KR101557991B1 - 브라운가스를 이용한 연료의 연소촉진 연소장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 브라운 가스를 이용한 연료의 연소촉진 연소장치 및 방법은, 물 전기분해를 통해 생산되는 브라운가스를 활용하여 화석연료와 같은 이종연료의 연소를 촉진시켜 발열량을 증대시키며 유해배기가스를 저감하도록 하기 위한 장치에 관한 것으로서, 브라운 가스와 이종의 연료를 단계적으로 연소시키기 위한 다단계 연소 방식의 버너 구조를 제공한다. 상기 버너 구조는 1차적으로 산화제인 산소와 연료인 수소가스가 물의 화학당량비로 구성되어 있는 브라운가스를 연소시켜 브라운가스 화염망을 형성하도록 하고 2차로 브라운가스 화염망의 내측에서 공급되는 액상 또는 가스상 화석연료, 바이오 연료, 부생가스 및 저급 화석연료 등의 보조연료 혹은 이종 연료가 공기 또는 산소와 결합하여 연소되도록 하는 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명은 초고온성 및 화염 집중성을 갖는 브라운가스 연소화염에 접촉한 상기 이종연료가 고온의 브라운가스 화염과 반응하여 미립자화 되고 또한, 연소에 필요한 활성화 에너지로 즉시 여기됨으로써 연료의 불완전 연소를 최소화함과 아울러 발열량을 증대시킴으로써 화석연료의 사용을 줄이는 동시에 유해 배기가스를 획기적으로 저감할 수 있는 효과를 제공한다.

Description

브라운가스를 이용한 연료의 연소촉진 연소장치 및 방법{Combustion device using Brown's gas for promoting combustion of the fuel gas and method for the same}

본 발명은 산업용로, 소각로, 화장로, 가열로, 보일러, 스팀 보일러 등의 각종 열 관련 설비에 구비되는 연소장치 및 연소방법에 관한 것이다.

화석연료 고갈 및 고유가 시대를 맞이하여 그 어느 때보다 화석 연료를 보다 효율적으로 사용하고 경제성을 높이기 위해 LNG 등의 화석연료에 수소 가스를 혼합하여 혼소연소시킴으로써 열효율을 높이고 배기가스를 저감하는 등 다양한 연구 개발이 진행되고 있고, 특히 브라운가스(일명, HOH Gas)를 이용한 연소장치가 연소 효율 및 경제성 향상을 실현할 수 있는 대안으로 주목받고 있으나, 환경친화적이고 고에너지 집중성을 갖는 브라운가스의 독특한 연소특성을 십분 활용하지 못하고 있는 실정이다.

종래 브라운가스를 이용한 연소장치는 브라운 가스를 단독으로 사용하는 방식과 브라운 가스를 기존 화석 연료(경유, 벙커-C유, LNG, LPG 등)와 함께 혼합하여 사용하는 방식으로 나눌 수 있다.

등록특허 0843064호는 기존 LNG, LPG, SNG, 석탄화가스 및 화석연료에 물을 전기분해한 수소/산소가스를 부피비로 예혼합한 연료를 도시가스, 산업용가스 및 엔진에 사용하도록 하는 대체 연료에 관한 것이지만, 본 발명과 같이 브라운가스의 연소특성을 활용하여 화석 연료의 연소특성을 향상시키기 위한 기술과는 상이한 발명이다.

등록특허 0833735호는 워터가스와 연료가스의 혼합장치에 관한 것으로서, 물이 포함된 수조를 가열하여 액체연료를 기화시키는 수단으로 기화된 종래 연료가스와 워터가스를 평면의 노즐판에 가스배출 노즐공을 각각 배치하여 혼합가스가 동심원의 축방향으로 평행하게 배출되어 혼합연소 하도록 구성되었으나, 이와 같이 평면적인 동심원으로 배치하여 종래 연료와 브라운가스를 혼합하여 연소되도록 구성하는 것은 상기 등록특허가 의도하는 바대로 워터가스의 부족한 열량을 보충하는 데는 어느 정도 효과가 있지만 여전히 많은 양의 워터가스를 소비해야하고 브라운가스의 화염 직진성 및 국부적으로 열에너지가 집중하는 특성에 의해 종래 화석연료가 연소시 형성되는 넓은 범위의 화염을 브라운가스의 화염과 전체적으로 접촉시켜 연소되도록 구성한 것이 아니므로 상기 워터가스와 화석연료를 혼합한 연료가스의 불안정한 연소를 해결하기에는 구조적인 한계가 있다.

공개특허 2003-0062166호는 브라운가스를 이용하여 물과 기름을 액체 상태로 섞지 않고 물기름을 태우는 연소기에 관한 것으로서, 물 공급관과 기름 공급관을 이중 코일형태의 원통형으로 주변을 감싸도록 구성된 발열부를 도입하여 브라운가스 화염의 진행방향 전단에 형성하여 직접 가열되며, 열을 발산하도록 하여 물과 기름을 기체화 하여 증기상태로 혼합시킨 후 브라운가스 화염으로 연속해서 착화시키는 것이다. 이러한 공개특허 발명은 물과 기름을 일정비율로 혼합한 에멀젼 연료유를 연소시키기는 하나의 연소기로써, 브라운가스 화염을 열원으로 물과 기름을 기화하고 이를 혼합하기 위해 상기 발열부를 구성하되 발열부에 물과 기름을 공급하기 위해 버너 일부에 이중코일 형태의 물과 기름 공급관을 별도로 설치하여 상기 발열부 내의 증기혼합실로 보내도록 하여 물과 기름을 기화시키는 역할을 수행하며 브라운가스에 의해 연속적으로 착화되도록 구성하였으나 그 구조가 복잡하고, 또한, 연료 화염의 중심부에서 물, 기름 공급관이 화염과 직접 접촉하도록 구성되어 열에 의한 부식, 변형 등의 손상을 입기 쉽고 특히, 상기 발열부는 브라운가스 화염의 흐름을 방해하지 않도록 화염과 접촉하는 일측을 콘 형상으로 구성 하였으나 초고온의 브라운가스 화염의 유효 범위에 직접 접촉하게 되면 재료의 용융 및 변형에 의한 손상이 발생하게 되므로 브라운가스 유효화염에서 일정간격을 두고 약화된 화염으로 가열해야 하며 또한, 브라운가스 화염가이드 내부로 공기를 공급하여 브라운 가스버너의 손상을 방지하고자 하였으나, 이것 역시 공기와 브라운가스가 예혼합되어 브라운가스의 화염 특성을 약화시키게 되므로, 최종적으로 브라운가스 버너와 화염가이드 사이로 형성되는 브라운가스 화염 분출구 주위의 상기 발열부에서 증기상태로 혼합된 물기름 연료를 공급하여 연소시키더라도 연소촉진 역할을 기대할 수 없고 연속적으로 물기름 혼합가스를 착화하는 역할과 증기상태로 혼합하기 위한 수단으로만 작용하게 되는 것이다.

등록특허 5000251호는 오일버너에 브라운가스 연소촉진용 인젝터를 버너와 별도로 설치하고, 브라운가스 인젝터의 센터 라인이 오일버너의 센터 라인과 일정각을 이루면서 서로 만나 형성되는 삼각정점이 오일 노즐팁에서 가능한 가까운 일정 지점에 위치하도록 구성되어 불완전 연소 부분을 해소하고자 하는 발명이다.

하지만 이러한 특허발명은 버너의 연소 영역의 중심에 브라운가스를 부분적으로 공급하여, 오일 버너를 통해 공급되는 화석 연료를 연소하기 때문에 브라운가스가 공급되는 중심 영역을 제외한 다른 영역의 연료 부분에서 불완전 연소가 여전히 발생하게 되어, 보다 높은 연소 효율을 기대하기는 어렵고 또한, 브라운가스 인젝터가 오일 버너와는 별도로 일측에 추가 구성되므로, 전체적으로 연소장치의 구성이 복잡해지는 문제점이 있다.

등록특허 10-0573310호는 버너 노즐의 각각의 연료 분사구에 일정한 각도를 주기는 하였으나 화염의 폭을 넓히거나 균일하게 하기 위함이고 또한, LPG, LNG 등의 보조연료를 수소산소 혼합가스와 버너 외측에서 별도의 혼합기를 두어 상기 보조연료 및 수소산소 혼합가스를 예혼합하여 연소시켜 수소산소 혼합가스의 발열량을 높이고자 하였으나 브라운가스의 연소특성을 충분히 활용하였다고 할 수 없는 것이다.

공개특허 2003-35781호는 버너 몸체의 중앙부에 화염의 역화를 방지하는 수단으로써 다공체가 포함된 브라운가스만을 단독 연료로 하는 분사구가 형성되고, 버너 몸체의 외곽에 버너 타일이 씌워지는 구조로 형성된다. 상기한 바와 같은 공개특허 발명은, 높은 발열량이 요구되거나 화염 폭을 확대할 필요성이 있는 통상의 연소용 기구에는 적합하지 않은 문제점이 있다.

종래 전해액, 양이온교환막(PEM) 또는 고체전해막 등의 방식에 의한 물 전기분해 또는 고온 열분해 등을 통해 수소와 산소가 물의 화학당량비로 혼합되어 생산되는 브라운가스(일명, HOH Gas)는 자체 화염의 유효 불꽃 범위의 폭이 상당히 협소하며 고에너지 화염 집중성을 갖는 바, 상기 종래 발명들과 같이 화석연료와 브라운가스를 단순히 혼합하여 연소시키는 방식은 상기 브라운가스의 독특한 연소특성을 활용하여 이종연료 또는 보조연료로써 화석연료의 연소 작용을 촉진하는 목적이라 할 수 없으며 다만, 제한적으로 브라운가스에 포함된 수소 가스가 가지는 열량만큼 발열량을 증대시키거나 배기가스를 저감시키는데 일조를 하나, 여전히 브라운가스의 사용을 최소화하여 연료의 연소효율 및 발열량을 효과적으로 높이거나 유해배기가스를 획기적으로 저감시키는데 한계가 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 브라운가스를 활용하여 화석연료를 포함하는 연료의 연소를 촉진시키기 위해, 브라운가스와 이종의 연료(브라운가스와 혼합되거나, 브라운가스 이외의 연소 가능한 연료)를 단계적으로 연소시키기 위한 다단계 연소방식의 버너를 갖는 연소장치와 연소방법을 제공한다.

본 발명은 브라운가스의 연소 화염 에너지를 이용하여 바이오 연료, LNG, LPG, 중유, 경유 등의 각종 화석 연료와 미분탄 등의 분체연료, 합성연료, 부생가스, 매립가스, 폐유, 폐식용유 또는 브라운가스와 이들의 혼합연료 등의 각종 저급 연료를 포함하는 이종의 연료(이하 '연료'또는 '이종연료'라 한다.)를 미립자화 및 활성화(여기)시킨 상태에서 연소시키기 위해, 브라운가스의 화염망(Flame Mesh)을 형성하도록 하는 단계; 이후에 브라운가스 화염망 내부에서 연료가 접촉하여 연소를 촉진하는 효과가 극대화 되도록 버너의 노즐을 단계적으로 구성함으로써, 최소량의 브라운가스를 사용하여 연료의 불완전 연소를 최소화하며, 다이옥신, NOx, SOx, COx, HCl, Char 등의 유해배기가스를 저감하는 한편, 저급연료의 발열량 증대 및 연료의 연소 효율을 향상시키고 또한, 연료를 절감함으로써 경제성을 높일 수 있는 브라운가스를 이용한 연료의 연소촉진용 연소장치 및 방법을 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 브라운가스를 이용한 연료의 연소촉진용 연소장치는, 연소 장치를 구성하는 노즐의 센터축을 중심으로 다수의 분사구가 동심원형으로 배치되고, 상기 센터축의 일측을 정점으로 소정의 각도를 유지하여 콘형상이 되도록 브라운가스를 분사하는 브라운가스 분사부(제2분사부)와; 상기 브라운가스 분사부의 내측에서 브라운가스 분사부에서 형성되는 콘형의 화염과 접촉하며, 중심부를 관통하여 외부로 연료를 분사하도록 방사형으로 배치된 다수의 분사구를 포함하는 이종연료 분사부(제1분사부)와; 상기 이종연료 분사부 외곽에는 방사형으로 분사된 연료가 브라운가스 화염의 열에 의해 미립자화 되고 활성화(여기)된 상태에서, 공기 또는 산소와 접촉하여 연소되도록 하는 에어 분사부(제3분사부)를 포함한 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 노즐의 각 분사부는 다층형으로써 센터축의 진행방향으로 순차적으로 배열될 수 있으며, 먼저 상기 브라운가스 분사부는 상기 이종연료 분사부의 후방에서 위치하여 동심원의 다수의 브라운가스 분사구에서 브라운가스를 분사하고 착화수단에 의해 점화되어 콘형상의 브라운가스 화염망을 형성할 수 있도록 구성하고, 상기 브라운가스 분사부의 내측에서 소정의 거리를 두고 다수의 분사구를 동심원으로 배치하는 이종연료 분사부를 방사형으로 구성하여 브라운가스 화염망과 접촉하면서 분사되도록 하고, 상기 방사형으로 분사된 연료는 브라운가스 분사부의 외측에 배치된 에어분사부에서 공급된 공기와 결합하여 연소되도록 구성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 브라운가스 분사부는 메쉬(Mesh) 형태의 커튼형, 원뿔형으로써 콘형(Cone Type) 또는 상기 센터축의 일측을 정점으로 회전하면서 진행하는 헬리컬(Helical) 콘형 등 다양한 변형이 가능하며, 상기 콘형의 브라운가스 화염망의 정점(P)은 브라운가스 화염의 유효불꽃 범위 내에서 형성되도록 하는 것이 바람직하며, 또한, 상기 원뿔형의 브라운가스 화염망은 동심원으로 배치된 다수의 분사구를 센터축을 중심으로 적어도 하나 이상 다중으로 배치하거나 조밀하게 구성함으로써, 이를 통해 더욱 치밀한 브라운가스 화염망이 형성되도록 하여 상기 이종연료가 브라운가스 화염과 접촉되는 시간과 횟수를 증가시켜 연소 효율을 더욱 높이는 것이 가능하다.

또한, 상기 정점(P)을 통해 닫힌 형태의 콘형의 브라운가스 화염망은 본 발명의 연소장치에서 연소되는 연료의 심층부 불꽃을 형성하며, 외부공기가 콘형의 브라운가스 내부로 유입되어 브라운가스의 연소를 방해하는 것을 예방하는 동시에 연료의 연소촉진 효과를 저해하지 못하도록 하는 이점이 있다.

또한, 상기 이종연료는 분사구를 통해 분사되기 전 버너노즐 내부 또는 노즐 전의 공급 경로 상에서 산화제인 외부 공기 또는 산소와 예혼합 형태로 공급되는 것도 가능하다.

또한, 상기 브라운가스 분사부 및 이종연료 분사부와는 별도로 이들의 중심부에 동심원형태로 다수의 분사구를 가지는 브라운가스, 이종연료, 에어, 물 또는 수증기 등을 공급하기 위한 다목적 분사부를 추가로 구성하는 것도 가능하다.

상기 에어 분사부는 노즐을 포함한 버너의 냉각작용 및 열손상을 줄이기 위해 연소장치 본체 또는 노즐 바디 공급되도록 구성하는 것도 가능하다.

상기한 브라운가스 및 이종연료 분사 구조와는 다르게, 상기 브라운가스 분사부는 방사형 구조로 브라운가스를 확장 분사하면서 연소시킬 수 있도록 구성될 수도 있다. 상기와 같은 연소 장치는 그 끝단에 상기 브라운가스 분사부(제1분사부)의 분사구, 이종연료 분사부(제2분사부)의 분사구, 에어 분사부(제3분사부)의 분사구가 각각 형성되되, 상기 브라운가스 분사구를 중심으로 외곽에서 원주 방향으로 브라운가스의 유효 화염에 의해 형성되는 화염망의 중심부로 분사되도록 상기 이종 연료 분사구가 위치되고, 이 연료 분사구의 외곽에 원주 방향으로 에어 분사구가 위치되게 구성될 수도 있다.

한편, 상기한 브라운가스는 통상의 구성요소를 갖춘 브라운가스 발생장치로부터 생산되어 노즐 공급부에 도입되고, 본 발명의 브라운가스 연소장치의 노즐 내에 배치된 공급 통로를 통해 원주방향으로 배치된 다수의 분사구로 브라운가스를 분사하도록 구성되되, 브라운가스가 보다 안정적으로 공급될 수 있도록 브라운가스 공급경로 상에 분배체가 구비될 수 있다. 이때 분배체는 브라운가스가 충진되는 공간을 형성하되, 브라운가스를 일정한 압력으로 원활하게 분배될 수 있도록 하는 동시에, 브라운가스의 역화를 차단하기 위해 그 내부를 금속, 세라믹 또는 이들의 합금을 소재로 하는 메쉬(Mesh)형 또는 다공성의 충진재로 채워진 형태로 구성할 수 있다.

또한, 대면적의 화염이 요구되는 연소장치의 경우, 상기한 바와 같이 구성되는 다수개의 노즐을 하나의 묶음으로 구성하는 것도 가능하다.

또한, 본 발명의 연소장치는, 버너 노즐의 브라운가스와 이종연료의 연소에 의해 형성되는 화염에 의해 직접 가열되어 고온으로 발열하는 동시에, 화염과 배기가스의 흐름을 조절하거나 재순환되도록 하여 연소를 더욱 촉진하며, 유해배기가스가 접촉하여 열분해 연소되도록 하기 위해 평판형, 콘형 등의 다공성 촉매부재를 버너의 일측, 바람직하게는 노즐의 앞쪽에 구성하는 것도 가능하다.

상기 브라운가스 분사구, 연료의 분사구 및 다목적 분사구는 분사 노즐로써 벤츄리 형태로 구성되어 연료의 흐름을 제어하거나 연료를 분사하여 기체화하는 것도 가능하다.

또한, 상기 브라운가스 분사구에 공급되는 공급관을 벤츄리 형태로 구성하고 상기 이종연료관과 사이펀 플러그 방식으로 연결되어 발생되는 차압 또는 부압에 의해 연료가 원할히 공급되는 것은 물론, 연료가 기화되도록 하는 것도 가능하다.

상기 에어 분사부에 공급되는 에어는 상기 여기된 상태의 이종연료와 결합되도록 구성된 바, 연소에 필요한 최소량의 공기만을 도입하여 연료의 불완전연소를 최소화함으로써, 다이옥신, NOx, SOx, COx 등의 가스상 및 입자상의 유해배기가스의 발생을 저감시키는 것이 가능하다.

상기 연소장치의 버너 노즐 바디에는 냉각수의 유로(미도시)를 형성하여 과열에 의한 버너노즐의 손상을 방지하는 것도 가능하다.

다음, 상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 브라운가스를 이용한 화석연료를 포함하는 이종 연료의 연소방법은, 노즐의 중앙부에 브라운가스를 분사시켜 연소시키는 제1단계와; 상기 제1단계에서 형성된 브라운가스 유효화염 방향으로 이종연료를 분사하는 제2단계와; 상기 제2단계에서 공급된 연료가 브라운가스 화염에서 발생된 고온의 열에 의해 여기된 상태에서 공기 또는 산소를 공급하여 화석연료가 완전 연소되도록 하는 제3단계를 포함한 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 브라운가스 분사부는 상기 이종연료 분사부의 센터축 후방에서 위치하여 착화수단(미도시)에 의해 점화되어 콘형상의 브라운가스 화염망을 형성하도록 구성하는 제1단계와; 상기 브라운가스 분사부의 센터축 전방에 상기 이종연료 분사부를 구성하여 브라운가스 화염망과 접촉하면서 방사형으로 분사되어 브라운가스 유효 화염의 고온의 열에 의해 연료의 미립자화 및 연소 활성화 에너지를 가지도록 구성된 제2단계와; 상기 브라운가스 화염망과 접촉하거나 통과하여 방사형으로 분사된 연료는 에어분사부에서 공급된 공기와 결합하여 불완전연소를 최소화하여 연소효율이 증대되도록 하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 브라운가스를 이용한 연료의 연소촉진용 연소장치 및 방법은, 산화제인 산소와 연료인 수소가스가 물의 화학당량비로 구성되어 있는 브라운가스를 연소시켜 고온의 브라운가스 화염망을 형성하도록 구성한 이후에 상기 브라운가스의 화염망의 내측에서 공급되는 액상 또는 가스상 화석연료, 바이오 연료, 부생가스 및 저급 화석연료 등의 보조연료 혹은 이종 연료가 브라운가스 유효 화염망과 접촉 또는 통과하면서 분사되어 연료를 미립자화 또는 활성화(여기)시킨 상태에서 산소를 공급하여 연소시킬 수 있도록 구성되기 때문에, 초고온성 및 화염 집중성을 갖는 브라운가스 연소화염에 직접 접촉한 상기 이종연료가 고온의 브라운가스 화염과 반응하여 미립자화 되고 또한, 연소에 필요한 활성화 에너지로 즉시 여기됨으로써 연료의 불완전 연소를 최소화하여 유해 배기가스 발생을 억제하는 한편, 전체적으로 연소 효율을 향상시키고, 연료의 발열량을 증대시키는 것은 물론, 연료의 사용을 줄임으로써 경제성을 높일 수 있는 효과가 있다.

이와 같은, 본 발명의 연소장치 및 연소방법은 최근 화석연료 고갈 및 급등하고 있는 고유가 시대를 맞이하여 에너지 효율을 극대화시킴으로써 산업용로, 소각로, 화장로, 가열로, 보일러, 스팀 보일러 등의 각종 열 관련 설비에서 화석연료, 저급 폐유 등의 연료를 연소시키는 버너 등에 다양하게 활용 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 브라운가스를 이용한 연료의 연소촉진 연소장치가 도시된 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 연소장치의 노즐 구조가 도시된 단면 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 노즐의 정면도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 연소장치의 노즐 구조가 도시된 종단면도이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 연소장치의 노즐 구조가 도시된 종단면도이다.
도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 연소장치의 노즐 구조가 도시된 정면도이다.
도 7은 본 발명의 제5실시예에 따른 연소장치가 도시된 구성도이다.
도 8은 도 7에 도시된 연소 장치의 정면도이다.
도 9는 본 발명의 제6실시예에 따른 연소장치가 도시된 구성도이다.
도 10은 도 9에 도시된 연소 장치의 정면도이다.
도 11은 본 발명의 제7실시예가 도시된 구성도이다.
도 12는 본 발명의 제8실시예가 도시된 구성도이다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 브라운가스를 이용한 연료의 연소촉진 연소장치가 도시된 개략적인 구성도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 연소장치는, 편의상 보일러에 적용된 사례를 예시한 것이지만, 이에 한정되는 않고, 버너를 이용한 연소장치에는 폭넓게 적용할 수 있다.

도 1에서 참조 번호 11은 보일러용 버너(20)에 브라운가스를 공급하는 브라운 가스 공급장치이고, 참조 번호 13은 브라운가스 공급장치(13)와 별도로 설치되어 보일러용 버너(20)에 벙커 C유 등을 공급하는 이종연료 공급장치이다. 그리고 참조 번호 15는 버너(20)에 연소용 공기를 공급하기 위한 송풍장치를 나타낸다.

본 발명에서, 버너(20)에 사용되는 연료로 상기에서는 벙커 C유에 대해서 기술하였으나, 벙커 C유외에, 바이오 연료, LNG, LPG, 중유, 경유, 미분탄 등의 각종 화석 연료와 부생가스, 매립가스, 폐유, 폐식용유, 합성연료 또는 이들의 혼합연료 등의 각종 저급 연료 등을 사용하는 것도 가능하다. 즉, 버너(20)에 공급하여 연소시킬 수 있는 연료이면 다양하게 선택하여 적용 가능하며, 본 발명에서는 이종연료로 통칭하여 설명한다.

본 발명에 따른 연소장치는, 이종연료의 연소를 촉진시키기 위해 브라운가스를 활용하여 브라운가스와 이종 연료를 단계적으로 연소시키게 되는데, 이에 대해 도 2 내지 도 11을 참고하여, 상기 버너(20)에 구비되는 노즐(30)을 중심으로 연소장치의 다양한 실시예에 대하여 설명한다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 연소장치의 노즐 구조가 도시된 단면 구성도 및 정면도이다.

제1실시예에 따른 노즐(30A)은, 노즐의 센터축(C)을 중심으로, 이종연료가 분사되는 제1분사부(31), 브라운 가스가 분사되는 제2분사부(32), 산소 또는 공기가 분사되는 제3분사부(33)가 반경 방향으로 차례로 위치되게 형성된다.

상기 각각의 분사부(31)(32)(33)는 노즐 바디(41)42)에 각각 형성되는 분사 통로로 이루어진다. 여기서 노즐 바디(41)(42)는 제2 및 제3분사부(32)(33)가 형성되어 있는 노즐 바디(42)의 중앙부에 제1분사부(31)가 형성된 노즐 바디(41)가 일체형으로 결합된 구성으로 이루어지는 것이 바람직하다.

특히, 상기 제1분사부(31)와 제2분사부(32)의 분사 방향은 서로 교차되면서 분사될 수 있도록 구성되는데, 제2분사부(32)는, 노즐(30)의 전방의 어느 한 점을 정점(P)으로 콘형 분사가 이루어지도록 구성되고, 제1분사부(31)는, 상기 제2분사부(32)에서 분사된 브라운가스와 교차하도록 확산형 분사가 이루어지도록 구성된다. 이때, 제1분사부(31)는, 상기 제2분사부(32)에서 분사된 브라운가스와 교차하도록 확산형 분사가 이루어지도록 도 2에 도시된 바와 같이 각 분사구(31a)는 노즐 끝단으로 갈수록 센터(C)에서 점차 멀어지는 방향으로 경사지게 형성되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 제3분사부(33)는, 상기 제1분사부(31)에서 분사된 이종연료가 브라운가스와 교차하면서 브라운가스 화염의 열에 의해 미립자화 되고 활성화된 상태에서, 분사되는 공기 또는 산소와 혼합하면서 연소될 수 있도록, 다수의 분사구들이 배치되어 구성된다. 제3분사부(33)는 바람직하게는 센터축(C)과 평행한 분사 구조를 갖도록 구성할 수 있다.

이와 같은 제1분사부(31), 제2분사부(32), 제3분사부(33)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 각각 다수의 분사구(31a)(32a)(33a)가 센터(C)를 중심으로 원주 방향으로 일정 간격마다 배치되어 구성되는 것이 바람직하다. 이때, 각 분사부(31)(32)(33)의 분사구들(31a)(32a)(33a)은 센터축(C)을 중심으로 반경 방향으로 서로 일치되는 위치에 구성되는 것이 바람직하다. 이는 각 분사부(31)(32)(33)의 분사 물질이 서로 교차됨에 따라 브라운가스 화염에 의한 이종연료의 활성화가 촉진됨과 아울러, 활성화된 이종 연료에 공기(또는 산소)의 공급이 보다 적절하게 이루어질 수 있도록 하기 위한 것이다. 하지만, 각각의 분사구들(31a)(32a)(33a)이 반드시 반경 방향으로 일치되게 구성하는 것에 한정되지 않는다.

각각의 분사부(31)(32)(33)에 대하여 설명한다.

먼저, 상기 제1분사부(31)는, 이종연료가 분사구(31a)를 통해 분사되기 전에 노즐(30)의 내부 또는 이종연료가 공급되는 경로 상에서, 산화제인 공기 또는 산소와 미리 혼합된 상태로 공급될 수 있도록 구성될 수 있다. 이때, 제3분사부(33)를 통해 공기(또는 산소)를 공급하는 구조를 생략하여 구성할 수도 있으나, 제3분사부(33)를 통해 공기(또는 산소)를 함께 공급하는 구조로도 구성하다.

이종연료와 공기(또는 산소)의 혼합 구조는 도면에 예시하지는 않았지만, 통상적인 혼합 구조를 이용하여, 함께 분사되도록 구성될 수 있다.

특별한 방법으로는, 벤츄리 원리를 이용하여, 기화기와 같이 고속으로 공기(또는 산소)를 공급하면서 이종연료도 함께 공급되도록 구성하는 것도 가능하다. 이러한 벤츄리의 원리를 이용한 유체의 혼합 공급 방식은 널리 공지되어 있으므로, 구체적인 예시의 설명은 생략한다.

다음, 상기 제2분사부(32)는, 브라운가스 분사 방향이 모이는 정점(P)은 노즐(30) 센터축(C)의 연장선상에 위치되는 것이 바람직하다.

특히, 도 2에 도시된 바와 같이 제2분사부(32)의 분사구(32a)들은, 노즐(30)의 앞쪽으로부터 상기 제1분사부(31)의 분사구(31a)들 보다 후방에 위치되게 구성되는 것이 바람직하다. 이는 브라운가스가 먼저 착화된 상태에서 화염을 형성하고, 이 전방에서 분사된 이종연료가 브라운가스 화염을 통과하면서 활성화가 촉진되도록 하기 위한 것이다.

또한, 제2분사부(32)는, 제2분사부(32)의 정점(C)으로 중심으로 회전 분사가 이루어지도록 하는 헬리컬(Helical) 콘형으로 구성될 수 있다.

여기서 헬리컬 콘형 분사 구조는 브라운가스가 정점(C)을 향하여 분사되는 구조는 같으나, 분사통로 및 분사구(32a)의 방향이 나선 구조로 이루어짐으로써 브라운 가스의 헬리컬 분사가 가능하도록 구성되는 것이다. 그리고 제2분사부(32)가 헬리컬 콘형 분사 구조를 가질 때, 제1분사부(31)도 헬리컬 콘형 분사 구조에 대응되게 헬리컬 확산형 분사 구조를 갖도록 구성할 수 있다.

한편, 상기와 같은, 각각의 분사부(31)(32)(33)를 갖는 노즐(30A)은 그 앞쪽 둘레에 원통형 또는 확장형 구조를 갖는 버너 가이드(50)가 구비될 수 있다. 이 버너 가이드(50)는 노즐(30A)의 앞쪽으로 돌출되게 설치되어 화염 방향을 안내할 뿐만 아니라, 보다 안정된 연소가 이루어지도록 보호하는 역할을 하게 된다.

또한, 상기 노즐(30A)은, 노즐의 내부에 냉각 유체가 통과하면서 노즐을 냉각시킬 수 있는 냉각 유로가 구비될 수 있다. 이때 냉각 유로는 수냉식, 공랭식 등 실시 조건에 따라 선택하여 구성할 수 있으며, 이들을 조합하여 구성하는 것도 가능하다. 이때 수냉식의 경우에는 노즐 바디(41)(42)에 냉각 유체가 통과하는 통로를 형성하여 구성할 수 있고, 공랭식의 경우도 마찬가지로 노즐 바디(41)(42)에 별도의 통로를 형성하여 냉각 공기가 통과하도록 구성할 수 있으나, 제3분사부를 이용하여 구성하는 것도 가능하다.

상기한 바와 같은 본 발명의 제1실시예에 따른 노즐(30)을 이용한, 본 발명에 따른 연소 방법의 일 실시예에 대하여 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 연소 방법은 다음과 같다.

먼저, 노즐(30A)의 제2분사부(32)를 통해 브라운가스를 분사시켜 연소시킨다.

이때, 브라운가스를 분사하는 제2분사부(32)는 이종연료를 분사하는 제1분사부(31)의 후방에 위치된 상태에서, 착화수단(미도시)에 의해 점화됨으로써 콘 형상의 브라운가스 화염망을 형성하게 된다.

이와 같이 브라운가스 화염망이 형성된 상태에서 노즐의 브라운가스 유효화염 방향으로 제1분사부(31)를 통해 이종연료를 분사한다.

이때, 제1분사부(31)를 통해 방사형 확산 구조로 분사되는 이종연료는 브라운가스 화염망과 접촉하면서 브라운가스 유효 화염의 고온의 열에 의해 미립자화 되는 동시에 연소 활성화를 위한 에너지를 흡수하게 된다.

이와 같이 제1분사부(31)를 통해 분사된 이종연료가 브라운가스 화염에서 발생된 고온의 열에 의해 활성화(여기)된 상태에서, 제3분사부(33)를 통해 이종연료 분사 방향으로 공기(또는 산소)를 공급하게 되면, 이종연료의 완전 연소가 이루어져 연소 효율을 극대화시킬 수 있게 된다.

즉, 이종연료가 방사형 확산 구조로 분사되면서 브라운가스 화염망과 접촉하거나 통과한 후에 제3분사부(33)를 통해 공급된 공기(또는 산소)와 결합하면서 연소됨에 따라, 이종연료의 불완전연소를 최소화하여 연소효율의 증대를 꾀할 수 있게 되는 것이다.

이하, 상기한 제1실시예의 기본 구조를 이용한 본 발명의 다양한 다른 실시예들을 설명한다. 다른 실시예들을 설명함에 있어서, 전술한 제1실시예와 동일 유사한 구조에 대해서는 도면에 동일한 참조 번호를 부여하고, 반복 설명을 생략한다.

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 연소장치의 노즐 구조가 도시된 종단면도이다.

본 발명의 제2실시예에서는, 노즐(30B)이 전술한 제1실시예의 제1분사부(31), 제2분사부(32), 제3분사부(33) 등이 동일하게 구성되나, 이들 분사부와(31)(32)(33)는 별도로 브라운가스, 이종연료, 공기, 물 또는 수증기 중 적어도 어느 하나 이상이 분사될 수 있도록 하는 다목적 분사부(34)가 추가로 구성된다.

이러한 다목적 분사부(34)는, 연소장치의 사용 조건에 따라 추가 연료 또는 유체를 적절하게 선택하여 연소장치를 보다 다양하게 사용할 수 있도록 함과 아울러 연소 특성도 다양하게 변화시킬 수 있도록 하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 제2실시예에서는, 브라운가스가 공급되는 제2분사부(32)의 경로 상에 브라운가스가 충진되는 충진 공간(34)이 형성할 수 있다.

이때, 충진 공간(34) 내에는 금속, 세라믹 또는 이들의 합금을 소재로 하는 메쉬(Mesh)형 또는 다공성의 충진재(45) 등을 채워서 구성할 수 있다.

도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 연소장치의 노즐 구조가 도시된 종단면도이다.

본 발명의 제3실시예에서는, 전술한 제2실시예의 구성과 기본적으로 유사하나, 노즐(30C)의 전방에 다공성 촉매부재(60)가 더 설치된다.

다공성 촉매부재(60)는 버너 가이드(50)의 안쪽에 고정되게 설치되는 것이 바람직하며, 도면에서와 같이 중앙부가 앞쪽으로 볼록하게 돌출된 콘 모양으로 형성될 수 있다. 물론, 콘형 구조 외에 평판형 사각 모양 등 필요에 따라 형상을 다양하게 변형시켜 적용할 수 있다.

이러한 다공성 촉매부재(60)는, 노즐(30C)의 브라운가스와 이종연료가 연소되면서 발생되는 화염에 의해 직접 가열되어 고온으로 발열하는 동시에, 화염과 배기가스의 흐름을 조절하거나 재순환되도록 하여 연소를 더욱 촉진하는 기능을 하게 되며, 유해배기가스가 접촉하여 열분해 연소되도록 하기 위해 설치되는 것이다.

도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 연소장치의 노즐 구조가 도시된 정면도이다.

본 발명의 제4실시예는, 노즐(30D)이 전술한 제1 내지 제3실시예에 예시된 바와 같은 본 발명에 따른 노즐(30) 복수개를 하나의 묶음으로 배치하여 구성한 실시예를 나타낸 것이다. 이때, 각각의 노즐(30)에 구비되는 버너 가이드(50)는 생략될 수 있고, 전체 노즐의 외곽에 하나의 버너 가이드(50')만 구성되는 것이 바람직하다.

도 6에서는 3개의 노즐(30)이 하나의 묶음으로 배치되어 구성된 실시예를 나타내었으나, 노즐(30) 개수는 2개, 4개 또는 그 이상으로 다양하게 구성할 수 있다.

이와 같은 연소장치는, 최외곽에 전체 노즐(30)을 하나로 구성하기 위해, 도면에서와 같이 케이스체(70)가 구성될 수 있다. 물론, 케이스체(70)와 위에서 설명한 버너 가이드(50')를 일체형으로 구성하는 것도 가능하다.

이와 같이 다수의 노즐(30)을 하나의 묶음 구조로 구성하게 되면, 대면적 화염 연소가 필요한 경우, 또는 버너(20)의 열용량 증대가 필요한 경우에 이용할 수 있다.

한편, 상기에서는 제2분사부(32)를 통해 브라운가스가 콘모양으로 분사되고, 제1분사부(31)를 통해 이종연료가 방사형으로 분사되는 구조에 대하여 설명하였으나, 이와 반대로, 제1분사부(31)를 통해 브라운 가스가 분사되고, 제2분사부(32)를 통해 이종연료가 분사되게 구성할 수도 있다.

즉, 도 2를 참조하면, 노즐(30)의 센터축(C)을 중심으로, 브라운 가스가 분사되는 제1분사부(31), 브라운 가스를 제외한 분사 가능한 연료(이하 '이종연료'라 함)가 분사되는 제2분사부(32), 산소 또는 공기가 분사되는 제3분사부(33)가 반경 방향으로 차례로 위치되게 구성된다. 이때 상기 제1분사부(31)는. 방사형 구조로 브라운가스를 확장 분사하면서 연소시킬 수 있도록 구성되고, 상기 제2분사부(32)는, 브라운가스의 유효 화염에 의해 형성되는 화염망의 중심부로 분사되도록 구성된다.

제3분사부의 경우에는 반드시 필요한 구성은 아니며, 제1실시예에서 설명한 바와 같이, 이종연료와 공기(또는 산소)와 미리 혼합한 상태에서 제2분사부를 통해 구성하는 것도 가능하다.

이하, 상기한 본 발명의 여러 실시예들과 유사한 구조를 갖는 본 발명의 다른 여러 실시예들을 설명한다.

도 7은 본 발명에 따른 연소장치의 제5실시예가 도시된 구성도이고, 도 8은 도 7에 도시된 연소 장치의 정면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제5실시예는, 하나의 노즐 바디(100)에, 브라운가스 분사부(110), 이종연료 분사부(120), 에어 분사부(130)가 각각 형성되어 구성된다.

먼저, 노즐 바디(100)는, 도 7에서 단일 바디에 에어 분사부(130)를 구성하기 위한 에어 바디(105)가 결합된 구성을 보여준다. 물론, 브라운가스 분사부(110)를 구성하는 바디에 이종연료 분사부(120) 및 에어 분사부(130)를 별도로 구성하여 상호 조립하여 일체형으로 구성하는 것도 가능하다.

다음, 브라운가스 분사부(110)는, 노즐 바디(100)의 중앙부에 긴 공급 통로로 형성되고, 노즐 바디(100)의 끝단부에 위치된 브라운가스 분사구(111)를 통해 연소 장치의 센터와 일치하는 방향으로 브라운가스를 분사하면서 연소시킬 수 있도록 구성된다.

이러한 브라운가스 분사부(110)는, 브라운가스 공급장치를 통해서 브라운가스를 공급받게 되는데, 브라운가스 공급장치는 통상적으로 이용되는 브라운가스 발생기와 이 브라운가스 발생기에서 발생된 브라운가스를 본 발명의 브라운가스 분사부(110)로 공급할 수 있도록 구성된다.

이를 도면을 참조하여 간단히 설명한다.

브라운가스 공급장치(200)는, 물 전기분해시 생산되는 브라운가스를 상기 브라운가스 분사부(110)에 공급할 수 있도록 구성된 것으로서, 물(212)을 전기 분해하여 브라운가스(213)를 발생시킬 수 있도록 물이 담긴 수조(211)에 전극(215)들이 배치된 구성으로 이루어진다. 참조 번호 214는 수조(211) 내의 전극(215)에 전기를 제공하는 전원을 나타낸다.

이러한 브라운가스 공급장치(200)는 상기 브라운가스 분사부(110)에 브라운가스를 공급하기 위해 가스 라인(218)이 구비되는데, 이 가스 라인(218) 상에는 습식 필터(216), 건식 필터(217), 역화 방지기(219), 가스 혼합기(220), 가스유량조절기(221) 등이 주요하게 구성될 수 있다. 물론, 실시 조건에 따라 가스 라인(218)에 구성되는 요소를 일부 삭제하여 구성되거나, 또 다른 구성 요소를 추가하여 구성할 수 있다.

이와 같은 브라운가스 공급장치(200)로부터 브라운 가스를 공급받는 브라운가스 분사부(110)는 노즐 바디(100)의 후방에서 브라운가스에 공기 또는 산소를 혼합하여 공급할 수 있도록 에어 혼합기(113)를 설치하는 것도 가능하다. 물론, 노즐 바디(100)에 별도의 라인을 통해 노즐 바디(100)의 출구 쪽 끝단에서 공기 또는 산소를 공급할 수 있도록 구성하는 것도 가능하다.

또한, 도면에 예시하지는 않았지만, 노즐 바디(100)를 냉각하기 위한 냉각부를 추가로 구성할 수도 있다. 이때 냉각부는 노즐 바디(100)의 내측에 냉각 통로를 형성하고, 이 냉각 통로 내부로 냉각 유체가 순환하도록 구성하여 브라운가스 분사부(110)를 중심으로 노즐 바디(100)를 냉각시킬 수 있도록 구성할 수 있다.

다음, 이종연료 분사부(120)는, 화석 연료를 포함하여 바이오 연료, 부생가스, 매립가스, 폐유, 폐식용유 또는 이들의 혼합연료 등의 각종 저급 연료를 포함하는 이종연료를 분사하는 부분으로서, 상기 브라운가스 분사부(110)의 주변에 배치되어 상기 브라운가스 분사부(110)의 앞쪽에 형성되는 브라운가스 화염 방향으로 화석 연료를 공급할 수 있도록 배치되어 구성된다.

이를 위해, 상기 이종연료 분사부(120)는 도 8에 도시된 바와 같이 상기 브라운가스 분사구(111)를 중심으로 복수개의 이종연료 분사구(121)가 방사형 구조로 배치되어 브라운가스 화염 방향으로 화석 연료를 분사할 수 있도록 구성된다. 이때, 이종연료 분사구(121)의 모양 및 배치는 실시 조건에 따라 다양하게 변경할 수 있다.

이종연료를 브라운가스 화염방향으로 집중시켜 분사함으로써 이종연료가 착화되기 전에 브라운가스 화염에 의해 활성화(여기)된 상태로 변화되고, 이와 같은 상태에서 착화되어 브라운가스와 함께 연소됨에 따라 완전 연소가 가능해지게 된다.

상기와 같은 이종연료 분사부(120)에 이종연료를 공급하는 이종연료 공급장치(125)는 화석연료를 공급하는 경우에, 일반적으로 버너 등의 연소장치에 화석연료를 공급하는 구조를 채택하여 이용할 수 있다.

다음, 에어 분사부(130)는, 상기 이종연료 분사부(120)에서 공급된 이종연료가 브라운가스 화염의 열에 의해 여기된 상태에서 공기 또는 산소를 공급하여 이종연료가 완전 연소될 수 있도록 배치되어 구성된다.

이를 위해, 에어 분사부(130)는 노즐 바디(100)의 끝단으로부터 상기 이종연료 분사구(121)에서 분사된 이종 연료의 집중점보다 먼 쪽에서 공기 또는 산소가 집중되도록 분사할 수 있게 구성되는 것이 바람직하다.

이에 따라, 노즐 바디(100)의 끝단부에 상기 브라운가스 분사구(111), 이종연료 분사구(121), 에어 분사구(131)가 각각 형성되는데, 상기 브라운가스 분사구(111)를 중심으로 원주 방향으로 상기 이종연료 분사구(121)가 위치되고, 이 이종연료 분사구(121)의 외곽에 원주 방향으로 에어 분사구(131)가 위치되는 구성으로 이루어진다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 연소장치의 제5실시예는, 노즐 바디(100)의 브라운가스 분사부(110)를 통해 브라운가스를 분사시켜 연소시키고, 이종연료 분사부(120)를 통해 브라운가스 화염 방향으로 이종연료를 분사하여 브라운가스 화염에서 발생된 열에 의해 화석연료를 여기시킨 상태에서, 에어 분사부(130)를 통해 공기(또는 산소)를 공급하여 화석연료 등을 연소시킴으로써 브라운가스 연료와 함께 이종 연료가 완전 연소될 수 있게 된다.

여기서 화석연료가 브라운가스 열에 의해 여기상태(excited state)로 변화된다는 것은 화석연료가 브라운가스 화염 쪽으로 분사될 때 브라운가스의 연소열에 의해 가열되면서 화석연료 분자(일반적으로 탄화수소(C, H) 계열의 분자)들이 에너지를 흡수하게 되고, 이때 화석연료의 분자 운동이 활발해지면서 여기되는 상태로 변화되는 것이다. 이와 같이 여기상태로 변화된 화석연료는 주변에 산소가 집중 공급될 경우에 브라운가스 열에 의한 고온 분위기하에서 연소되게 되므로, 산소와의 결합이 원활하게 진행되면서 완전 연소가 이루어질 수 있게 되는 것이다.

도 9는 본 발명에 따른 연소장치의 제6실시예가 도시된 구성도이고, 도 10은 도 9에 도시된 연소 장치의 정면도이다.

본 발명의 제6실시예에서는, 전술한 제5실시예의 구성과 기본적으로 유사하나, 브라운가스, 이종연료, 공기 등의 분사 방향이 다르게 구성된다.

즉, 브라운가스 분사부(110)는 방사형 구조로 브라운가스를 확장 분사할 수 있도록 구성되고, 이종연료 분사부(120)는 대략 직진형 구조로 이종연료를 분사할 수 있도록 구성된다. 그리고 에어 분사부(130)는 이종연료 방향으로 경사지거나 직진형 구조를 갖도록 구성할 수 있다.

이에 따라, 브라운가스 분사구(111')는 도 10에서와 같이 다수의 분사구가 확장형 구조로 형성되어 있고, 그 주변에 이종연료 분사구(121')들이 배치되며, 이종연료 분사구(121')의 외곽에 에어 분사구(131')들이 배치되는 구성으로 이루어진다. 이때, 브라운가스 분사구(111), 이종연료 분사구(121), 에어 분사구(131)는 각각 반경 방향으로 서로 일치되도록 구성되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 브라운가스 분사구(111')는, 방사형 구조로 브라운가스를 확장 분사하면서 연소시킬 수 있도록, 도 9 및 도 10에 예시된 바와 같이 노즐의 센터축을 중심으로 다수의 분사구(111')가 배치됨과 아울러 각 분사구(111')는 노즐 끝단으로 갈수록 센터축에서 점차 멀어지는 방향으로 경사지게 형성되는 것이 바람직하다.

도 11은 본 발명에 따른 연소장치의 제7실시예가 도시된 구성도이다.

본 발명의 제7실시예는, 노즐 바디(100A)에 브라운가스 분사부(110A)가 구성되고, 노즐 바디(100A)의 둘레에 이종연료 노즐 장착부(160)가 구성되어, 다수개의 이종연료 분사노즐(120A)이 결합되는 구성으로 이루어진다.

이러한 제7실시예의 기본적인 작용도 전술한 제5실시예와 동일하게 이루어지므로, 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.

다만, 본 실시예에서는 노즐 바디(100A)의 내부에 브라운가스 분사부(110A) 둘레에 냉각 통로(150)가 형성된 구조를 보여준다. 참조번호 151은 냉각유체 공급부를 나타낸다.

또한, 도 11에서는 에어 분사부가 별도로 도시되어 있은 이유는 실시 조건에 따라서는 에어 분사부를 생략할 수도 있기 때문이다. 이는 브라운가스 분사부(110A)에 에어를 함께 혼합하여 공급하고, 이종연료는 주변 공기에 의해 연소될 수 있도록 구성하는 것도 가능하기 때문이다. 하지만 이종연료를 보다 높은 연소 효율로 연소시키기 위해서는 전술한 제5실시예 및 제6실시예에서와 같이 에어 분사부를 추가로 구비하는 것이 바람직하다.

도 12는 본 발명의 제8실시예가 도시된 구성도이다. 참고로, 도 1과 동일 유사한 구성 부분에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여한다.

본 발명의 제8실시예에 따른 연소장치는, 브라운가스가 분사되는 브라운가스 분사부(32)가 센터축(C)을 중심으로 하나의 큰 홀 즉, 대구경 단독 분사구을 갖는 구조로 이루어지고, 이 분사구의 중심에 이종연료가 분사되는 이종연료 분사부(31)가 위치되는 구성으로 이루어진다.

즉, 본 발명의 제8실시예의 연소장치의 노즐(30E)은, 대구경 단독 분사구를 통해 브라운 가스가 분사되는 브라운가스 분사부(32)와, 이 브라운가스 분사부(32)의 내부에 위치되어 브라운가스 유효 화염망을 통과하여 분사된 후에 연소되도록 이종연료가 분사되는 이종연료 분사부(31)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 이종연료는 이종연료 분사부(31)를 통해 분사되기 전에 산화제와 예혼합된 후에 분사되거나, 도면에 예시된 바와 같이, 별도의 에어 분사부(33)에서 분사되는 산소 또는 공기와 결합하여 연소될 수 있도록 구성될 수 있다.

또한 이종연료 분사부(31)는 하나의 통형 분사 구조로 갖도록 구성되거나 다수의 홀을 방사형 구조로 배치되게 구성될 수 있다. 다만, 이종연료 분사부(31)는 브라운가스 유효 화염망을 통과한 후에 연소되도록 확산 분사가 이루어지도록 구성되는 것이 바람직하다.

도 12에서 참조 번호 38은 브라운가스 분사부(32) 내에 이종연료 분사부(31)를 지지하는 지지대를 나타내고, 참조 번호 33은 공기 또는 산소를 공급하는 에어 분사부를 나타낸다. 이 에어 분사부는 필요에 따라 생략하여 구성하는 것도 가능하다. 이외의 구성은 전술한 본 발명의 제1실시예의 구성과 동일 유사하게 이루어질 수 있으므로 그에 대한 반복 설명은 생략한다.

본 발명은, 브라운가스가 연소되어 화염망을 형성한 이후에 이종연료가 브라운가스의 유효 화염망을 통과하거나 접촉하도록 하여 연소촉진 작용을 일으키도록 구성하는 연소장치와 방법에 관한 것으로서 특히, 연소시 외부 산화제가 요구되지 않는 브라운가스의 연소 화염내부에서 상기 이종연료가 분사되어 연소되도록 구성함으로써 연료의 연소촉진 작용을 통해 연소효율을 높이며 배기가스를 저감하는 효과를 제공하는 것이다. 상기한 본 발명의 각 실시예에서 설명한 기술적 사상들은 각각 독립적으로 실시될 수 있으며, 서로 조합되어 실시될 수 있다. 또한, 본 발명은 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 실시예를 통하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (17)

1. 노즐의 센터축을 중심으로, 브라운가스 이외의 연료 또는 브라운가스와 혼합된 연료(이하 '이종연료'라 함)가 분사되는 제1분사부, 브라운 가스가 분사되는 제2분사부, 산소 또는 공기가 분사되는 제3분사부가 반경 방향으로 차례로 형성되되,
   상기 제2분사부는, 노즐의 전방의 어느 한 점을 정점으로 콘형 분사가 이루어지도록 구성되고,
   상기 제1분사부는, 상기 제2분사부에서 분사된 브라운가스와 교차하도록 확산형 분사가 이루어지며,
   상기 제3분사부의 분사방향은 상기 제1분사부 에서 분사된 이종연료가 브라운가스의 화염을 통과한 후에 제3분사부에서 분사된 공기 또는 산소와 접촉하면서 연소될 수 있도록,
   노즐의 센터축을 중심으로 다수의 분사구가 배치됨과 아울러 각 분사구는 노즐 끝단으로 갈수록 센터축에서 점차 멀어지는 방향으로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는
   브라운가스를 이용한 연료의 연소촉진 연소장치.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2분사부의 정점은 노즐 센터축의 연장선상에 위치하되, 브라운가스의 유효화염 거리 내에서 형성되도록 위치된 것을 특징으로 하는 브라운가스를 이용한 연료의 연소촉진 연소장치.
   
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2분사부는, 제2분사부의 정점으로 중심으로 회전 분사가 이루어지도록 하는 헬리컬(Helical) 콘형 분사 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 브라운가스를 이용한 연료의 연소촉진 연소장치.
   
6. 삭제
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8. 청구항 1 , 청구항 3, 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1분사부 및 제2분사부는, 각각 다수의 분사구가 원주 방향으로 일정 간격마다 배치되어 적어도 하나 이상 구성된 것을 특징으로 하는 브라운가스를 이용한 연료의 연소촉진 연소장치.
   
9. 청구항 1 , 청구항 3, 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 각각의 분사부는, 다수의 분사구가 원주 방향으로 일정 간격마다 배치되어 구성됨과 아울러, 각 분사부의 분사구들은 센터축을 중심으로 반경 방향으로 서로 일치되는 위치에 구성된 것을 특징으로 하는 브라운가스를 이용한 연료의 연소촉진 연소장치.
   
10. 삭제
11. 청구항 1 , 청구항 3, 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노즐의 앞쪽 둘레에는 원통형 또는 확장형 구조를 갖는 버너 가이드가 구비된 것을 특징으로 하는 브라운가스를 이용한 연료의 연소촉진 연소장치.
    
12. 청구항 1 , 청구항 3, 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노즐은 상기 브라운가스가 공급되는 경로 상에 브라운가스가 충진되는 충진 공간이 형성된 것을 특징으로 하는 브라운가스를 이용한 연료의 연소촉진 연소장치.
    
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 충진 공간 내에는 금속, 세라믹 또는 이들의 합금을 소재로 하는 메쉬(Mesh)형 또는 다공성의 충진재가 채워져 구성된 것을 특징으로 하는 브라운가스를 이용한 연료의 연소촉진 연소장치.
    
14. 청구항 1 , 청구항 3, 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노즐은 복수개가 하나의 묶음으로 배치되어 구성된 것을 특징으로 하는 브라운가스를 이용한 연료의 연소촉진 연소장치.
    
15. 청구항 1 , 청구항 3, 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노즐의 전방에는 다공성 촉매부재가 설치된 것을 특징으로 하는 브라운가스를 이용한 연료의 연소촉진 연소장치.
    
16. 청구항 1 , 청구항 3, 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노즐은 냉각 유체가 통과하는 냉각 유로가 구비된 것을 특징으로 하는 브라운가스를 이용한 연료의 연소촉진 연소장치.
    
17. 청구항 1 , 청구항 3, 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 브라운가스를 이용한 연료의 연소촉진 연소장치를 이용한 연소 방법으로서,
    상기 제2분사부를 통해 브라운가스를 분사하여 콘형상의 브라운가스 유효 화염망을 형성하는 제1단계와;
    상기 제1분사부의 분사구들은, 노즐의 앞쪽으로부터 상기 제2분사부의 분사구들보다 전방에 위치된 상태에서, 제1분사부를 통해 이종연료를 분사하여 상기 제1단계에서 형성된 브라운가스 화염망과 접촉하면서 방사형으로 분사되어 브라운가스 유효 화염의 고온의 열에 의해 연료의 미립자화 및 연소 활성화 에너지를 가지도록 하는 제2단계와;
    상기 제2단계를 통해 브라운가스 화염망과 접촉하거나 통과한 이종연료에 에어 분사부를 통해 공기 또는 산소를 공급하여 이종 연료를 연소시키는 제3단계를 포함한 것을 특징으로 하는 브라운가스를 이용한 연료의 연소촉진 연소방법.
    

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