KR101786375B1 - 환형 연소기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예는 내통에서 연소에 의해 발생된 연소열이 외통으로 전달되는 것을 차단되도록 구조를 개선한 환형 연소기를 제공하는 것으로, 본 발명의 일 측면에 따른 환형 연소기는 연료공급부와, 상기 연료공급부의 상부에 제공되는 공기공급부를 포함하는 환형 연소기에 있어서, 상기 공기공급부는 내부에 연소 공간이 형성되는 내통; 상기 내통의 외측을 감싸도록 제공되며, 일측면에 제공된 공기유입부를 통해 상기 내통과의 사이로 공기가 공급되며 상부와 하부로 분기되는 유로를 형성하는 외통; 및 상기 유로 사이에 제공되어 상기 내통으로부터 복사되어 전달되는 열을 차단하는 복사열차단벽;을 포함한다.

Description

환형 연소기 {Cyclone Combustor}

본 발명은 공기 흐름을 환형으로 회전시키며 공급하는 환형 연소기에 관한 것이다.

일반적으로 산업용 온수, 스팀 또는 고온의 가스를 필요로 하는 산업시설에서는 열에너지를 얻기 위해 연소실 내부에서 연료를 점화, 연소시켜 열에너지를 발생시키는 연소기가 활용되고 있으며, 이러한 연소기에서 사용되는 연료로서 생활폐기물을 연료화한 고형연료 등이 경제성 및 자원재활용 측면에 있어서 많이 이용되고 있다.

이러한 연소기의 일례로, 공기 흐름을 환형으로 회전시키며 공급하는 환형 연소기(cyclone combustor)가 사용되고 있다.

환형 연소기는 연료가 공급되며 연소실이 구비되는 연료공급부와, 연료공급부의 상부에 제공되어 공기를 공급하는 공기공급부를 포함한다.

또한, 공기공급부는 연소가 발생하는 내통과, 이 내통의 외측에 제공되며 공기가 유동하는 유로를 형성하는 외통으로 구성된다.

또한, 공기공급부에 형성된 유로는 상부 및 하부로 분기되어 회전하며 공기를 공급한다. 여기서, 유로에서 상부로 분기되어 공급된 공기는 상단으로 흐른 후, 내통의 벽면을 따라 회전하며 연소기 내부로 유입되고, 이 과정에서 연소열에 의하여 예열되며 바닥까지 내려가게 된다.

또한, 유로에서 하부로 분기되어 공급된 공기는 하부 벽면을 따라 흐른 후, 연료공급부의 연소실 바닥에서 중앙으로 합류되어 연료의 연소공기로 이용된다.

그러나, 이러한 환형 연소기는 공급된 공기에 내통 벽면이 냉각되기는 하지만, 고온의 연소열에 의한 복사열이 내통에 직접적으로 영향을 주고, 내통에 영향을 준 열이 다시 외통으로 복사되며 외통의 벽면 온도를 상승시키고 있으며, 이에 따라 외통의 열적 손상 및 화재나, 기타 사고의 원인이 되고 있다.

따라서, 환형 연소기에서 연소시 발생한 고온의 연소열이 외통에 영향을 주는 것을 방지하기 위한 구조의 개선이 요구되고 있다.

본 발명의 일 실시예는 내통에서 연소에 의해 발생된 연소열이 외통에 영향을 주는 것을 차단되도록 구조를 개선한 환형 연소기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 환형 연소기는 연료공급부와, 상기 연료공급부의 상부에 제공되는 공기공급부를 포함하는 환형 연소기에 있어서, 상기 공기공급부는 내부에 연소 공간이 형성되는 내통; 상기 내통의 외측을 감싸도록 제공되며, 일측면에 제공된 공기유입부를 통해 상기 내통과의 사이로 공기가 공급되는 유로를 형성하는 외통; 및 상기 유로를 제1유로와 제2유로로 구획하도록 제공되되, 상기 유로의 끝단에서는 상기 제1유로와 상기 제2유로가 합쳐지도록 제공되어 상기 내통으로부터 복사되는 열을 차단하는 복사열차단벽;을 포함한다.

또한, 상기 복사열차단벽과 상기 외통의 내주면 사이에서 나선형으로 형성되어 공기가 선회하며 공급되도록 유도하는 적어도 하나의 안내날개를 포함할 수 있다.

또한, 상기 안내날개는 나선 방향으로 다수로 분할되어 제공될 수 있다.

또한, 상기 안내날개는 시작단이 인접하여 나선 방향으로 배치된 다른 안내날개의 끝단 사이에 배치될 수 있다.

또한, 유입되는 공기가 상기 외통과 상기 복사열차단벽 사이인 제1유로 및 상기 복사열차단벽과 상기 내통 사이인 제2유로로 분할되어 공급되되, 상기 제1유로에 비해 상기 제2유로로 공급되는 공기량이 크게 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 내통에서 연소에 의해 발생된 고온의 연소열이 내통과 외통 사이에 마련된 복사차단벽에 의해 외통으로 복사되는 것이 방지되어, 외통에 열적 영향을 주는 것을 차단할 수 있고, 이에 따라 외통의 온도를 낮출 수 있어 이에 따른 열적 손상을 방지하고, 화재나 기타 안전사고를 예방할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 환형 연소기의 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 환형 연소기의 일부를 절개한 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 환형 연소기의 복사열차단벽을 도시한 사시도.
도 4의 (a)는 종래의 환형 연소기의 열분포도를 도시한 그래프이고, (b)는 본 실시예의 환형 연소기의 열분포를 도시한 그래프.

이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 환형 연소기의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 환형 연소기의 일부를 절개한 사시도이다.

도 1과 도 2를 참고하면, 본 실시예의 환형 연소기(100)는, 하부에 위치되어 연료가 공급되며 내부에 연소실(112)이 구비되는 연료공급부(110)와, 이 연료공급부(110)의 상부에 제공되어 공기를 공급하는 공기공급부(130)를 포함할 수 있다.

연료공급부(110)는 하부로부터 연료가 공급될 수 있으며, 이때 연료로 고형 연료가 사용될 수 있다.

또한, 공기공급부(130)는 내부에 연료공급부(110)의 연소실(112)과 연결되며 연소공간이 형성되는 내통(132)과, 이 내통(132)의 외측을 감싸도록 제공되며 내통과의 사이로 공기가 공급되는 유로를 형성하는 외통(134)을 포함할 수 있다.

공기공급부(130)의 상부에는 외통(134)의 상단에 플랜지를 매개로 지지되며, 내통(132)의 연소공간과 연결되어 배가스를 배출하는 배출구(150)가 제공될 수 있다.

또한, 외통(134)의 일측면에는 외부의 공기가 유입되는 공기유입부(136)가 제공될 수 있다.

공기유입부(136)에서 유입된 공기는 내통(132)과 외통(134) 사이에 형성되는 유로를 통해 상부와 하부로 분기되어 공급될 수 있다.

바람직하게는 내통(132)과 외통(134) 사이의 중간부분에는 상부와 하부로 구획하는 구획판(133)이 제공될 수 있고, 공기유입부(136)는 구획판(133)의 상부 및 하부에서 각각의 유로와 연결되어 공기를 공급할 수 있다.

한편, 내통(132)과 외통(134) 사이에 형성되는 유로를 통해 상부로 공급되는 공기는 상단으로 흐른 후, 내통(132)의 벽면을 따라 회전하며 연소기 내부로 유입될 수 있고, 이 과정에서 연소열에 의하여 예열되고 동시에 내통(132)의 벽면을 냉각하며 바닥까지 내려갈 수 있다.

또한, 내통(132)과 외통(134) 사이에 형성되는 유로를 통해 하부로 공급되는 공기는 하부 벽면을 따라 흐른 후, 연료공급부(110)의 연소실(112) 바닥에서 중앙으로 합류되어 연료의 연소공기로 이용될 수 있다.

연소실(112)에서는 연료와 연소공기가 연소됨에 따라 고온의 연소열이 발생할 수 있으며, 이러한 연소열은 내통(132)을 가열하게 된다. 한편, 본 실시예에서는 상부로부터 회전하며 공급되는 공기에 의해 내통(132)이 냉각되고 있으나, 고온의 연소열에 의해 내통(132)이 가열되어 복사열이 외측으로 복사될 수 있다.

본 실시예에서는 이와 같이 내통(132)에서 복사되는 복사열을 차단하기 위해, 내통(132)과 외통(134) 사이에 형성되는 유로에 복사열차단벽(140)이 설치될 수 있다.

복사열차단벽(140)은 내통으로부터 복사되는 열을 차단할 수 있다.

일례로, 복사열차단벽(140)은 내통(132)과 외통(134) 사이의 유로를 외통과 가깝게 구획되는 제1유로와, 내통과 가깝게 구획되는 제2유로로 구획할 수 있고, 유로의 끝단에서는 제1유로와 제2유로가 합쳐지도록 제공될 수 있다.

즉, 내통(132)과 외통(134) 사이에 형성되는 유로는 외통(134)과 복사열차단벽(140) 사이인 제1유로와, 복사열차단벽(140)과 내통(132) 사이인 제2유로로 분할될 수 있고, 공기유입부(136)로 유입된 공기는 제1유로 및 제2유로를 통해 공급될 수 있다.

바람직하게는 제1유로로 공급되는 공기량에 비해 제2유로로 공급되는 공기량이 더 많은 것이 바람직하다. 이러한 구성은 복사열차단벽(140)이 내통(132)과 외통(134) 사이에서 외통(134)에 더 인접하게 설치됨에 따라 조절될 수 있다. 바람직하게는 공기공급부(130)에서 공급된 공기 중 1/3의 공기는 제1유로를 통해 공급될 수 있고, 2/3의 공기는 제2유로를 통해 공급될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 환형 연소기의 복사열차단벽을 도시한 사시도이다.

도 3을 참고하면, 본 실시예의 복사열차단벽(140)에는 복사열차단벽(140)과 외통(134)의 내부면 사이에 나선형으로 형성되어 공기가 선회하며 공급되도록 유도하는 적어도 하나의 안내날개(142)가 형성될 수 있다.

또한, 안내날개(142)는 나선 방향으로 다수로 분할되어 제공될 수 있다. 즉, 안내날개(142)는 나선 방향으로 연속적으로 이어지는 다수로 제공될 수 있고, 나선 방향으로 중간 부분이 단절되며 다수로 제공되는 것도 가능하다.

또한, 안내날개(142)는 나선 방향으로 중간 부분이 단절되며 다수로 제공될 경우, 안내날개(142)의 시작단이 인접하여 나선 방향으로 배치된 다른 안내날개(142)의 끝단 사이에 배치될 수 있다.

이러한 배열구조에 의해 공기는 선회되며 공급되는 과정에서 안내날개(142)의 끝단에서 인접한 다른 안내날개(142), 예컨대 하부에 위치한 다른 안내날개(142)의 끝단에서 나온 공기의 일부와 합쳐져 엇갈리게 배치된 나선방향으로 인접한 다른 안내날개(142)의 시작단으로 공급될 수 있으며, 이때 엇갈리게 배치된 나선방향으로 인접한 다른 안내날개(142)의 시작단 상, 하부로 분할되며 공급될 수 있다.

이와 같이, 안내날개(142)에 의해 공급되는 공기는 선회되며 다른 안내날개(142)로 공급되는 과정에서 서로 혼합되어 공급될 수 있으며, 이에 따라 공기량을 균일하게 공급할 수 있다.

또한, 이러한 안내날개(142)는 공기유입부(136)에서 유입되는 공기가 선회하여 공급되도록 유도할 수 있다. 또한, 안내날개(142)는 공기의 급작스런 변동을 방지할 수 있고, 공기의 선회 공급을 안정적으로 유도하여 공급할 수 있다. 또한, 안내날개(142)는 공기와의 접촉면적을 증가시킴에 따라 냉각 효율을 높일 수 있다.

또한, 안내날개(142)는 외통(134)의 내부면 및 복사열차단벽(140)의 외부면에 수직으로 연결될 수 있으나, 안내날개(142)가 연결되는 형태는 본 실시예에 의해 한정되지 않는다. 예컨대, 안내날개(142)는 외통(134)의 내부면 및 복사열차단벽(140)의 외부면에 경사지게 연결되거나, 반원형 또는 굴곡형으로 연결되는 것도 가능하다.

한편, 본 실시예에서 안내날개(142)는 복사열차단벽(140)과 외통(134)의 내부면 사이에만 형성된 것으로 설명하고 있으며, 복사열차단벽(140)과 내통(132)의 외부면 사이에는 설치되지 않는 것이 바람직하다. 이는 복사열차단벽(140)과 내통(132)의 외부면 사이를 연결하는 안내날개(142)가 설치될 경우, 내통(132)의 열이 복사열차단벽(140)으로 전도될 수 있기 때문이다.

다만, 안내날개(142)가 열의 전도를 차단하는 재질로 형성될 경우, 복사열차단벽(140)과 내통(132)의 외부면 사이에도 (도시되지 않은) 안내날개가 설치될 수 있다.

바람직하게는 복사열차단벽(140)과 외통(134)의 내부면 사이에 형성되는 안내날개는 열전도율이 높은 금속 등의 재질로 형성될 수 있고, 복사열차단벽(140)과 내통(132)의 외부면 사이를 연결하는 안내날개는 열전도도가 낮은 내화물 재질로 형성될 수 있다.

도 4의 (a)는 종래의 환형 연소기의 열분포도를 도시한 그래프이고, (b)는 본 실시예의 환형 연소기의 열분포를 도시한 그래프이다.

도 4의 (a)를 보면, 종래의 환형 연소기(100)는 내통(132)으로 전달되는 열이 외통(134)으로 복사될 수 있는 구조로 외통(134)의 온도가 400~800℃ 정도로 나타남을 알 수 있다.

또한, 도 4의 (b)를 보면, 본 실시예의 환형 연소기(100)는 내통(132)과 외통(134) 사이에 복사열차단벽(140)이 설치되어 있고, 복사열차단벽(140)에 제공되는 안내날개(142) 등에 의해 공기의 선회 속도가 증가하는 등의 요인으로 인해 외통(134)의 온도가 400℃이하로 나타남을 알 수 있다.

이와 같이, 본 실시예의 환형 연소기(100)는 복사열차단부의 복사열차단으로 인해 유입되는 공기의 온도를 낮출 수 있고, 이에 따라 유입되는 공기에 의한 냉각성능 향상이 가능하고, 공기의 선회 속도 증가 등으로 인해 연소 중심부의 온도를 높일 수 있고, 이에 따른 예열온도상승 등으로 인해 전체적인 연소효율을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.

또한, 본 실시예의 환형 연소기(100)는 연소 중심부의 온도는 높은 반면에, 외통(134)으로 복사되는 열은 낮출 수 있어, 외통(134)의 열적 손상 및 화재 위험이나, 이에 따른 기타 안전사고를 방지할 수 있다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

100: 환형 연소기 110: 연료공급부
130: 공기공급부 132: 내통
134: 외통 136: 공기유입부
140: 복사열차단벽 142: 안내날개

Claims (5)

1. 연료공급부와, 상기 연료공급부의 상부에 제공되는 공기공급부를 포함하는 환형 연소기에 있어서,
   상기 공기공급부는
   내부에 연소 공간이 형성되는 내통;
   상기 내통의 외측을 감싸도록 제공되며, 일측면에 제공된 공기유입부를 통해 상기 내통과의 사이로 공기가 공급되는 유로를 형성하는 외통; 및
   상기 유로를 제1유로와 제2유로로 구획하도록 제공되되, 상기 유로의 끝단에서는 상기 제1유로와 상기 제2유로가 합쳐지도록 제공되어 상기 내통으로부터 복사되는 열을 차단하는 복사열차단벽;
   을 포함하는 환형 연소기.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 복사열차단벽과 상기 외통의 내주면 사이에서 나선형으로 형성되어 공기가 선회하며 공급되도록 유도하는 적어도 하나의 안내날개를 포함하는 환형 연소기.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 안내날개는 나선 방향으로 다수로 분할되어 제공되는 환형 연소기.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 안내날개는 시작단이 인접하여 나선 방향으로 배치된 다른 안내날개의 끝단 사이에 배치되는 환형 연소기.
   
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공기유입부는
   유입되는 공기가 상기 외통과 상기 복사열차단벽 사이인 제1유로 및 상기 복사열차단벽과 상기 내통 사이인 제2유로로 분할되어 공급되되, 상기 제1유로에 비해 상기 제2유로로 공급되는 공기량이 크게 구성되는 환형 연소기.

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