KR101839847B1 - 유증기 연소처리장치 - Google Patents

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KR101839847B1
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박선호
안태국
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단국대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명의 일실시예는 유증기를 효과적으로 처리할 수 있는 유증기 연소처리장치를 제공한다. 여기서, 유증기 연소처리장치는 버너 그리고 유증기 분사부를 포함한다. 버너는 공기가 분사되는 제1노즐과, 제1노즐의 외측에 제1노즐과 동축을 가지도록 배치되고 연료가 분사되는 제2노즐과, 제2노즐의 외측에 제2노즐과 동축을 가지도록 배치되고 공기가 분사되는 제3노즐을 가진다. 유증기 분사부는 제3노즐의 외측에 제3노즐과 동축을 가지도록 배치되고, 버너에 의해 형성되는 화염 측으로 유증기가 분사되도록 하되, 유증기의 분사 방향이 화염의 형성 방향과 예각을 이루면서 분사되도록 한다.

Description

유증기 연소처리장치{APPARATUS FOR COMBUSTING VOLATILE ORGANIC COMPOUNDS}
본 발명은 유증기 연소처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유증기를 효과적으로 처리할 수 있는 유증기 연소처리장치에 관한 것이다.
산업설비와 운송장비로부터 배출되는 입자상물질(PM: Particulate Matters), 휘발성 유기 화합물(VOC: Volatile Organic Compound)과 같은 다양한 형태의 오염물질들은 심각한 환경, 보건문제를 일으키는 것으로 알려져 있다. 특히 VOC는 대기 중에서의 광화학반응을 통해 오존을 생성하고 지구온난화를 가중시키며, 인간에게 노출되는 성분과 농도에 따라 암과 같은 중대한 질병의 원인이 되기도 한다. VOC는 자연적으로 생성되기도 하지만, 각종 화학공정이나 제조공정, 유류 채취 및 이송, 저장 과정에서 상당량이 누출되는 것으로 알려져 있다.
유류 저장시설이나 선박의 연료탱크와 같이 대량의 탄화수소(HCs, hydrocarbons) 연료가 저장된 장치에서 배출되는 VOC는 다양한 탄화수소 화학종이 다량의 불활성기체로 희석된 혼합물이며, 혼합물의 조성이 시시각각 변화하는 특징을 가지고 있다. 일 예로, 선박에서 배출되는 VOC의 성분 중에는 주로 휘발성이 높은 저분자량의 화학종으로 구성된 HC 혼합물이 전체 배출가스 중 약 10% 정도의 분율을 차지하고, 이산화탄소, 질소와 같은 불활성기체가 배출가스의 80% 이상을 차지하고 있는 것으로 조사되기도 하였다.
대기로 배출되는 VOC를 제거하거나 일부 회수하여 재활용하기 위한 기존의 방식으로, 배출가스를 압축, 응축시켜 액화된 VOC를 회수하는 방식, 멤브레인을 이용하여 특정 화학종을 흡착, 제거하는 방법 등이 있다. 응축방식은 비교적 대량의 VOC를 처리할 수 있는 장점이 있지만 VOC가 메탄이나 프로판과 같이 가벼운 기체로 구성되거나 농도가 낮은 경우에는 액화가 쉽지 않은 단점이 있다. 멤브레인 방식의 경우 특정 HC 화학종을 선택적으로 처리할 수 있는 장점이 있으나 처리용량이 적고 멤브레인의 주기적 재생, 교체가 필요하다.
따라서, 기존의 처리방식을 독립적으로 대체할 수 있거나, 기존 방식으로 완전히 제거되지 않고 잔류하는 저분자량 HC를 추가로 제거하기 위한 보조적인 VOC 처리방법이 필요하다.
또한, 기체상 HC가 다량의 불활성기체에 희석되어 있고 혼합기의 조성이 시시각각 변화하는 경우에도 연소처리를 통해 효과적으로 HC를 제거할 수 있는 방안이 요구된다.
대한민국 공개특허공보 제2002-0019301호(2002.03.12. 공개)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 유증기를 효과적으로 처리할 수 있는 유증기 연소처리장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 공기가 분사되는 제1노즐과, 상기 제1노즐의 외측에 상기 제1노즐과 동축을 가지도록 배치되고 연료가 분사되는 제2노즐과, 상기 제2노즐의 외측에 상기 제2노즐과 동축을 가지도록 배치되고 공기가 분사되는 제3노즐을 가지는 버너; 그리고 상기 제3노즐의 외측에 상기 제3노즐과 동축을 가지도록 배치되고, 상기 버너에 의해 형성되는 화염 측으로 유증기가 분사되도록 하되, 상기 유증기의 분사 방향이 상기 화염의 형성 방향과 예각을 이루면서 분사되도록 하는 유증기 분사부를 포함하는 유증기 연소처리장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제3노즐의 일단부의 외주면에는 제1경사부가 형성되고, 상기 유증기 분사부의 일단부의 내주면에는 상기 제1경사부와 평행하도록 제2경사부가 형성되어 상기 유증기의 분사 방향을 안내할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 유증기 분사부는 상기 제3노즐의 중심축 방향으로 왕복 이동되면서 상기 제1경사부 및 상기 제2경사부 사이의 간격이 가변되어 상기 유증기의 분사속도가 조절되도록 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1노즐은 화염의 형성 방향으로 상기 제2노즐보다 더 돌출되도록 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 유증기 분사부에는 유증기의 분사각도를 조절하기 위한 조절팁이 더 구비되고, 상기 조절팁은 상기 유증기 분사부에 탈착될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 유증기 분사부가 제3노즐의 길이방향으로 이동되면서 제1경사부 및 제2경사부의 간격이 조절될 수 있다. 따라서, 처리하고자 하는 유증기의 종류와 유량에 따라 상기 간격을 조절하여 유증기의 분사속도를 조절할 수 있으며, 이를 통해, 탄화수소 처리율을 높일 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 유증기 연소처리장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 유증기 연소처리장치를 나타낸 부분절개도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 유증기 연소처리장치를 나타낸 단면예시도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 유증기 연소처리장치의 유증기 분사부의 작동예를 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 유증기 연소처리장치를 통한 탄화수소 처리율을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 유증기 연소처리장치를 나타낸 예시도이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 유증기 연소처리장치를 나타낸 단면분해도이다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 유증기 연소처리장치를 나타낸 단면예시도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결(접속, 접촉, 결합)”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 “간접적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 유증기 연소처리장치를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 유증기 연소처리장치를 나타낸 부분절개도이고, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 유증기 연소처리장치를 나타낸 단면예시도이고, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 유증기 연소처리장치의 유증기 분사부의 작동예를 나타낸 예시도이고, 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 유증기 연소처리장치를 통한 탄화수소 처리율을 나타낸 그래프이다.
먼저, 도 1 내지 도 3에서 보는 바와 같이, 유증기 연소처리장치는 버너(100) 그리고 유증기 분사부(200)를 포함할 수 있다.
그리고, 버너(100)는 제1노즐(110), 제2노즐(120) 및 제3노즐(130)을 가질 수 있다.
제1노즐(110)은 원형의 파이프 형태로 형성될 수 있으며, 제1노즐(110)에는 제1공급부(310)가 제1라인(311)에 의해 연결될 수 있다. 제1공급부(310)는 제1라인(311)을 통해 제1노즐(110)로 공기를 공급할 수 있으며, 제1노즐(110)에서는 공기가 분사될 수 있다.
제2노즐(120)은 제1노즐(110)의 외측에 배치될 수 있으며, 제1노즐(110)과 동축을 가지도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 제2노즐(120)은 제1노즐(110)을 감싸도록 마련될 수 있다. 그리고, 제2노즐(120)에는 제2공급부(320)가 제2라인(321)에 의해 연결될 수 있다. 제2공급부(320)는 제2라인(321)을 통해 제2노즐(120)로 연료를 공급할 수 있으며, 제2노즐(120)에서는 연료가 분사될 수 있다. 제2노즐(120)에서 분사되는 연료는 가스 형태일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 미스트 형태를 포함할 수도 있다.
제3노즐(130)은 제2노즐(120)의 외측에 배치될 수 있으며, 제2노즐(120)과 동축을 가지도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 제3노즐(130)은 제2노즐(120)을 감싸도록 마련될 수 있다. 그리고, 제3노즐(130)에는 제1공급부(310)가 제3라인(312)에 의해 연결될 수 있다. 제1공급부(310)는 제3라인(312)을 통해 제3노즐(130)로 공기를 공급할 수 있으며, 제3노즐(130)에서는 공기가 분사될 수 있다.
제1공급부(310)는 제1라인(311) 및 제3라인(312)을 통해 제1노즐(110) 및 제3노즐(130)에 각각 공기를 공급할 수 있으나 반드시 이러한 구성에 한정되는 것은 아니다. 즉, 제3노즐(130)에 공기를 공급하기 위한 별도의 공급부가 더 마련될 수도 있다.
제1노즐(110) 및 제3노즐(130)에서 공기가 분사되고, 제2노즐(120)에서 연료가 분사됨에 따라 화염(10)이 형성될 수 있다. 이하에서는 화염의 형성 방향을 기준으로, 화염의 형성 방향의 앞 측을 전단, 화염의 형성 방향의 후 측을 후단으로 하여 설명한다.
제1노즐(110)은 화염(10)의 형성 방향으로 제2노즐(120)보다 더 돌출되도록 형성될 수 있다. 다시 말하면, 제1노즐(110)의 전단부는 제2노즐(120)의 전단부보다 더 돌출되도록 마련될 수 있다. 이를 통해, 버너(100)에서 형성되는 화염(10)은 난류 부분예혼합화염으로 형성될 수 있다. 난류 부분예혼합화염은 하부의 확산화염(11) 및 상부의 난류 예혼합화염(12)으로 구성될 수 있다. 예혼합화염(12)은 예혼합 연소에 의해 형성될 수 있으며, 연료와 공기가 혼합되어 연소에 필요한 공기가 적당히 포함될 수 있기 때문에, 연소 반응이 빠르고, 고온의 화염이 생성될 수 있어 고부하 연소가 용이하고 연소실의 용적이 작아도 되는 이점이 제공될 수 있다. 또한, 제1노즐(110)의 높이가 제2노즐(120)보다 높게 마련됨으로써 확산화염(11) 영역이 제1노즐(110) 및 제2노즐(120)에 잘 부착되어 있을 수 있으며, 이를 통해, 상부에 외부 유동에 의한 강한 교란이 있을 경우에도 안정적으로 화염이 유지될 수 있다. 제3노즐(130)에서 분사되는 공기는 버너(100) 중심의 화염이 유지되도록 할 수 있다.
제3노즐(130)의 일단부의 외주면에는 제1경사부(131)가 형성될 수 있다. 다시 말하면, 제1경사부(131)는 제3노즐(130)의 전단부의 외주면에 형성될 수 있다. 제1경사부(131)는 제3노즐(130)의 원주방향을 따라 형성될 수 있다.
그리고 제3노즐(130)의 타단부 외주면에는 원주방향을 따라 제1링부(132)가 돌출 형성될 수 있다. 다시 말하면, 제1링부(132)는 제3노즐(130)의 후단부의 외주면에 형성될 수 있다. 또한, 제1링부(132)의 외주면에는 제1나사부(133)이 형성될 수 있다.
또한, 제3노즐(130)에서 제1링부(132)의 후단 측의 외주면에는 원주 방향을 따라 제1홈(134)이 더 형성될 수 있다.
유증기 분사부(200)는 제3노즐(130)의 외측에 배치될 수 있으며, 제3노즐(130)과 동축을 가지도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 유증기 분사부(200)는 제3노즐(130)을 감싸도록 마련될 수 있다. 그리고, 유증기 분사부(200)에는 제3공급부(330)가 제4라인(331)에 의해 연결될 수 있다. 제3공급부(330)는 제4라인(331)을 통해 유증기 분사부(200)로 유증기를 공급할 수 있으며, 유증기 분사부(200)에서는 유증기가 분사될 수 있다. 유증기는 기름 증기라는 협의의 개념뿐만 아니라, 입자상물질(PM), 휘발성 유기 화합물(VOC) 등을 포함하는 광의의 개념을 포함할 수 있다.
유증기 분사부(200)에서 분사되는 유증기는 버너(100)에 의해 형성되는 화염(10) 측으로 분사될 수 있다.
그리고, 유증기 분사부(200)의 일단부의 내주면에는 제2경사부(201)가 돌출 형성될 수 있다. 다시 말하면, 제2경사부(201)는 유증기 분사부(200)의 전단부의 내주면에 돌출 형성될 수 있다. 제2경사부(201)는 유증기 분사부(200)의 원주 방향을 따라 형성될 수 있으며, 제1경사부(131)에 대응되도록 형성될 수 있다. 제1경사부(131) 및 제2경사부(201)는 이격되고 서로 평행하도록 마련되어 유증기의 분사 방향을 안내할 수 있다.
이에 따라, 유증기 분사부(200)에서 분사되는 유증기는 화염(10)의 형성 방향에 경사지게 분사될 수 있다. 바람직하게는, 유증기는 화염(10)의 형성 방향과 예각을 이루면서 분사될 수 있다.
그리고, 유증기 분사부(200)의 타단부 내주면에는 원주방향을 따라 제2링부(202)가 돌출 형성될 수 있다. 다시 말하면, 제2링부(202)는 유증기 분사부(200)의 후단부의 내주면에 형성될 수 있다. 또한, 제2링부(202)의 내주면에는 제3노즐(130)의 제1링부(132)에 형성되는 제1나사부(133)과 나사 결합되도록 제2나사부(203)이 형성될 수 있다.
이에 따라, 유증기 분사부(200) 및 제3노즐(130)은 나사 결합될 수 있다. 그리고, 유증기 분사부(200)는 회전되면서 제3노즐(130)의 길이 방향으로 왕복 이동될 수 있다. 이에 따라, 제1경사부(131) 및 제2경사부(201) 사이의 간격은 가변될 수 있으며, 이를 통해 유증기의 분사 속도가 조절될 수 있다. 즉, 유증기 분사부(200)가 일방향으로 회전되면서 제3노즐(130)의 전단 방향으로 이동되면, 제1경사부(131) 및 제2경사부(201) 사이의 간격(D2)이 넓어질 수 있으며, 동일한 유량 조건에서 유증기의 분사 속도는 느려질 수 있다. 그리고, 유증기 분사부(200)가 타방향으로 회전되면서 제3노즐(130)의 후단 방향으로 이동되면, 제1경사부(131) 및 제2경사부(201) 사이의 간격(D1)이 좁아질 수 있으며, 동일한 유량 조건에서 유증기의 분사 속도는 빨라질 수 있다.
유증기 분사부(200)의 회전 및 이에 따른 제3노즐(130)의 길이 방향으로의 왕복 이동은 작업자에 의해 수동으로 이루어질 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 유증기 분사부(200)를 회전시키기 위한 별도의 구동장치가 마련될 수도 있다.
그리고, 유증기 분사부(200)에서 제2링부(202)의 후단 측의 내주면에는 원주 방향을 따라 제2홈(204)이 더 형성될 수 있다. 또한, 제1홈(134) 및 제2홈(204)에는 실링부재(210)가 결합될 수 있다. 실링부재(210)는 유증기가 후단으로 누출되는 것이 방지되도록 할 수 있다.
실링부재(210)는 실링부재(210)가 제1홈(134) 및 제2홈(204)에 결합된 상태에서 유증기 분사부(200)가 회전운동 및 직선운동 시에 제1홈(134) 및 제2홈(204)에서 빠지지 않도록 형성될 수 있다. 이를 위해, 제1홈(134) 및 제2홈(204)은 유증기 분사부(200)가 제3노즐(130)의 길이방향으로 이동되더라도 실링부재(210)가 빠지지 않도록 충분한 깊이로 형성될 수 있다.
도 4의 (a)에서 보는 바와 같이, 제1링부(132) 및 제2링부(202)가 초기위치에 결합된 상태에서 실링부재(210)는 내주면 및 외주면이 각각 제1홈(134)의 바닥면 및 제2홈(204)의 바닥면에 밀착될 수 있도록 구비될 수 있다.
그리고, 도 4의 (b)에서 보는 바와 같이, 유증기 분사부(200)가 제3노즐(130)의 전단 방향으로 이동되면 실링부재(210)의 형상이 변형되면서 제1홈(134) 및 제2홈(204)의 내부에서 슬라이딩될 수 있다. 그러나 실링부재(210)는 제1홈(134) 및 제2홈(204)으로부터 완전히 이탈되지 않도록 충분한 폭을 가지도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 유증기 분사부(200)가 제3노즐(130)의 길이방향으로 이동되더라도 실링부재(210)가 제1홈(134) 및 제2홈(204)에 결합된 상태를 유지할 수 있으며, 이를 통해, 유증기가 후단 방향으로 누설되지 않도록 실링 기능이 유지될 수 있다.
이하에서는 유증기 연소처리장치를 이용한 유증기 중 탄화수소 처리 효과를 검증하기 위해 실시된 실시예를 설명한다.
제1노즐 제2노즐 제3노즐 유증기 분사부
분사유체 공기 C3H8 공기 C3H8 : N2 (fN2)
sccm
(분사속도)		 5170
(18.1m/s)		 200
(0.08 m/s)		 21150
(0.84 m/s)		 360 : 8640 (0.96)
/
600 : 8400 (0.93)
/
900 : 8100 (0.90)
400
(0.16 m/s)
600
(0.23 m/s)
800
(0.31 m/s)
1000
(0.39 m/s)
표 1은 시험 조건을 나타낸 것이다. 표 1을 참조하면, 제1노즐(110)에서는 공기가 5170sccm의 유량으로 공급되고, 18.1 m/s의 속도로 분사되었다. 그리고, 제3노즐(130)에서는 공기가 21150sccm의 유량으로 공급되고, 0.84 m/s의 속도로 분사되었다.
제2노즐(120)에서는 프로판(C3H8)이 분사되도록 하였으며, 다섯 종류의 다른 유량 및 분사속도 조건이 적용되었다. 즉, 200sccm의 유량으로 공급되고 0.08 m/s의 속도로 분사되도록 하는 조건, 400sccm의 유량으로 공급되고 0.16 m/s의 속도로 분사되도록 하는 조건, 600sccm의 유량으로 공급되고 0.23 m/s의 속도로 분사되도록 하는 조건, 800sccm의 유량으로 공급되고 0.31 m/s의 속도로 분사되도록 하는 조건 및 1000sccm의 유량으로 공급되고 0.39 m/s의 속도로 분사되도록 하는 조건이 적용되었다.
유증기 분사부(200)에서는 프로판/질소(C3H8/N2) 혼합기가 9000sccm의 유량으로 공급되어 분사되도록 하였다. 또한, 유증기 분사부(200)에서는 0.96, 0.93, 0.90의 세 종류의 다른 질소분율(fN2) 조건이 적용되었다.
프로판, 공기, 질소의 유량은 질량유량조절기(Mass Flow Controller) 및 read-out 장치를 이용하여 제어되었다. 그리고, 프로판/질소 혼합기의 질소분율은 가스 크로마토크래피(Gas Chromatography) 장치로 측정되었다. 또한, 배기가스분석기를 이용하여 유증기 연소처리장치에서 배출되는 배기가스 중 일산화탄소(CO) 및 탄화수소(HC) 농도를 측정하였으며, 이로부터 탄화수소 처리율(HC treatment ratio)을 계산하였다. 탄화수소 처리율은 유증기 분사부(200)로 공급된 프로판/질소 혼합기 내의 탄화수소 중 연소처리를 통해 제거되는 탄화수소의 비율을 의미한다. 일산화탄소는 연소되지 않은 프로판으로 간주하였다.
도 5에는 화염 생성을 위해 사용된 제2노즐(120)에서 분사되는 연료의 다섯 가지 유량과 유증기 분사부(200)로부터 분사되는 유증기의 속도에 따라 탄화수소 처리율이 개시된다.
도 5의 (a)를 참조하면, 질소분율이 0.96인 경우로 이론적인 가연한계를 넘어서는 가혹한 조건인 경우임에도 본 발명에 따른 유증기 연소처리장치를 사용하였을 때 제2노즐(120)에서 분사되는 연료의 유량이 1000sccm 인 경우에 탄화수소 처리율이 0.8 이상으로 탄화수소의 부분적인 연소처리가 가능함을 알 수 있다.
그리고, 도 5의 (b)를 참조하면, 질소분율이 0.93인 경우로, 제2노즐(120)에서 분사되는 연료의 유량이 800sccm 이상인 경우에 탄화수소 처리율이 1에 가까움을 알 수 있다.
또한, 도 5의 (c)를 참조하면, 질소분율이 0.90인 경우로, 제2노즐(120)에서 분사되는 연료의 유량이 600sccm 이상인 경우에 탄화수소 처리율이 1에 가까움을 알 수 있다. 이처럼, 본 실시예에 따르면, 유증기 연소처리장치를 이용하여 탄화수소 처리율이 1에 가깝도록 구현할 수 있어 유증기의 탄화수소가 효과적으로 처리될 수 있다.
한편, 도 5를 참조하면, 유증기 분사부에서 분사되는 유증기의 속도가 4 내지 6 m/s의 영역에서 최대값을 가짐을 알 수 있다. 즉, 유증기의 분사속도가 낮은 경우 제3노즐(130)에서 분사되어 화염과 유증기 분사부(200)의 사이에 존재하는 공기의 유동에 의해 유증기가 화염에 충분히 도달하지 못하고, 결과적으로 낮은 탄화수소 처리율을 보이게 된다. 그리고, 유증기의 분사속도가 증가할수록 화염과 유증기의 상호작용이 증가하고 이를 통해 탄화수소 처리율이 상승하는 경향을 나타내며 이러한 결과가 유증기의 속도가 4 내지 6 m/s의 영역에서 최대값으로 나타난다. 한편, 유증기의 분사속도가 특정유속 이상으로 분사되는 경우에는 유증기의 유동이 화염의 난류 예혼합화염(12) 영역의 유동장을 교란시켜 탄화수소 처리율이 감소되는 것으로 나타난다. 따라서, 특정 조건의 유증기를 처리할 때, 유증기 분사부(200)의 분사 단면적, 즉, 제1경사부(131) 및 제2경사부(201) 사이의 간격을 조절하여 유증기의 분사 속도를 최적화함으로써 최대 탄화수소 처리율을 나타내는 조건으로 연소시킬 수 있다.
그리고, 본 발명에서는 유증기 분사부(200)가 제3노즐(130)의 길이방향으로 이동되도록 구성됨으로써 이를 구현할 수 있다. 즉, 유증기 연소처리장치가 설치되는 선박의 경우, 선박의 종류, 선박용 유류, 선박의 화물의 종류 등의 여러 조건에 따라 해당 선박에서 발생되는 유증기의 종류 또한 다양할 수 밖에 없다.
본 실시예에 따른 유증기 연소처리장치에서는 유증기 분사부(200)가 제3노즐의 길이방향으로 이동되면서 제1경사부(131) 및 제2경사부(201)의 간격이 조절될 수 있기 때문에, 처리하고자 하는 유증기의 종류와 유량에 따라 상기 간격을 조절하여 유증기의 분사속도를 조절할 수 있다. 그리고 이를 통해, 탄화수소 처리율을 높일 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 유증기 연소처리장치를 나타낸 예시도이고, 도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 유증기 연소처리장치를 나타낸 단면분해도이고, 도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 유증기 연소처리장치를 나타낸 단면예시도이다.
본 실시예에서는 유증기의 분사 각도를 조절하기 위한 구성이 더 구비될 수 있으며, 다른 구성은 전술한 제1실시예와 동일하므로 설명을 생략한다.
도 6 내지 도 8에서 보는 바와 같이, 유증기 연소처리장치는 조절팁(400)을 더 포함할 수 있다.
조절팁(400)은 코어부(410), 가이드부(420) 및 연결부(430)를 가질 수 있다.
코어부(410)는 중앙에 축방향으로 화염배출공(411)이 형성될 수 있다. 화염배출공(411)은 버너(100)에서 형성되는 화염(10)의 형성이 방해되지 않도록 충분한 크기를 가지도록 형성될 수 있다.
코어부(410)의 외주면에는 제1안내부(412)가 형성될 수 있으며, 제1안내부(412)는 제3노즐(130)의 제1경사부(131)와 연속되도록 형성될 수 있다. 제1안내부(412)는 제1경사부(131)와 다른 각도를 가지도록 형성될 수 있다.
더하여, 코어부(410)는 후단부에 제3노즐(130)의 내측으로 삽입되는 삽입부(413)를 더 가질 수 있다. 삽입부(413)는 제3노즐(130)의 내측에 삽입되어 코어부(410)가 제3노즐(130)과 동축을 가지면서 배치되도록 도울 수 있다.
가이드부(420)는 코어부(410)의 외주를 감싸도록 구비될 수 있다. 그리고, 가이드부(420)의 내주면에는 제2안내부(421)가 형성될 수 있으며, 제2안내부(421)는 유증기 분사부(200)의 제2경사부(201)와 연속되도록 형성될 수 있다. 제2안내부(421)는 제1안내부(412)와 동일한 각도를 가지도록 형성될 수 있다.
즉, 제1안내부(412) 및 제2안내부(421)에 의해 형성되는 유로의 각도는 제1경사부(131) 및 제2경사부(201)에 의해 형성되는 유로의 각도와 다를 수 있으며, 이를 통해, 유증기의 분사각도가 조절될 수 있다.
가이드부(420)의 후단면에는 원주방향으로 제3링부(422)가 돌출 형성될 수 있으며, 제3링부(422)의 외주면에는 제3나사부(423)가 형성될 수 있다. 또한, 유증기 분사부(200)의 전단부에는 제3링부(422)에 대응되도록 제3홈(205)이 더 형성될 수 있으며, 제3홈(205)에는 제3나사부(423)와 나사 결합되도록 제4나사부(206)가 형성될 수 있다. 이에 따라, 가이드부(420)는 유증기 분사부(200)의 전단부에 탈착될 수 있다.
연결부(430)는 코어부(410) 및 가이드부(420)를 연결하도록 구비될 수 있다. 연결부(430)는 유증기의 분사 흐름에 대한 저항이 최소화되도록 유증기의 분사 방향에 대해 작은 단면적을 가지도록 형성될 수 있다.
조절팁(400)은 제1안내부(412) 및 제2안내부(421)가 다양한 각도 및 다양한 간격을 가지도록 형성될 수 있으며, 처리하고자 하는 유증기의 분사 각도에 따라 적절하게 선택되어 사용될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 화염
100: 버너
110: 제1노즐
120: 제2노즐
130: 제3노즐
131: 제1경사부
133: 제1나사부
200: 유증기 분사부
201: 제2경사부
210: 실링부재
400: 조절팁
410: 코어부
412: 제1안내부
420: 가이드부
421: 제2안내부
430: 연결부

Claims (5)

  1. 공기가 분사되는 제1노즐과, 상기 제1노즐의 외측에 상기 제1노즐과 동축을 가지도록 배치되고 연료가 분사되는 제2노즐과, 상기 제2노즐의 외측에 상기 제2노즐과 동축을 가지도록 배치되고 공기가 분사되는 제3노즐을 가지는 버너; 그리고
    상기 제3노즐의 외측에 상기 제3노즐과 동축을 가지도록 배치되고, 상기 버너에 의해 형성되는 화염 측으로 유증기가 분사되도록 하되, 상기 유증기의 분사 방향이 상기 화염의 형성 방향과 예각을 이루면서 분사되도록 하는 유증기 분사부를 포함하는 유증기 연소처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3노즐의 일단부의 외주면에는 제1경사부가 형성되고,
    상기 유증기 분사부의 일단부의 내주면에는 상기 제1경사부와 평행하도록 제2경사부가 돌출 형성되어 상기 유증기의 분사 방향을 안내하는 것을 특징으로 하는 유증기 연소처리장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유증기 분사부는 상기 제3노즐의 중심축 방향으로 왕복 이동되면서 상기 제1경사부 및 상기 제2경사부 사이의 간격이 가변되어 상기 유증기의 분사속도가 조절되도록 하는 것을 특징으로 하는 유증기 연소처리장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1노즐은 화염의 형성 방향으로 상기 제2노즐보다 더 돌출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 유증기 연소처리장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유증기 분사부에 탈착되고 상기 유증기 분사부에서 분사되는 유증기의 분사각도를 조절하기 위한 조절팁을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유증기 연소처리장치.
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