소공급관과 연결되어, 연소가스, 압축공기 및 산소가 혼합되어, 화염이 발생되는 연소실; 및 산소공급관과 연소실 외측에 구비되어 산소공급관과 연소실을 냉각시키기 위한 냉각장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 수냉식 산소자동버너와 분말용융장치를 갖는 연소시스템에 관한 것이다.

Description

수냉식 산소자동버너와 분말용융장치를 갖는 연소시스템 및 연소방법{oxygen­burner with unified lgnition device}
본 발명은 수냉식 산소자동버너와 분말용융장치를 갖는 연소시스템 및 연소방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는 연소가스공급관의 내부로 삽입되고, 점화장치 끝단은 압축공기공급관의 하부판에 형성된 장착홀에 장착되는 구조를 통하여 연소가스와 압축공기 및 산소가 분사되는 지점에서 신속하게 점화가 일어날 수 있고, 로 없이도 연속적으로 연소가스와 압축공기, 산소가 공급되어 효율적인 산소연소가 일어날 수 있는 수냉식 산소자동버너와 분말용융장치를 갖는 연소시스템에 관한 것이다.
또한 본 발명의 일실시예에 따른 수냉식 산소자동버너와 분말용융장치를 갖는 연소시스템의 구조는 고온에서의 변형손상을 방지하도록 냉각수를 이중관에서 순환시켜 수냉식으로 냉각하도록 하였고, 연료를 버너 본체 후단 중심에서 점화장치를 내장하여 자동으로 착화되도록 하였으며, 압축공기를 동시에 공급하여 연소가 잘되도록 하였고, 산소가 공급되는 공급단을 분출단측으로 점진적으로 직경을 증가시켜 산소분출을 다단식으로 하여 초음속의 화염(약 3000℃)이 발생되어 분출하도록 하였다.
이때 분말공급장치에서 고체분말을 공급하여 고온의 화염과 충돌시켜 연소실에서 용융되어 액체상태로 흐르게 되고, 캐스타불이나 전지물로 원통모양으로 제작된 포집단으로 흘러나오게 됨으로써 로가 없이 제품을 제조, 생산할 수 있다. 이때 용융믈의 양과 재질에 따라 보조산소버너를 장착하여 열 공급의 냉각을 방지할 수 있고, 또하느 연소실 일측에 화염감지기 장착하여 화염을 감시, 착화 실화를 방지함으로써 자동적으로 사용할 수 있도록 하였다.
일반적으로 산소부화 연소는 연료의 연소시 기존의 공기 대신에 공기중에 산소를 혼입시켜 공기중의 산소농도를 높여 주는 것으로서 화염의 온도가 상승하고 전열효율이 향상되며 연소가스량이 감소되는 연료절약형 연소기술이다. 공기중에는 산소가 21%, 질소가 79% 함유되어 있으나, 산소를 공기에 혼합시켜 산소부화를 시키면 공기중 산소의 농도는 증가되고 질소의 농도는 감소하므로 연소가스의 양이 대폭적으로 저감된다. 산소부화율 1% 증가당(예, 공기중 산소농도가 21%에서 22%로 된다면) 1.2%의 연료절감이 가능하다고 보고되고 있으며, 따라서 산소부화율을 증가시키면 열효율도 동반 상승되는 효과가 있다.
통상의 산소버너는 연료와 산소를 노즐에서 분출시켜 혼합연소하게 된다. 따라서, 산화반응속도가 느리게 되어 연소가 되기 전에 로에서 배출되므로 에너지 손실률이 크게 된다. 통상적인 산소버너는 중공관 형태의 로의 입력단이 연료탱크와 연결되어 연료 공급부에 의해 로 내로 연료가 공급되게 된다.
그리고, 고압공기 공급부에 의해 로 내로 일정량의 산소가 포함된 압축기에서 압축된 고압공기를 유입시켜 고압공기가 혼합된 연료가 연소관으로 유입되어 연소관에서 혼합되어 연소관에 설치된 점화장치에 의해 점화, 연소하게 됨으로써 화염을 발생시키게 된다. 그러나, 이러한 방식을 사용하는 경우, 연료를 완전연소시킬 수 없고, 연소반응속도가 느리고, 고온의 화염온도를 얻을 수 없어, 연소효율이 좋지 않고, 배기가스량이 많아 에너지 손실이 크다는 문제가 존재한다. 또한, 화염온도를 높이는데 한계가 존재하기 때문에, 그 적용범위가 작다는 문제가 존재한다.
온도를 고온으로 발생시키기 위해, 공기를 가열하여 공급하는 방법이 존재하나 그러기 위해서는 대형의 연소실이 필요하고, 별도의 가열수단 등이 필요하게 되어 소형으로 제작하기가 어렵고, 제작비가 많이 소요되어 경제적이지 않다는 문제가 존재하게 된다. 또한, 기존의 산소버너는 완전연소가 되기 어려워 연소시 일산화탄소, 다이옥신, 등의 유해물질이 발생되는 문제가 있다.
또한, 점화장치를 연소실, 연소관에 수직형 또는 수평형으로 별도로 설치하거나 수동으로 점화를 하거나, 별도의 착화장치(예를 들어, 파이롯트 버너)를 설치해야하므로 장치 설치비가 경제적이지 않고, 설치하는 것 자체가 불편하고, 사용하기 불편한 문제점이 존재하였다.
따라서, 소형으로 제작이 가능하면서도 고온의 화염온도를 발생시키고, 배기가스, 유해가스의 배출을 감소시킬 수 있으며, 점화가 신속하게 일어날 수 있고, 설치비용을 감소시키고, 유지관리가 간편한 점화장치 일체형 산소버너의 개발이 요구되었다.
대한민국 등록특허 제0347576호 대한민국 등록실용신안 제0445919호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로, 본 발명의 일실시예에 따르면, 근접한 위치에서 산소와 압축공기, 연소가스 및 점화용 연료가 공급되게 되면서, 신속하게 점화가 일어나게 되고, 산소와 압축공기 및 연소가스가 근접한 위치에서 동시에 공급되므로, 폭굉연소되어 초음속 고온화염을 발생시킬 수 있어 완전연소에 의해 향상된 연소효율을 가짐과 동시에 배기가스 양을 감소할 수 있는 점화장치 일체형 산소버너를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
또한, 점화장치는 연소가스공급관의 내부에 삽입되어 설치되므로, 장비가 저렴하고, 사용이 편리하며, 탈부착이 자유로워 유지관리가 편리한 점화장치 일체형 산소버너를 제공하는 것을 그 목적으로 하고 있다.
또한 본 발명의 일실시예에 따른 수냉식 산소자동버너와 분말용융장치를 갖는 연소시스템의 구조는 고온에서의 변형손상을 방지하도록 냉각수를 이중관에서 순환시켜 수냉식으로 냉각하도록 하였고, 연료를 버너 본체 후단 중심에서 점화장치를 내장하여 자동으로 착화되도록 하였으며, 압축공기를 동시에 공급하여 연소가 잘되도록 하였고, 산소가 공급되는 공급단을 분출단측으로 점진적으로 직경을 증가시켜 산소분출을 다단식으로 하여 초음속의 화염(약 3000℃)이 발생되어 분출하도록 하는데 그 목적이 있다.
이때 분말공급장치에서 고체분말을 공급하여 고온의 화염과 충돌시켜 연소실에서 용융되어 액체상태로 흐르게 되고, 캐스타불이나 전지물로 원통모양으로 제작된 포집단으로 흘러나오게 됨으로써 로가 없이 제품을 제조, 생산할 수 있다. 이때 용융믈의 양과 재질에 따라 보조산소버너를 장착하여 열 공급의 냉각을 방지할 수 있고, 또하느 연소실 일측에 화염감지기 장착하여 화염을 감시, 착화 실화를 방지함으로써 자동적으로 사용할 수 있는 수냉식 산소자동버너와 분말용융장치를 갖는 연소시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 그 밖에 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 관련되어 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명확해질 것이다.
본 발명의 제1목적은 내부로 연소가스를 공급하기 위한 연소가스유입단이 구비되어, 하부 개구부를 통해 연소가스가 분사되는 중공관 형태의 연소가스공급관;내면이 상기 연소가스공급관의 외면과 특정간격 이격되어 특정공간이 형성되도록 상기 연소가스공급관이 내부로 삽입되고, 상기 특정공간으로 압축공기를 공급하는 압축공기유입단이 구비되며, 하부판에 형성된 분사구에서 상기 연소가스공급관에서 공급된 연소가스와 상기 압축공기가 분사되는 압축공기공급관; 이중관 형태로 상기 압축공기공급관의 하단부가 내부로 삽입되도록 상기 압축공기공급관의 하단에 조립되며, 내관과 외관 사이의 이격공간으로 산소를 유입시키기 위한 산소유입단과 상기 내관에 형성되어 상기 분사구 측으로 상기 산소를 분사하도록 형성된 산소분사홀이 구비된 산소공급관; 중공관 형태로 상기 연소가스공급관의 내부에 삽입되어, 상기 분사구 측으로 점화용 연료를 분사하여 상기 연소가스를 점화하는 점화장치; 상기 산소공급관의 하부측으로 연결되어, 상기 연소가스, 상기 압축공기 및 상기 산소가 혼합되어, 화염이 발생되는 연소실; 및 이중관 형태로 내측면이 상기 산소공급관의 외측면과 상기 연소실의 외측면에 결합되고, 내관과 외관 사이에 냉각수가 공급되어, 상기 산소공급관과 상기 연소실을 냉각시키기 위한 냉각장치를 포함하고, 상기 산소분사홀이 형성된 산소공급관의 하단측 내관은 연소실 측으로 점진적으로 직경이 증가하도록 형성된 것을 특징으로 하는 수냉식 산소자동버너와 분말용융장치를 갖는 연소시스템으로서 달성될 수 있다.
상기 연소실 일측에 구비되어 화염을 감지하는 화염감지센서를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 화염감지센서는 광전관 또는 UV 센서로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 산소공급관의 내관 일측에 구비되어 상기 산소공급관의 내관으로 분말을 공급하는 분말공급관을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제2목적은 앞서 언급한 제1목적에 따른 수냉식 산소자동버너와 분말용융장치를 갖는 연소시스템을 이용한 연소방법에 있어서, 연소가스 유입단을 통해 연소가스 공급관의 내부로 연소가스가 공급되는 단계; 상기 연소가스공급관에 조립된 압축공기공급관의 압축공기유입단을 통해 압축공기가 상기 압축공기공급관의 내부로 공급되는 단계; 상기 연소가스 공급관의 하부 개구부를 통해 연소가스가 상기 압축공기공급관의 하부면에 형성된 분사구 측으로 분사되어, 상기 분사구를 통해 연소가스와 상기 압축공기가 분사되는 단계; 상기 압축공기공급관과 연결된 산소공급관의 산소유입단을 통해 산소가 상기 산소유입단의 내관에 형성된 산소분사홀을 통해 산소공급관의 내부로 공급되는 단계; 상기 연소가스공급관의 내부에 삽입 설치된 점화장치의 하부끝단에서 점화용연료가 공급되어 점화되는 단계; 및상기 산소공급관과 연결된 연소실에서, 상기 연소가스가 연소되어 화염이 발생되는 단계;를 포함하고, 상기 점화되는 단계에서, 상기 산소공급관과 상기 연소실의 외측에 구비된 냉각장치에 의해 냉각수가 공급되어 수냉식으로 상기 산소공급관과 상기 연소실을 냉각시키기 단계를 포함하고, 상기 화염발생단계에서, 상기 산소공급관의 내관 일측에 구비된 분말공급관을 통해 상기 산소공급관의 내관으로 분말이 공급되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수냉식 산소자동버너와 분말용융장치를 갖는 연소시스템을 이용한 연소방법으로서 달성될 수 있다.
따라서, 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 의하면, 근접한 위치에서 산소와 압축공기, 연소가스 및 점화용 연료가 공급되게 되면서, 신속하게 점화가 일어나게 되고, 산소와 압축공기 및 연소가스가 근접한 위치에서 동시에 공급되므로, 폭굉연소되어 초음속 고온화염을 발생시킬 수 있어 완전연소에 의해 향상된 연소효율을 가짐과 동시에 배기가스 양을 감소할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 점화장치는 연소가스공급관의 내부에 삽입되어 설치되므로, 장비가 저렴하고, 사용이 편리하며, 탈부착이 자유로워 유지관리가 편리하다는 장점을 갖는다.
또한 본 발명의 일실시예에 따른 수냉식 산소자동버너와 분말용융장치를 갖는 연소시스템의 구조는 고온에서의 변형손상을 방지하도록 냉각수를 이중관에서 순환시켜 수냉식으로 냉각하도록 하였고, 연료를 버너 본체 후단 중심에서 점화장치를 내장하여 자동으로 착화되도록 하였으며, 압축공기를 동시에 공급하여 연소가 잘되도록 하였고, 산소가 공급되는 공급단을 분출단측으로 점진적으로 직경을 증가시켜 산소분출을 다단식으로 하여 초음속의 화염(약 3000℃)이 발생되어 분출할 수 있는 효과를 갖는다.
이때 분말공급장치에서 고체분말을 공급하여 고온의 화염과 충돌시켜 연소실에서 용융되어 액체상태로 흐르게 되고, 캐스타불이나 전지물로 원통모양으로 제작된 포집단으로 흘러나오게 됨으로써 로가 없이 제품을 제조, 생산할 수 있다. 이때 용융믈의 양과 재질에 따라 보조산소버너를 장착하여 열 공급의 냉각을 방지할 수 있고, 또하느 연소실 일측에 화염감지기 장착하여 화염을 감시, 착화 실화를 방지함으로써 자동적으로 사용할 수 있는 효과를 갖는다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허 청구 범위에 속함은 자명하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수냉식 산소자동버너와 분말용융장치를 갖는 연소시스템의 사시도,
도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 수냉식 산소자동버너와 분말용융장치를 갖는 연소시스템의 측단면도,
도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 수냉식 산소자동버너와 분말용융장치를 갖는 연소시스템의 분해사시도,
도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 연소가스공급관의 사시도,
도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 연소가스공급관의 측단면도,
도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 압축공기공급관의 사시도,
도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 압축공기공급관의 측단면도,
도 4c는 본 발명의 일실시예에 따른 압축공기공급관의 저면도,
도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 산소공급관과 냉각장치, 분말공급관 및 연소실의 사시도,
도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 산소공급관과 냉각장치, 분말공급관 및 연소실의 측단면도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 점화장치의 정면도,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 점화장치 일체형 산소버너를 이용한 연소방법의 흐름도를 도시한 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 수냉식 산소자동버너와 분말용융장치를 갖는 연소시스템(100)의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수냉식 산소자동버너와 분말용융장치를 갖는 연소시스템(100)의 사시도를 도시한 것이고, 도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 수냉식 산소자동버너와 분말용융장치를 갖는 연소시스템(100)의 측단면도를 도시한 것이다. 그리고, 도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 수냉식 산소자동버너와 분말용융장치를 갖는 연소시스템(100)의 분해사시도를 도시한 것이다.
도 1, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 수냉식 산소자동버너와 분말용융장치를 갖는 연소시스템(100)는 내부로 연소가스가 유입되는 연소가스공급관(10), 내부로 압축공기가 공급되는 압축공기공급관(20), 산소를 공급하는 산소공급관(30), 점화장치(70) 및 연소실(40) 등을 포함하고 있음을 알 수 있다.
도 1, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 수냉식 산소자동버너와 분말용융장치를 갖는 연소시스템(100)의 연소가스공급관(10)은 전체적으로 중공관 형태를 갖고, 상부 개구부(12)로 점화장치(70)가 삽입설치되며, 하부 개구부(13)를 통해 연소가스가 분사될 수 있는 수조를 갖고 있음을 알 수 있다. 또한, 압축공기공급관(20)은 전제적으로 중공관 형태이나 점화장치(70)에는 점화장치(70)의 하부 끝단이 삽입 장착되는 점화장치 장착홀(25)과 장착홀(25)의 둘레에 복수로 구비되어 후에 설명하는 바와 같이, 연소가스와 압축공기가 분사되는 분사구(24)가 형성되어 있음을 알 수 있다.
그리고, 산소공급관(30)은 내부로 압축공기공급관(20)이 삽입설치되며, 분사구(24) 측으로 산소분사홀(33)을 통해 산소를 공급하게 되며, 연소실(40)은 산소공급관(30)과 연결되어 연소가스가 연소되어 화염이 발생되게 되고, 화염을 감지하는 화염감지장치와 연소실(40) 내부로 송진 또는 세라믹 가루 등의 분말을 공급하는 분말공급관(42)이 설치될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 수냉식 산소자동버너와 분말용융장치를 갖는 연소시스템(100)의 각각의 구성에 대해 보다 상세하게 설명하도록 한다. 먼저, 도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 연소가스공급관(10)의 사시도를 도시한 것이다. 그리고, 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 연소가스공급관(10)의 측단면도를 도시한 것이다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 연소가스공급관(10)은 중공관 형태로 상부 개구부(12)를 통해 후에 설명되는 점화장치(70)가 내부로 삽입되어 조립될 수 있도록 구성됨을 알 수 있다. 또한, 상부측 외면 일측에는 연소가스공급관(10)의 내부로 연소가스를 유입시키게 되는 연소가스유입단(11)이 형성되어 있다. 또한, 유입되는 연소가스의 유량을 조절하기 위한 연소가스조절밸브(미도시)가 설치될 수 있다. 이러한 연소가스는 구체적실시예에서 LNG를 사용하였다.
이러한 연소가스공급관(10)은 내부로 연소가스가 유입되어 연소가스공급관(10)의 하부 개구부(13)를 통해 연소가스가 분사되게 된다. 보다 상세하게는 도 1, 도 2b 및 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 연소가스는 연소가스공급관(10)의 하부 개구부(13)를 통해 토출되어, 후에 설명되는 압축공기공급관(20)의 하부판에 형성된 분사구(24)를 통해, 후에 설명되는 산소공급관(30)의 내부로 분사되게 된다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 압축공기공급관(20)의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 압축공기공급관(20)의 사시도를 도시한 것이고, 도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 압축공기공급관(20)의 측단면도를 도시한 것이다. 그리고, 도 4c는 본 발명의 일실시예에 따른 압축공기공급관(20)의 저면도를 도시한 것이다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c에 도시된 바와 같이, 압축공기공급관(20) 역시 전체적으로 중공관 형태로 구성되며, 내부로 앞서 설명한 연소가스공급관(10)의 하단이 삽입되어 조립되게 됨을 알 수 있다. 이러한 연소가스공급관(10)과 압축공기공급관(20)은 조립식으로 결합되므로, 탈부착이 가능하도록 구성된다.
또한, 도 4c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 압축공기공급관(20)의 하부판에는 중앙에, 후에 설명되는 점화장치(70)의 하부 끝단이 장착되는 점화장치 장착홀(25)이 형성되며, 장착홀(25)의 둘레에는 복수의 분사구(24)가 형성되어 있음을 알 수 있다. 따라서, 분사구(24)를 통해 압축공기공급관(20)의 내부로 유입된 압축공기가 분사될 수 있다.
보다 구체적으로, 압축공기공급관(20)의 상부 일측에는 압축공기유입단(21)이 구비되어 압축공기가 압축공기공급관(20)의 내부로 유입되도록 구성된다. 그리고, 연소가스공급관(10)이 압축공기공급관(20)의 내부로 삽입되면, 연소가스공급관(10)의 외면과 압축공기공급관(20)의 내면 사이에 특정공간(23)이 존재하고, 이러한 특정공간(23)으로 압축공기가 유입되게 된다.
특정공간(23)으로 통해 유입된 압축공기는 하부판에 형성된 분사구(24)를 통해 분사되게 되고, 연소가스공급관(10) 내부로 유입된 연소가스 역시 연소가스공급관(10)의 하부 개구부(13)를 통해 분사구(24)에서 분사되게 된다. 또한, 이러한 압축공기공급관(20)에는 연소가스 조절밸브(미도시)가 구비되어 내부로 공급되는 압축공기의 유량을 조절할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 산소공급관(30)의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 산소공급관(30), 냉각장치(50) 및 연소실(40)이 결합된 상태의 사시도를 도시한 것이다. 그리고, 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 산소공급관(30), 냉각장치(50) 및 연소실(40)이 결합된 상태의 측단면도를 도시한 것이다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 산소공급관(30)은 전체적으로 이중관 형태로 구성됨을 알 수 있다. 따라서 내관과 외관 사이에 이격공간(32)을 갖고 있고, 이러한 이격공간(32)으로 산소유입단(31)을 통해 산소가 유입되게 된다.
그리고, 이러한 산소공급관(30)은 앞서 언급한 압축공기공급관(20)과 나사결합되므로, 필요에 따라 탈부착, 분리, 조립 등이 가능한 구조를 갖는다. 또한, 산소공급관(30)의 내부로는 압축공기공급관(20)의 하단부(22)가 삽입되어 조립되게 된다. 결합된 상태에서는 도 2b에 도시된 바와 같이, 압축공기공급관(20)에 구비된 분사구(24)가 산소공급관(30)의 중단부 정도에 위치하게 됨을 알 수 있다.
그리고, 본 발명의 일실시예에 따른 산소공급관(30)의 내관 후단부 측에는 도 5b에 도시된 바와 같이, 복수의 산소분사홀(33)이 형성되어 있음을 알 수 있다. 따라서 산소유입단(31)을 통해 이격공간(32)으로 유입된 산소는 이러한 산소분사홀(33)을 통해 산소공급관(30)의 내부로 분사되게 된다.
그리고, 도 2b에 도시된 바와 같이, 이러한 산소분사홀(33)은 분사구(24)의 후방 위치에 구비됨으로, 분사구(24)를 통해 분사된 압축공기와 연소가스는 산소공급관(30)의 내부에서 산소와 혼합되게 된다.
또한, 이러한 산소분사홀(33)이 형성된 산소공급관(30)의 내관 후단부는 도 5b에 도시된 바와 같이, 연소실 측으로 점진적으로 직경이 증가하도록(확관 형태) 구성되어 있음을 알 수 있다. 따라서, 산소의 분출을 다단식으로 하여 초음속 화염(약 3000℃)이 발생되어 분출될 수 있게 된다.
또한, 이러한 산소공급관(30)의 내관 일측에는 도 5b에 도시된 바와 같이, 분말공급관(42)이 구비되어 있음을 알 수 있다. 따라서 이러한 분말공급관(42)으로 통해 금속, 세라믹 등의 분말이 산소공급관(30)의 내관으로 공급되어 고온의 화염과 충돌되어 연소실(40)에서 용융되게 된다.
그리고, 이러한 산소공급관(30)과 연소실(40)의 외측으로는 산소공급관(30) 및 연소실(40)의 과열을 방지하기 위하여 냉각장치(50)가 구비될 수 있다. 이러한 냉각장치(50)는 구체적 실시예에서는 도 5b에 도시된 바와 같이, 이중관 형태로 구성되고, 냉각수 공급단(52)을 통해 내관과 외관 사이로 냉각수(51)가 공급되어, 냉각수(51)가 흐르는 냉각자켓을 산소공급관(30)과 연소실(40)의 외면에 장착시켜, 수냉식으로 산소공급관(30) 및 연소실(40)을 냉각시킬 수 있다. 그리고, 이러한 산소공급관(30)은 고온내열금속인 몰리브덴으로 구성됨이 바람직하다. 본 발명은 수냉식으로 산소공급관(30)과 연소실(40)을 냉각하여 열에 의한 파손, 변형을 방지하고 버너의 수명을 연장시킬 수 있게 된다.
또한, 도 5b에 도시된 바와 같이, 산소공급관(30)의 후단 측에는 연소실이 구비됨을 알 수 있다. 이러한 연소실(40)에서는 연소가스가 압축공기와 산소가 혼합되어 폭굉연소되어 고온의 화염(약 3030℃)이 발생되고, 분말이 용융되게 된다.
그리고, 이러한 연소실(40)의 일측에는 도 5b에 도시된 바와 같이, 연소실(40) 내부의 화염을 감지하기 위한 화염감지센서와 화염감지구(43)가 설치되어 질 수 있다. 이러한 화염감지센서는 광전관 또는 UV센서 등으로 구성될 수 있다.
또한, 연소실의 후단에는 포집단이 설치되어 화염에 의해 용융된 용융물이 이러한 포집단의 출구측으로 흘러내리게 함으로써 로가 없이 제품을 제조, 생성할 수 있게 된다. 이때 용융물의 양과 재질에 따라 보조산소버너를 장착하여 냉각을 방지할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 점화장치(70)의 구성에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 점화장치(70)의 정면도를 도시한 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 점화장치(70)는 중공관형태로 구성되어, 연소가스공급관(10)의 상부 개구부(12)를 통해 내부로 길이방향을 따라 삽입되어 점화장치(70)의 하부 끝단이 압축공기공급관(20)의 하부판에 형성된 장착홀(25)에 장착되게 된다. 따라서 점화장치(70)를 통해 점화용 연료(구체적 실시예에서는, LPG)가 산소공급관(30)의 내부로 공급되면서, 분사구(24)를 통해 공급되는 압축공기와 연소가스 및 산소분사홀(33)에서 분사되는 산소가 혼합되면서 점화가 일어나게 된다.
따라서, 앞서 언급한 바와 같이, 근접한 위치에서 산소와 압축공기, 연소가스, 분말 및 점화용 연료가 공급되게 되면서, 신속하게 점화가 일어나게 되고, 향상된 연소효율을 갖게 된다. 또한, 점화장치(70)는 연소가스공급관(10)의 내부에 삽입되어 설치되므로, 장비가 저렴하고, 사용이 편리하며, 탈부착이 자유로워 유지관리가 편리하게 됨을 알 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 수냉식 산소자동버너와 분말용융장치를 갖는 연소시스템(100)을 이용한 연소방법에 대해 설명하도록 한다. 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 수냉식 산소자동버너와 분말용융장치를 갖는 연소시스템(100)을 이용한 연소방법의 흐름도를 도시한 것이다.
앞서 언급한 연소가스공급관(10) 일측에 구비된 연소가스유입단(11)을 통해, 연소가스공급관(10)의 내부로 연소가스가 공급되게 된다(S10). 이러한 단계에서 연소가스 조절밸브에 의해 내부로 공급되는 연소가스의 유량을 조절할 수 있다. 그리고, 연소가스공급관(10)이 내부로 삽입되어 조립되는 압축공기공급관(20)의 압축공기유입단(21)을 통해 압축공기가 압축공기공급관(20)의 내부로 공급되게 된다(S20). 이러한 단계에서 압축공기 조절밸브에 의해 내부로 공급되는 압축공기의 유량을 조절할 수 있다.
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그리고, 연소가스공급관(10)의 하부 개구부(13)를 통해 연소가스가 토출되어 압축공기공급관(20)의 하부면에 형성된 분사구(24) 측으로 분사되고, 동시에, 분사구(24)를 통해 압축공기가 분사되게 된다(S30).
그리고, 압축공기공급관(20)의 하단부(22)가 내부로 삽입되어 조립되는 산소공급관(30)의 산소유입단(31)을 통해 산소가 산소유입단(31)의 내관과 외관 사이의 이격공간(32)으로 유입되게 되고, 유입된 산소는 내면에 형성된 산소분사홀(33)을 통해 산소공급관(30)의 내부로 공급되게 된다(S40). 이러한 과정에서 산소 조절밸브에 의해 이격공간(32)으로 공급되는 산소의 유량을 조절할 수 있다.
또한, 이러한 단계에서 연소가스공급관(10)의 내부에 삽입 설치된 점화장치(70)의 하부 끝단에서 공급되는 점화용연료에 의해 연소가스를 점화하게 된다(S50).
그리고, 마지막으로, 산소공급관(30)과 연결된 연소실(40)에서, 연소가스가 폭굉 연소되어 약 3030℃의 화염이 발생되게 된다(S60). 또한, 산소공급관(30)과 연소실(4)의 외측에 구비된 냉각장치에 의해 산소공급관(30)과 연소실(40)을 냉각시키기 단계가 더 포함될 수 있다. 즉, 점화되는 단계에서, 산소공급관과 연소실의 외측으로 구비된 냉각장치에 의해 냉각수가 공급되어 수냉식으로 상기 산소공급관과 상기 연소실을 냉각시키기 단계를 포함할 수 있고, 화염발생단계에서, 산소공급관의 내관 일측에 구비된 분말공급관을 통해 산소공급관의 내관으로 분말이 공급되어 공급된 분말이 연소실에서 화염에 의해 용융되는 단계를 포함할 수 있다.
10:연소가스공급관
11:연소가스유입단
12:상부 개구부
13:하부 개구부
20:압축공기공급관
21:압축공기유입단
22:압축공기공급관 하단부
23:특정공간
24:분사구
25:장착홀
30:산소공급관
31:산소유입단
32:이격공간
33:산소분사홀
40:연소실
41:화염감지센서
42:분말공급관
43:화염감지구
50:냉각장치
51:냉각수
52:냉각수 공급단
53:냉각수 배출단
60:포집부재
70:점화장치
100:수냉식 산소자동버너와 분말용융장치를 갖는 연소시스템

Claims (5)

  1. 내부로 연소가스를 공급하기 위한 연소가스유입단이 구비되어, 하부 개구부를 통해 연소가스가 분사되는 중공관 형태의 연소가스공급관;
    내면이 상기 연소가스공급관의 외면과 특정간격 이격되어 특정공간이 형성되도록 상기 연소가스공급관이 내부로 삽입되고, 상기 특정공간으로 압축공기를 공급하는 압축공기유입단이 구비되며, 하부판에 형성된 분사구에서 상기 연소가스공급관에서 공급된 연소가스와 상기 압축공기가 분사되는 압축공기공급관;
    이중관 형태로 상기 압축공기공급관의 하단부가 내부로 삽입되도록 상기 압축공기공급관의 하단에 조립되며, 내관과 외관 사이의 이격공간으로 산소를 유입시키기 위한 산소유입단과 상기 내관에 형성되어 상기 분사구 측으로 상기 산소를 분사하도록 형성된 산소분사홀이 구비된 산소공급관;
    중공관 형태로 상기 연소가스공급관의 내부에 삽입되어, 상기 분사구 측으로 점화용 연료를 분사하여 상기 연소가스를 점화하는 점화장치;
    상기 산소공급관의 하부측으로 연결되어, 상기 연소가스, 상기 압축공기 및 상기 산소가 혼합되어, 화염이 발생되는 연소실; 및
    이중관 형태로 내측면이 상기 산소공급관의 외측면과 상기 연소실의 외측면에 결합되고, 내관과 외관 사이에 냉각수가 공급되어, 상기 산소공급관과 상기 연소실을 냉각시키기 위한 냉각장치를 포함하고,
    상기 산소분사홀이 형성된 산소공급관의 하단측 내관은 연소실 측으로 점진적으로 직경이 증가하도록 형성된 것을 특징으로 하는 수냉식 산소자동버너와 분말용융장치를 갖는 연소시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 연소실 일측에 구비되어 화염을 감지하는 화염감지센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수냉식 산소자동버너와 분말용융장치를 갖는 연소시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 화염감지센서는 광전관 또는 UV 센서로 구성되는 것을 특징으로 하는 수냉식 산소자동버너와 분말용융장치를 갖는 연소시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 산소공급관의 내관 일측에 구비되어 상기 산소공급관의 내관으로 분말을 공급하는 분말공급관을 더 포함하는 것을 특징으로 수냉식 산소자동버너와 분말용융장치를 갖는 연소시스템.
  5. 제 1항에 따른 수냉식 산소자동버너와 분말용융장치를 갖는 연소시스템을 이용한 연소방법에 있어서,
    연소가스 유입단을 통해 연소가스 공급관의 내부로 연소가스가 공급되는 단계;
    상기 연소가스공급관에 조립된 압축공기공급관의 압축공기유입단을 통해 압축공기가 상기 압축공기공급관의 내부로 공급되는 단계;
    상기 연소가스 공급관의 하부 개구부를 통해 연소가스가 상기 압축공기공급관의 하부면에 형성된 분사구 측으로 분사되어, 상기 분사구를 통해 연소가스와 상기 압축공기가 분사되는 단계;
    상기 압축공기공급관과 연결된 산소공급관의 산소유입단을 통해 산소가 상기 산소유입단의 내관에 형성된 산소분사홀을 통해 산소공급관의 내부로 공급되는 단계;
    상기 연소가스공급관의 내부에 삽입 설치된 점화장치의 하부끝단에서 점화용연료가 공급되어 점화되는 단계; 및
    상기 산소공급관과 연결된 연소실에서, 상기 연소가스가 연소되어 화염이 발생되는 단계;를 포함하고,
    상기 점화되는 단계에서, 상기 산소공급관과 상기 연소실의 외측에 구비된 냉각장치에 의해 냉각수가 공급되어 수냉식으로 상기 산소공급관과 상기 연소실을 냉각시키기 단계를 포함하고,
    상기 화염발생단계에서, 상기 산소공급관의 내관 일측에 구비된 분말공급관을 통해 상기 산소공급관의 내관으로 분말이 공급되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수냉식 산소자동버너와 분말용융장치를 갖는 연소시스템을 이용한 연소방법.
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