KR102154498B1 - 2단 진공 버너 - Google Patents

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Abstract

혼합-연료 진공 버너-반응기(100)는 원뿔형 내부 및 제1 세트의 안내 블레이드들을 구비하는 제1 연소 챔버(110)를 포함한다. 원뿔형 내부는 일단에서 흡입 매니폴드(150)에 연결되고 타단에서 환원 노즐(120)에 연결된다. 인젝터들(140)은 제1 연소 챔버(110) 안으로 제2 연료를 주입하도록 환원 노즐(120)에 수직하게 장착된다. 환원 노즐(120)은 제2 연소 챔버(130) 안으로 공기를 안내하도록 구성된 제2 세트의 안내 블레이드들을 구비하는 원통형 제2 연소 챔버(130)에 연결된다. 삼중-와류 진공 버너-반응기(100) 내에서 혼합 연료들을 효율적으로 태우는 방법들 또한 개시된다. 진공 상태들이 생성되고 연료들은 원뿔형 제1 연소 챔버(110) 안으로 안내된다. 추가적인 연료들이 제1 세트의 연료들의 회전 방향과 반대되는 방향으로 주입되기 전에 세 개의 와류들을 형성하기 위해 제1 세트의 안내 블레이드들 통해 연료들이 보내진다.

Description

2단 진공 버너{TWO-STAGED VACUUM BURNER}
본 발명은 2단 진공 버너에 관한 것이다.
버너들은 전기의 발생, 금속들 및 다른 물질들의 제련을 위해 사용되고, 화학약품들(chemicals) 및 다른 성분들을 처리하기 위해 사용되는 것들과 같이, 산업 현장에서 열을 발생시키기 위해 연료를 태우는 디바이스들이다. 이전에 설계된 버너들에서 불완전 연소에 의해, 새로운 예시들은 연소 프로세스에 더 많은 산화제들을 공급하기 위해 와류(즉, 공기 및 연료들의 혼합물을 회전)를 생성하도록 버너 내에 발생기들(generators)을 사용한다. 이는 증가된 공기-연료 혼합물의 목표(goal)를 달성하는 반면, 점화기가 연소를 유지하도록 요구되고 이는 여전히 모든 연료를 완전히 태우지 못할 수 있다. 가이드 피스들(guide pieces) 및 플로우 공간들(flow spaces)(즉, 반응기들)을 활용하는 해결책들 또한 사용될 수 있으나, 특히 저-품질 연료들이 사용될 때, 잔여물 및 세척 어려움들로부터 곤경을 겪게 될 수 있다. 이와 같이, 예혼합 버너 및 화염 튜브를 활용하는 반응기 해결책들은 개별적인 혼합기들에서 단계식(staged) 연소를 허용한다. 그러나 이러한 해결책들은 또한 고-품질 클린-버닝 연료들(clean-burning fuels)을 요구하고 잔여물에 의해 초래되는 유지(mainternance) 문제들로부터 곤경을 겪게 된다.
본 발명의 실시예들에 따라, 혼합-연료 진공 버너-반응기는 제1 연소 챔버, 흡입구, 환원 노즐, 인젝터들, 및 제2 연소 챔버를 포함한다. 제1 연소 챔버는 원뿔형 내부 및 제1 세트의 안내 블레이드들을 구비한다. 흡입구는 원뿔형 내부의 제1 단부에 연결된다. 환원 노즐은 원뿔형 내부의 제2 단부에 연결된다. 환원 노즐의 제1 단부는 제1 연소 챔버의 원뿔형 내부에 연결되고 환원 노즐의 제2 단부는 제2 연소 챔버에 연결된다. 인젝터들은 환원 노즐에 수직하게 장착되고 제1 연소 챔버 안으로 제2 연료를 주입하도록 구성된다. 제2 연료는 폐유(waste oil), (물이 50%까지 첨가된) 알코올, 글리세린, 소이 오일(soy oil), 산업 연료 오일(IFO), 또는 그것의 조합들 같은 액체 연료이다.
제1 연소 챔버는 제1 연소 챔버에 들어가고 나가는 제1 연료의 두 개의 와류들이 자연적으로 형성되게 하도록 구성되고, 제1 세트의 안내 블레이드들은 버너-반응기의 외부에 제1 연료의 회전을 유지시키는 제3 와류를 생성하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 제1 연소 챔버는 원통형 외부 및 원뿔형 내부 사이 공간에 절연재를 구비한다. 제2 연소 챔버는 원통형이고 제2 연소 챔버 안으로 공기를 안내하도록 구성된 제2 세트의 안내 블레이드들을 포함한다.
일부 실시예들에서, 혼합-연료 진공 버너-반응기는 흡입 부분에 연결된 흡입 매니폴드를 더 포함한다. 흡입 매니폴드는 일부 실시예들에서 진공 챔버, 흡입 매니폴드 안으로 연장하는 압축 공기 노즐, 및 배출구를 제공하는 이젝터 출구를 포함한다. 일부 실시예들에 따라, 압축 공기 노즐은 제1 연소 챔버 안으로 화염의 코어에 압축 공기를 주입하도록 구성된다. 가스 연료는 일부 실시예들에서 흡입 매니폴드를 지나 제1 연소 챔버에 공급된다. 가스 연료는 천연 가스, 물전해의 물 부산물(water byproduct of water electrolysis)(HHO), 또는 그것의 조합들이다. 일부 실시예들에서, 인젝터들은 연료의 와류들의 회전과 반대로 제1 연소 챔버 안으로 연료를 주입하도록 구성되고 및/또는 챔버의 축에 30°로 구성된다.
다른 실시예들에서, 삼중-와류 진공 버너-반응기 내에서 혼합 연료들을 효율적으로 태우는 방법은 원뿔형 제1 연소 챔버에 연결된 흡입 매니폴드를 통해 공기를 배출시키는 것에 의해 원뿔형 제1 연소 챔버 내에 진공 상태들을 생성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 흡입 매니폴드를 통해 원뿔형 제1 연소 챔버 안으로 연료들을 안내하는 단계에 의해 계속되어, 배출 가스들 및 제1 세트의 연료들의 두 개의 와류들이 형성된다. 상기 방법은 또한 제3 와류를 형성하기 위해 원뿔형 제1 연소 챔버 내에 제1 안내 블레이드들을 통해 제1 세트의 연료들을 보내는 단계를 포함하고, 세 개의 와류들은 원뿔형 연소 챔버 및 제2 연소 챔버를 통해 버너-반응기의 외부로 회전을 유지시킨다. 상기 방법은 제1 세트의 연료들의 회전 방향과 반대되는 방향으로 원뿔형 제1 연소 챔버 안으로 제2 세트의 연료들을 주입하는 단계에 의해 이어진다. 특정 실시예들에서, 제1 세트의 연료들은 가스 연료들이고 제2 세트의 연료들은 액체 연료들이다.
본 명세서 내에 포함되어 있음.
다음의 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예들을 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 혼합 연료 진공 버너-반응기를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 제1 연소 챔버의 단면도이다.
도 3은 도 2의 제1 연소 챔버의 배면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 제1 연소 챔버 및 제2 연소 챔버를 연결하는 환원 노즐의 사시도이다.
도 5a는 본 발명에 따른 제2 연소 챔버의 정면도이다.
도 5b는 본 발명에 따른 제2 연소 챔버의 사시도이다.
도 5c는 본 발명에 따른 제2 연소 챔버의 배면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 흡입 매니폴드를 간략하게 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 삼중-와류 진공 버너-반응기 내에서 혼합 연료들을 효율적으로 태우는 방법을 설명하는 플로우차트이다.
현재 도시되고 개시된 버너-반응기는 예시적인 실시예에 대해 설명될 것이다. 본 개시는 본 발명에 모든 설명된 특징들을 요구하거나 국한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 가능한 경우, 유사한 요소들은 명확화를 위해 유사한 방식으로 번호가 붙여질 것이다. 적용 가능한 경우 예시적인 대안들이 제공될 것이나. 적절한 경우 다른 균등물들은 쉽게 알 수 있고 고려된다.
도 1은 본 개시의 실시예들에 따른 혼합 연료 진공 버너-반응기(100)의 단면도를 도시한다. 버너-반응기(100)는 곧 제2 연소 챔버(secondary combustion chamber; 130)에 연결되는 환원 노즐(reduction nozzle; 120)에 연결된 제1 연소 챔버(primary combustion chamber; 110)를 포함한다. 버너-반응기(100)는 환원 노즐(120)에 대해 수직하게 위치된 인젝터들(140)을 더 포함한다. 제1 연소 챔버(110)는 또한 환원 노즐(120)에 반대되게 흡입 메니폴드(150)에 대해 수직하게 위치된다. 전술된 각각의 요소들은 이하에서 보다 상세히 설명될 것이나, 높은-수준의 관점(high-level perspective)으로부터, 가스들 및 압축 공기는 진공 상태들에서 연소 프로세스를 시작하도록 흡입 매니폴드(150)로부터 제1 연소 챔버(110) 안으로 안내된다. 인젝터들(140)은 연료 혼합물을 생성하도록 이미 공급된 연료들과 혼합하기 위해 추가적인 연료를 주입한다. 연료 혼합물은, 제2 연소 챔버(130)의 외부로 그것의 통과 동안, 계속 회전하고 느리게 이동하여, 활용된 연료들의 품질과 관계 없이 보다 완전하고 더 깨끗한 연소를 유발한다. 다른 실시예들에서, 버너-반응기(100)는 인젝터들(140) 전 또는 후에 플랜지(미도시)를 구비하는 노(furnace)에 연결될 수 있다.
제1 연소 챔버(110)는 이하에서 도 2를 참조하여 설명되는 바와 같이 원뿔형 내부(conical interior)를 구비하는 원통형 외부(cylindrical exterior)를 구비한다. 원뿔형 내부는 그것의 더 작은 단부에서 흡입 매니폴드(150)에 연결되고 그것의 더 큰 단부에서 환원 노즐(120)에 연결된다. 연료들 및 압축 공기는 흡입 매니폴드(150)로부터 제1 연소 챔버(110) 안으로 안내되어, 제1 연소 챔버(110)(즉, 버너로서) 내에 연소를 유발한다. 본 개시의 실시예들에 따라, 가연성 가스 유형이 활용될 수 있다. 예를 들어, 천연 가스가 활용될 수 있으며, HHO, 물전해의 부산물(byproduct of water electrolysis) 또한 활용될 수 있다.
적어도 어느 정도 흡입 매니폴드(150) 및 제1 연소 챔버(110)가 진공 상태들에서 작동하도록 구성되므로, 높은 온도들 및 쉽고, 즉각적인 열 크래킹(thermal cracking)이 획득될 수 있다. 진공 상태들에 의해, 가스들은 챔버 안으로 밀려지는 것 대신 연소 챔버 안으로 끌어 당겨진다. 이는 (HHO 같이) 압축되면서 폭발하게 되는 가스들의 버닝(burning) 및 더 무거운 연료들의 보다 효과적인 산화를 허용한다. 진공 상태들은 또한 진공 상태들이 활용되지 않는 것보다 버너-반응기의 더 빠른 시동 및 제1 연소 챔버의 절연(insulation) 같은, 특정 열적 목표들(thermal objectives)을 가능하게 한다.
연소 프로세스의 이 단계 동안, 흡입 매니폴드(150)로부터 제1 연소 챔버(110) 안으로 공급된 연료들은 진공 상태들로부터 자연스럽게 입구 및 출구 가스들의 두 개의 와류들을 생성한다. 이러한 자연스럽게 발생하는 와류들은 진공 상태들이 챔버에 들어가고 나가는 가스들이 항공기의 날개 뒤 공기와 같이 또는 유체역학에서 급속한 방식으로 들어가거나 나가는 물과 유사하게, 압력 차이들에 의해 회전하게 할 때 나타난다.
필수적이지는 않으나 일단 작동하면, 제1 연소 챔버는 HHO 및 천연 가스 같은, 소량의 연료를 이용하여 예열된다. 예를 들어, 이하에서 설명되는 바와 같이 시스템 안으로 제2 연료를 안내하기에 앞서 20분 동안 대략 2200도로 챔버를 예열하기 위해 3 m3/hr의 HHO 및 16 m3/hr의 천연 가스가 사용될 수 있다. 일단 버너-반응기(100)가 예열되면, HHO는 성능에 영향을 미치지 않으면서 제거될 수 있다. HHO는 메탄보다 7배 더 빠르게 화염에 산소 및 수소 층류 속도를 제공하여, 더 나은 크래킹 및 연소를 허용하고, 또 다시 방출 물질들(emissions)을 낮춘다.
도 2는 본 개시의 실시예들에 따라 제1 연소 챔버(110)의 단면도이다. 제1 연소 챔버(110)는 원통형 외부(210) 및 원뿔형 내부(220)를 구비한다. 절연재(230)는 외부(210) 및 내부(220) 사이에 포함된다. 또한, 제1 연소 챔버(110)는 원뿔형 내부(220) 내에 제1 세트의 안내 블레이드들(240)을 구비한다. 안내 블레이드들(240)은 회전 연료들의 두 개의 와류들이 둘러싸이는 제1 연소 챔버(110) 내에 제3 와류를 생성하도록 구성되어, 제3 와류를 생성한다. 상기 제3 와류는 버너-반응기를 통해 연료의 통과를 느리게 하여, 연료 품질과 관계 없이 완전하고 깨끗한 연소를 초래한다.
원뿔형 내부(220)는 제1 단부(222) 및 제2 단부(224)를 구비한다. 제1 단부(222)는 콘-형상으로 된 내부의 더 작은 단부이고, 흡입 매니폴드(150)로부터 들어가는 압축 공기 및 연료 가스들을 위한 입구 지점(entry point)을 제공한다. 제1 연소 챔버(110)는 버너-반응기의 연소 챔버들 안으로 연료들을 안내하기 위해 흡입 매니폴드(150)의 대응되는 연결을 구비하여 사용을 위한 제1 단부(222)에 나사산 연결부(threaded connection; 226)를 포함할 수 있다.
흡입 매니폴드(150) 및 제1 연소 챔버(110)는 제1 연소 챔버에 연결된 관련된 진공 챔버가 제1 연소 챔버(110) 안으로 흡입될 가스들을 위해 진공 상태들을 생성할 수 있는 방식으로 연결될 수 있다. 압축 공기는 또한 많은 종래의 버너들에서 분사되고 점화되는 것 대신, 제1 연소 챔버(110) 내에서 화염의 코어(core of the flame) 안으로 공급된다. 일부 실시예들에서, 제1 연소 챔버(110)는 연소 잔여물들의 부착을 제거하기 위해, 절연된 스테인리스 스틸(insulated stainless steel) 같은 재질로 마련된다. 일반적인 반응기 해결책들에서 보여지는 장애물들의 결핍은 또한 유지 및 신뢰성을 향상시킨다.
도 3은 본 개시의 실시예들에 따라, 도 2의 제1 연소 챔버(110)의 배면도이다. 이 도면에서는 원통형 외부(210), (외부(210)에 동심인 점선 원으로 도시된) 콘의 일부를 따른 원통형 내부(220), 및 제1 세트의 안내 블레이드들(240)이 도시된다. 안내 블레이드들(240)은 흡입 매니폴드(150)에 의해, 블레이드들 뒤로부터 제1 연소 챔버 안으로 들어가는 연료들이, 제3 와류 내에서 회전하게 한다. 이 도면에서, 연료는 시계 또는 반시계 방향으로 모두 회전할 수 있으며, 그것은 시스템을 통과하여 뷰어(viewer)를 향해 도면으로부터 밀려 나갈 수 있다.
환원 노즐(120) 상에서 인젝터들(140)은 제1 연소 챔버(110)의 타단에 안내된 이미 회전하는 연료들에 추가적인 연료들을 공급한다. 인젝터들(140)에 의해 주입된 연료들은 이미 안내된 연료들(즉, 흡입 매니폴드(150)로부터 공급된 가스 연료들)의 흐름에 반대되는 방향으로 공급된다. 이러한 연료들은 유체들이고, 이용 가능한 연료의 품질로 될 수 있다. 예를 들어, 소이 오일(soy oil), 폐유(waste oil), 글리세린(Glycerin), 정제된 더 높은 품질의 탄화수소 연료들, 뿐만 아니라 이러한 유체들의 다양한 혼합물에 대하여, 설명된 실시예들의 작동을 도시하여 이하에서 실험 데이터가 제공된다. 다른 액체 연료들은 물이 없을 필요가 없는, 알코올을 포함한다. 예를 들어, 30%만큼 물이 포함된 알코올이 설명된 실시예들에서 활용되었다.
도 4는 본 개시의 실시예들에 따라 환원 노즐(120)의 사시도이다. 환원 노즐(120)은 전술된 바와 같이 제1 연소 챔버(110)의 원뿔형 내부(220)의 제2 단부(224)에 연결하도록 구성된다. 환원 노즐(120)은 제1 연소 챔버(110)에 연결하기 위해 더 큰 직경을 구비하는 절단된 원뿔형 제1 부분(frustoconical first portion; 410)을 구비한다. 환원 노즐(120)은 제2 연소 챔버(130) 안으로 절단된 제1 부분(410)의 더 작은 직경으로부터 연장하는 원통형 제2 부분(420)을 구비한다.
제1 부분(410)은 제2 세트의 연료들, 즉 액체 연료들의, 주 챔버(110) 안으로 주입을 허용하는 그 위에 장착된 인젝터들(140)을 구비한다. 인젝터들(140)은 제1 부분(410)에 수직하게 장착된다. 제1 부분이 인젝터들이 장착되는 수평선(horizontal)에 대해 대략적으로 60°각도를 구비하는 경우, 인젝터들은 회전하는 가스 연료들의 흐름에 반대되는 방향으로 수평면(horizontal plane)에 대해 보여질 때 대략적으로 30°각도에서 주 챔버에 들어가도록 장착될 수 있다. 블레이드들(도시되었으나 부호가 안 붙여짐)은 길이방향 축에 대해 45도에서 환원 노즐(120)의 원통형 제2 부분(420)에 용접된다. 이러한 블레이드들은 이하에서 보다 상세히 설명될 것이다.
설명된 실시예들에 의해 발생되는 높은 온도들 및 압력들에 의해, 인젝터들(140)은 냉각된다. 일부 실시예들에서, 인젝터들(140)은 냉각 노즐들(도시되지 않거나 도면 부호가 안 붙여짐)에 의해 냉각된다. 일부 실시예들에서, 냉각 노즐들은 감소된 압축 공기 또는 가스를 활용하는 개방 회로(open circuit)의 일부이다. 예를 들어, 대략적으로 0.5 Kg/cm2의 압축 공기 또는 가스는 장치 내에서 배수하는(drain) 개방 회로 내에 사용된다. 다른 실시예들에서, 폐쇄된 오일 및 펌프 시스템이 사용된다. 그러한 폐쇄 시스템에서, 오일 및 펌프는 동시적으로 열 교환기를 통해 서비스 탱크(service tank)를 가열한다.
도 5a는 본 개시의 실시예들에 따라 제2 연소 챔버(130)의 정면도이다. 도 5b 및 5c는 본 개시의 실시예들에 따라 제2 연소 챔버(130)의 사시도 및 배면도이다. 원통형 제2 연소 챔버(130)는 환원 노즐(120)의 제2 부분(420)이 삽입되는 내부 직경(520) 및 외부 직경(510)을 구비한다. 두 개의 직경들 사이에, 제2 연소 챔버(130)를 위한 공기 입구로서 기능하는, 블레이드들(530)이 있다. 그러므로 화염의 코어에 공급된 압축 공기 및 가스 연료들을 초과한 추가적인 공기는 가스-액체 연료 혼합물의 보다 완전한 산화를 위해 이용 가능하다. 가스-액체 혼합물은 제2 연소 챔버(130)의 외부를 향해 밀려나면서 계속 회전하여, 완전 연소를 허용한다. 이러한 향상된 프로세스에 의해, 종래의 해결책들에서 발견되는 가이드 피스들, 플로우 공간들 또는 화염 튜브들의 사용 없이, 더 적은 잔여물들이 생성되고 및/또는 축적된다. 다시, 이는 활용된 연료 품질에 관계 없이 시스템에 의한 더 깨끗한 방출 물질들을 허용한다.
도 6은 본 개시의 실시예들에 따른 흡입 매니폴드(150) 및 조절 밸브들을 개략적으로 도시한다. 흡입 매니폴드(150)는 제1 연소 챔버(110)의 나사산 연결부(226)와 연결을 위해 나사산 연결부(610)를 포함한다. 흡입 매니폴드는 하우징(620)의 형태로 된 진공 챔버를 포함한다. 하우징(620)은 또한 압축 공기 노즐 입구(630)를 구비하고, 그것을 통해 압축 공기는 압축 공기 노즐(640)에 의해 공급된다. 불완전 연소를 초래하는, 공기로 분사된 연료 혼합물들을 둘러싸는, 다른 시스템들과 달리, 현재 개시된 시스템은 노즐(640)을 통해 화염의 코어에 압축 공기(대략적으로 10바(bars) 이상)를 제공하는 반대되는 원리에 따라 작동한다.
조절 밸브들(650)은 흡입 매니폴드(150) 안팎으로 공기 및 가스 흐름을 위한 제어들을 제공한다. 진공 상태들에 의해, 어떠한 유형의 가연성 가스는 연소 챔버들 안으로 끌어당겨질 수 있고 버너-반응기(100) 내에 사용될 수 있다. 삼중 와류 설계(triple vortex design)에 의해, 가스 혼합물은 더 무거운 연료들을 포함하여, 사용된 가스에 관계 없이 보다 일관되는 반면, 가스는 연소 챔버들 내에서 보다 효율적으로 재활용된다.
그 결과, HHO 같은 이전에 바람직하지 않은 가스 연료들은 폐유, 글리세린, 및 다른 연료들 같은 액체 연료와 조합하여 활용될 수 있다. 이는 또한 사용되는 고-품질 연료의 양을 감소시키기 위해, 바람직하지 않은 연료들과 고-품질 연료들의 혼합을 허용한다. 액체들 및 가연성 가스들의 조합을 동시에 태우는 그것의 수용성, 그것의 높은 작동 온도, 주입된 압축 공기, 진공 및 그것의 회전에 의한 연소 챔버들을 통한 화염의 통과에서 지연에 의해, 전술된 실시예들은 종래의 에너지 변환기들에 비해 전달된 열동력(thermal power) KW 당 가역 및 방출 물질들을 감소시킨다. 청구된 실시예들의 사용은 또한 내연 기관들로부터 폐유의 적절한 제거를 허용하고, 폐유 내 포함된 잔여 금속은 액체에 그리고 결국 제2 챔버의 바닥 내 고체에 농축된다.
도 7은 삼중-와류 진공 버너-반응기 내에서 혼합 연료들을 효율적으로 태우는 방법(700)의 플로우차트이다. 상기 방법은 710 단계에서 원뿔형 제1 연소 챔버에 연결된 흡입 매니폴드를 통해 공기를 주입하는 것에 의해 원뿔형 제1 연소 챔버 내에 진공 상태들을 생성하는 것에 의해 시작된다. 720 단계에서, 제1 세트의 연료들은 흡입 매니폴드를 통해 원뿔형 제1 연소 챔버 안으로 안내된다(즉, 안으로 흡입된다). 제1 세트의 연료들은 730 단계에서 제3 와류를 형성하도록 원뿔형 제1 연소 챔버 내에 제1 세트의 안내 블레이드들을 통해 보내진다. 세 개의 와류들은 원뿔형 연소 챔버 및 제2 연소 챔버를 통해 버너-반응기의 외부에 회전을 유지시킨다. 740 단계에서, 제2 세트의 연료들은 제1 세트의 연료들의 회전 방향과 반대되는 방향으로 원뿔형 제1 연소 챔버 안으로 주입되어, 연료 혼합물의 산화를 허용한다.
세 개의 와류들의 형성을 통해, 연료들의 회전은 연소 챔버들을 통해 유지될 수 있으며 연료들의 통과가 느려진다. 연료들의 더 느린 통과는 보다 완전한 연소를 유도한다. 이러한 더 느린 연소 사이클은, 즉, 가스 및 액체 연료들의 조합을 이용하기 위해 버너-반응기(100)를 허용하는, 보다 완전한 버닝을 촉진시킨다. 글리세린, 폐유, 또는 그 두 개의 조합들 같은 저 품질 연료들은 산업용 연료 오일(IFO) 380 또는 바이오디젤 같이, 일반적으로 더 깨끗하게 타는 연료들로 대체될 수 있다. 게다가, 더 적은 방출 물질들이 발생되어, 보다 친환경적으로 열 발생을 초래할 수 있다. 잔여물 및 유지 문제들이 감소되거나 제거되며, 지속적인 신뢰성 있는 열이 발생될 수 있다.
연료 USD/KW/HR 바이오디젤과 비교 IFO 380과 비교
바이오디젤 0.144 0% 손실(loss)-227%
IFO 380 0.044 70% 0%
소이 오일 0.127 12% 손실-188%
글리세린 및 소이 오일 50/50 0.0792 45% 손실-79%
소이 오일 및 폐유 0.071 50% 손실-61%
프로판 및 부탄 0.07 51% 손실-59%
천연 가스 0.0525 65% 손실-19%
글리세린 0.315 78% 28%
글리세린 및 폐유 50/50 0.023 84% 48%
폐유 0.015 89% 66%
USD로 상대적인 절감(Comparative Savings in USD)
본 개시의 삼중 와류 버너에 의해 획득된 아웃풋(output)의 실험 데이터는 위의 표 1에서 보여진다. 표 1은 가장 저렴한 산업용 화석 연료(즉, 산업용 연료 오일(IFO) 380)에 비해 28% 내지 66% 감소된, 엔진들로부터 폐유 및/또는 글리세린의 내부 연소로부터 획득된 열 동력 Kilowatt/hour 당 비용을 나타낸다.
전술된 실시예들 및 관련된 실험 데이터는 본 발명의 새로운 개념들의 예시들을 제공한다. 대안적인 실시예들은 개시된 가스 연료들에 추가적으로, 또는 대신에 제1 연소 챔버 안으로 고체 연료들을 안내하기 위해 진공 챔버 및 조절 밸브들의 변형을 포함한다. 예를 들어, 연소 챔버의 진공 측으로부터 카본 파우더 등을 공급하도록 개조될 수 있다. 이러한 고체 연료는 이 실시예에서 연료들의 다른 혼합물을 제공하기 위해 가스 및/또는 액체 연료들과 혼합될 수 있다.
전술된 설명들은 통상의 기술자가 개시된 실시예들을 사용하고 제작하는 것을 허용하기 위해 충분한 상세사항을 제공한다. 그러나 다른 대안적인 실시예들은 전술된 설명들을 고려하여 쉽게 알 수 있다. 본 개시의 사상 및 범위 내에서 균등물들이 고려된다. 그러므로, 본 개시의 청구 대상은 이어지는 청구항들의 범위 내에 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
100: 혼합-연료 진공 버너-반응기
110: 제1 연소 챔버
120: 환원 노즐
130: 제2 연소 챔버
140: 인젝터
150: 흡입 매니폴드

Claims (20)

  1. 삼중-와류 혼합-연료 진공 버너-반응기(100)에 있어서,
    진공 챔버(620), 상기 진공 챔버(620) 안으로 압축 공기 노즐 입구(630), 상기 압축 공기 노즐 입구(630)를 통해 상기 진공 챔버(620) 안으로 들어가는 압축 공기 노즐(640), 및 이젝터 출구(ejector outlet)를 포함하는 흡입 매니폴드(150), 상기 흡입 매니폴드(150)는 제1 연소 챔버(110)에 가스 연료를 공급하도록 구성됨;
    원통형 외부(210)를 구비하고 원뿔형 내부(220)를 구비하는 제1 연소 챔버(110), 상기 원뿔형 내부(220)는 더 작은 직경을 구비하는 제1 단부(222) 및 더 큰 직경을 구비하는 제2 단부(224)를 구비하고, 상기 원뿔형 내부(220)의 제1 단부(222)는 상기 흡입 매니폴드(150)에 연결되고, 상기 원뿔형 내부(220)는 제1 세트의 안내 블레이드들(240)을 더 포함함;
    상기 제1 연소 챔버(110)의 원뿔형 내부(220)의 제2 단부(224)에 연결된 흡입 노즐(120), 상기 흡입 노즐(120)은 상기 제1 연소 챔버(110)에 연결된 더 큰 직경을 가지는 절단된 원뿔형 제1 부분(410) 및 상기 절단된 원뿔형 제1 부분(410)의 더 작은 직경으로부터 연장하는 원통형 제2 부분(420)을 구비함;
    상기 제1 연소 챔버(110) 안으로 액체 연료를 주입하도록 구성된 상기 흡입 노즐(120)의 절단된 원뿔형 제1 부분(410)에 수직한 인젝터들(140); 및
    제2 연소 챔버(130) 안으로 공기를 안내하도록 구성된 제2 세트의 안내 블레이드들(530)을 구비하는 원통형 제2 연소 챔버(130);
    를 포함하고,
    제1 단부(222)에서 상기 제1 연소 챔버(110)의 더 작은 직경, 제2 단부(224)에서 상기 제1 연소 챔버(110)의 더 큰 직경 및 상기 제1 세트의 안내 블레이드들(240)은 상기 버너-반응기(100)의 외부로 연료의 회전을 유지시키기 위해 연료의 세 개의 와류들을 형성하고 완전 연소를 허용하도록 연료들의 통과를 느리게 하는, 삼중-와류 혼합-연료 진공 버너-반응기(100).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압축 공기 노즐은 상기 흡입 매니폴드를 지나 상기 제1 연소 챔버의 화염의 코어 안으로 압축 공기를 불어넣도록 구성된, 혼합-연료 진공 버너-반응기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 인젝터들은 상기 가스 연료의 회전에 반대되는 방향으로 상기 제1 연소 챔버 안으로 상기 액체 연료를 주입하도록 구성되고, 상기 제1 세트의 안내 블레이드들에 의해 형성된 제3 와류인 상기 가스 연료의 회전 방향은 상기 제1 연소 챔버(110)의 상기 원뿔형 내부(220)에 대해 시계 방향 또는 반시계 방향 중 하나인, 혼합-연료 진공 버너-반응기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가스 연료는 천연 가스, 물전해의 물 부산물(HHO), 또는 그것의 조합들인, 혼합-연료 진공 버너-반응기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 액체 연료는 폐유(waste oil), 글리세린, 소이 오일(soy oil), 산업용 연료 오일(IFO), 또는 그것의 조합들인, 혼합-연료 진공 버너-반응기.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 삼중-와류 혼합-연료 진공 버너-반응기(100) 내에서 혼합 연료들을 효율적으로 태우는 방법에 있어서,
    상기 방법은,
    원뿔형 제1 연소 챔버(110)에 연결된 흡입 매니폴드(150)를 통해 공기를 배출하는 것에 의해 상기 원뿔형 제1 연소 챔버(110) 내에 진공 상태들을 생성하는 단계;
    상기 흡입 매니폴드(150)를 통해 상기 원뿔형 제1 연소 챔버(110) 안으로 연료들을 안내하는 단계, 제1 단부(222)에서 상기 제1 연소 챔버(110)의 더 작은 직경 및 제2 단부(224)에서 상기 제1 연소 챔버(110)의 더 큰 직경은 배출 가스들 및 제1 세트의 연료들의 두 개의 와류들을 형성함;
    제3 와류를 형성하도록 상기 원뿔형 제1 연소 챔버(110) 내 제1 세트의 안내 블레이드들(240)을 통해 제1 세트의 연료들을 보내는 단계, 세 개의 와류들은 상기 원뿔형 연소 챔버(110) 및 제2 연소 챔버(130)를 통해 상기 버너-반응기(100)의 외부로 회전을 유지시킴; 및
    인젝터들(140)에 의해 상기 제1 세트의 연료들의 회전 방향과 반대되는 방향으로 상기 원뿔형 제1 연소 챔버(110) 안으로 제2 세트의 연료들을 주입하는 단계;
    를 포함하는, 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 삼중-와류 혼합-연료 진공 버너-반응기(100) 내에서 혼합 연료들을 효율적으로 태우는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 세트의 연료들은 가스 연료들이고 상기 제2 세트의 연료들은 액체 연료들인 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    이차적인 공기 입구의 블레이드들(530)을 통해 상기 제2 연소 챔버(130) 안으로 공기를 안내하는 단계를 더 포함하는 방법.
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