KR102494068B1 - 연소 장치 - Google Patents

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KR102494068B1
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Abstract

[과제] 장비 무게를 가볍게 할 수있는 연소 장치를 제공한다. 제1 실시예에 따른 가스 처리 장치는 내측 튜브의 기단 플레이트 (16)에서 플랜지부(16c)의 근방에 복수의 공기 분사 노즐(16b)을 주기적으로 배열한다. 따라서 내측 튜브의 기단 플레이트(16)가 주벽부(12a)에 조립된 상태에서는 주벽부(12a)에 도포된 내화재(14)의 표면 근방하고 내화재(14) 내주의 전체 둘레에 걸쳐 여러 공기 분사 노즐(16b)이 배치된다. 따라서 제2 송풍 팬에서 압송 된공기 유로(Rb)의 공기는 공기 분사 노즐(16b)에서 연소 공간에 분사되면 연소 공간의 내화재(14)의 표면을 따르도록 흐르는 때문에 내측 튜브(12)의 내주면(내화재(14)의 표면)이 공기에 의해 냉각된다. 따라서 여러 공기 분사 노즐(16b)이 설치되어 있지 않은 경우에 비해 내화재(14)의 두께를 얇게 하는 것이 가능하므로, 가스 처리 장치의 장치 중량을 경량화 할 수 있다.

Description

연소 장치{COMBUSTION APPARATUS}
본 발명은 연소 공간을 형성하는 내측 튜브, 상기 내측 튜브를 덮는 외측 튜브 및 연소 공간에 연료를 공급하는 버너를 구비하는 연소 장치에 관한 것이다.
연소 장치의 일종으로, 예를 들어, 다음 특허 문헌1에 개시되어있는 「폐기물 소각 장치」가 있다. 이 장치에는 소각로의 내부(연소 공간)를 형성하는 내측 튜브 주위에 외측 튜브를 배치함과 동시에 내측 튜브의 내부를 내화재로 덮는다. 이에 따라 1,000 °C 전후가 되는 노 내부의 고온 환경에서 강판제 등의 내측 튜브를 보호하고 있다. 내화재는, 예를 들어, 캐스터블이라는 내화 콘크리트가 있고, 내화성이 뛰어난 골재와 알루미나 시멘트 등을 혼합한 것도 있다. 소각로 이외에도 연소 장치에서는 노 내부의 내벽에 내화재를 사용하는 것이 적지 않다.
선행기술문헌
특허문헌
특허문헌1 일본특허공개번호 특개 2001-74221호 공보
특허문헌2 일본특허공개번호 특개 2015-158263호 공보
특허문헌3 일본특허공개번호 특개 2012-82804호 공보
특허문헌4 일본특허공개번호 특개 2004-257325호 공보
그런데, 내화재, 특허 문헌1의 도 1과 도 2에 나타난 바와 같이, 고온을 차단하고 내측 튜브를 열로부터 보호할 필요상, 내측 튜브의 내측을 두껍게 설치되는 경우가 많다. 이러한 두꺼운 내화재는 연소 장치의 중량 증가를 초래한다. 특히, 상기 특허 문헌1의 소각 장치와 같은 선박에 사용되는 선박의 연소 장치에서는 경량인 것이 요구되고, 탑재되는 선박에 따라 연소 장치의 중량이 문제가 되는 경우가 있다.
선박의 연소 장치는 이러한 소각 장치 외에, 예를 들면, 보일 오프 가스를 처리하는 가스 처리 장치도 있다. 보일 오프 가스는 LNG 저장 탱크에 액화 천연 가스를 기화시킴으로써 발생하는 가스이며, 이하 「BOG」라고 하겠다. 예를 들어, 상기 특허 문헌2에는, 액화 가스 운반선의 화물 탱크에서 발생하는 BOG중에, 연료로 처리 할 수 없는 잉여분을 다시 액화하여 화물 탱크에 회수하거나, 가스 연소 장치 등으로 소각 처리해야하는 내용의 기재(특허 문헌 2; 단락 0002)가 있고, 후자의 경우에 가스 처리 장치가 사용된다.
또한, 상기 특허 문헌3에 개시된 바와 같이, 디젤 엔진 추진 기관으로 하는 선박에 있어서는 NOX의 배출량을 줄여야 할 필요에서, 탈질 장치를 통과시킨 후 배기 가스를 대기 중에 방출하는 것이 있으며, 배기 가스 온도가 300°C 이하의 경우에는 탈질 촉매가 충분히 활성 온도까지 이르도록 배기 가스를 가열한 후 탈질 장치를 통과시키는 것도 있다(특허 문헌3; 단락 0004 내지 0007). 이러한 배기 가스의 가열에 사용되는 배기 가스 가열 장치도 선박의 연소 장치의 일종이다.
또한, 탈질 장치에 의해 NOX의 정화를 실시하기 위해 탈질 촉매의 상류측의 배관 경로 중에 배기 가스 환원제(요소수)를 분사하여 배기 가스 환원제가 배기 가스 경로 중에서 가수 분해되어 암모니아가 생성되고, 탈질 촉매에 의해 NOX가 정화된다. 그러나, 상기 특허 문헌4에 개시된 바와 같이, 배기 가스 온도가 낮은 경우에는 배기 가스 환원제의 가수 분해에 의한 암모니아 생성이 충분히 진행되지 않을 수 있으며, 그 대책으로, 미리 배기 가스 환원제를 가열하여 환원제 가스로서 배기 가스 중에 공급하는 방식이 알려져 있다(특허 문헌3; 단락 0002 내지 0008). 디젤 엔진을 추진 기관으로 하는 선박에서는 고온 가스(연소 가스)에서 요소수를 분사하여 가수 분해시켜 환원제 가스(암모니아)를 생성하고 이 환원제 가스를 포함하는 고온 가스를 디젤 엔진에서의 배기 가스 중에 공급하는 방식이 있다. 이러한 방식에서 고온 가스(연소 가스)를 공급하는 연소 가스 공급 장치도 선박의 연소 장치의 일종이다.
이처럼 선박의 연소 장치에는, 소각 장치, 가스 처리 장치 및 배기 가스 가열 장치, 연소 가스 공급 장치(고온 가스 발생 장치)등 여러 가지가 존재하지만, 어떠한 경우에도 장비 중량은 가벼운 것이 바람직하다. 본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 장비 중량을 가볍게 할 수 있는 연소 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 특허 청구 범위의 청구항 1에 기재된 연소 장치는 내부에 연소 공간을 형성하는 내측 튜브와, 상기 내측 튜브를 덮는 동시에 상기 내측 튜브 사이에 외부로부터 이송 공기가 유통 가능한 공간부를 형성하는 외측 튜브와, 상기 내측 튜브를 관통하고 상기 연소 공간 내에 연료를 분출 가능하게 상기 외측 튜브에 설치되는 버너를 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.
또한, 특허 청구 범위의 청구항 2에 기재된 연소 장치는 청구항 1에 기재된 연소 장치에 있어서, 상기 내측 튜브의 일단 측에는, 상기 공간부를 유통하는 공기를 상기 내측 튜브의 내주면에 따라 상기 연소 공간 내에 분사 가능한 공기 분사구 또는 공기 분사 노즐이 설치되어 있는 것을 기술적 특징으로 한다.
또한, 특허 청구 범위의 청구항 3에 기재된 연소 장치는 청구항 1 또는 2에 기재된 연소 장치에 있어서, 상기 내측 튜브에는 상기 배관의 직교 방향 또는 대략적인 직교 방향으로 통축을 향해 배치되는 동시에, 상기 상류측으로부터 배출된 배기 가스가 상기 연소 공간을 통하여 상기 하류측에 유입 가능하게 구비된 유입구 및 유출구가 형성되는 것을 기술적 특징으로 한다.
또한, 특허 청구 범위의 청구항 4에 기재된 연소 장치는 청구항 3에 기재된 연소 장치에 있어서, 상기 내측 튜브의 일단 측에는 외부 기관에서 파견된 배기 가스로서, 연소중인 상기 연소 공간의 온도보다 낮은 온도의 배기 가스를 상기 내측 튜브의 내주면을 따라 상기 연소 공간에 분사할 수 있는 배기 가스 분사구 또는 가스 분사 노즐을 갖는 배기 가스 분사부를 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.
또한, 특허 청구 범위의 청구항 5에 기재된 연소 장치는, 청구항 3에 기재된 연소 장치에 있어서, 상기 버너에는 연료 분출 방향의 주위가 통체로 덮여 있으며, 외부 기관의 배기 가스가 유통하는 배관의 상류측으로부터 배출된 배기 가스가 상기 연소 공간을 통해 상기 배관의 하류측에 유입 가능하도록 상기 배관의 상류측 및 상기 배관의 하류측이 상기 내측 튜브 안으로 각각 연통하는 것을 기술적 특징으로 한다.
또한, 특허 청구 범위의 청구항 6에 기재된 연소 장치는, 청구항 1 내지 2 중 어느 한 항에 기재된 연소 장치에 있어서, 통체에는 상기 버너의 연료 분출 방향에 대해 반대 측면에 위치한 기단부가 상기 공간부에 노출되는 동시에 상기 기단부와 상기 외측 튜브와의 사이에는 틈새부가 형성되는 것을 기술적 특징으로 한다.
또한, 특허 청구 범위의 청구항 7에 기재된 연소 장치는 청구항3에 기재된 연소 장치에 있어서, 통체에는, 상기 버너의 연료 분출 방향에 위치하는 선단부가 상기 배관의 상류측과 상기 배관의 하류측과를 최단 거리로 연결하는 가상 경로의 범위 밖에 위치하는 것을 기술적 특징으로 한다.
또한, 특허 청구 범위의 청구항 8에 기재된 연소 장치는 청구항 5에 기재된 연소 장치에 있어서, 통체에는, 상기 버너의 연료 분출 방향에 위치하는 선단부가 경사 기둥의 단부 형상으로 개구하는 것을 기술적 특징으로 한다.
또한, 특허 청구 범위의 청구항 9에 기재된 연소 장치는 청구항 5에 기재된 연소 장치에 있어서, 상기 버너는 상기 연료 분출 방향이 상기 배관의 하류측에서 상기 배관의 상류측인 것을 기술적 특징으로 한다.
또한, 특허 청구 범위의 청구항 10에 기재된 연소 장치는 청구항 9에 기재된 연소 장치에 있어서, 상기 연소 공간의 배기 가스 하류측에는 상기 배관의 하류측면에 연결되는 연결부의 내경보다 작은 내경을 갖는 제2의 내측 튜브가 상기 배관의 하류측에 연통하도록 설치되어있는 것을 기술적 특징으로 한다.
또한, 특허 청구 범위의 청구항 11에 기재된 연소 장치는, 상기 외부 기관의 배기 가스가 유통하는 배관은, 청구항 5에 기재된 연소 장치가 설치되기 전부터 시설 공간에 이미 설치되어 있고, 해당 연소 장치는 상기 배관의 배치 변경을 필요로 하지 않고, 상기 배관의 도중에 연결 가능한 것을 기술적 특징으로 한다.
청구항 1의 발명에서는, 내측 튜브가 외측 튜브에 덮여 내측 튜브의 주위에 형성되는 공간부에는 외부에서 유입되는 공기가 유통한다. 이는 내측 튜브의 온도를 저하시키는 것을 가능하게 한다. 따라서 내측 튜브의 내주면에 내화재를 설치하는 경우에는 그 두께를 얇게 할 수 있으므로 연소 장치의 장비 중량을 경량화 할 수 있다. 또한 내화재의 두께를 얇게 한 만큼 소형화 할 수 있게 된다.
청구항 2의 발명에서는, 공기 분사구 또는 공기 분사 노즐에서 분사된 공기는 내측 튜브의 내주면에 따른 공기 흐름이 연소 공간 내를 흐르기 때문에 내측 튜브의 내주면이 공기 흐름에 의해 냉각된다. 따라서 공기 분사구 또는 공기 분사 노즐이 설치되어 있지 않은 경우에 비해 연소 공간 내에서 내측 튜브의 온도를 저하시키는 것이 가능하게 된다. 따라서 내측 튜브의 내주면에 내화재를 설치하는 경우에는 그 두께를 얇게 할 수 있으므로 연소 장치의 장비 중량을 경량화 할 수 있다. 또한 내화재의 두께를 얇게 한 만큼 소형화 할 수 있게 된다.
청구항 3의 발명에서는, 유입구에서 유입된 배기 가스는 버너 연소 시 연소 공간에서 발생한 연소 가스와 혼합하여 최단 거리로 유출구로 유출되므로 외부 기관에서 이송되는 배기 가스는 적은 저항으로 연소 공간을 통과할 수 있게 된다. 또한 내측 튜브 및 외측 튜브 사이에는 외부에서 유입된 공기가 유통 가능한 공간부가 형성되어 내측 튜브가 공기 냉각되어 있기 때문에 배기 가스와 연소 가스와의 혼합 과정에서, 예를 들어, 연소 공간에서 고온부와 저온부가 발생하는 온도 편차가 발생하더라도 고온부를 덮는 내화재를 설치할 필요가 없다. 따라서 이러한 혼합 과정에서 온도 편차 대비용 내화재를 필요로 하지 않는 점에서도 장치 중량을 경량화 할 수 있다.
청구항 4의 발명에서는, 배기 가스 분사구 또는 가스 분사 노즐에서 분사된 배기 가스는, 내측 튜브의 내주면에 따른 배기 가스가 유입되어 연소 공간 내를 흐르는 때문에 내측 튜브의 내주면이 이 배기 가스에 의해 더욱 냉각된다. 따라서 이러한 배기 가스 분사부를 구비하지 않은 경우에 비해 연소 공간 내에서 내측 튜브의 온도를 더욱 저하시킬 수 있게 된다. 따라서 내측 튜브의 내주면에 내화재를 설치하는 경우에는 그 두께를 더욱 얇게 하거나, 내화재를 폐지할 수 있게 되기 때문에, 연소 장치의 장치 중량을 더욱 가볍게 할 수 있다.
청구항 5의 발명에서는, 연소 공간 내에 연료를 분출 가능하게 외측 튜브에 설치되는 버너는, 연료 분출 방향의 주위를 튜브에 의해 커버된다. 따라서 버너에서 내측 튜브의 연소 공간에 화염이 형성되는 경우에 화염의 형성 범위를 튜브가 덮기 때문에, 화염의 직접적인 복사열 등이 튜브에 의해 차단된다. 그러면 버너의 화염에서 내측 튜브의 내벽에 직접 전해지는 복사 전열량을 감소시킬 수 있고, 내측 튜브의 온도 상승이 억제된다. 또한 내측 튜브에는 배관의 상류측에서 연소 공간을 통해 배관의 하류측에 흐르는 외부 기관의 배기 가스가 유통하기 때문에 이러한 배기 가스에 의해 내측 튜브가 냉각된다. 따라서, 내측 튜브 내화재 등을 설치할 필요가 없어질 수 있어 내화재 등을 마련하는 경우에 비해 경량화 할 수 있다. 또한 내화재 등의 두께만큼 내측 튜브의 외형 치수를 작게 할 수 있기 때문에 소형화하는 것도 가능하게 된다.
청구항 6의 발명에서는, 통체에는 버너의 연료 분출 방향에 대해 반대편에 위치한 기단부가 공간부에 노출되는 것과 동시에 기단부와 외측 튜브 사이에는 틈새부가 형성되어있다. 이렇게 하면 공간부를 흐르는 외부 공기에 의하여 통체의 기단부가 냉각되기 때문에 통체에 대한 열에 의한 열화나 취성의 진행을 느리게 하는 것이 가능하게 된다. 또한 틈새부에 의해 통체의 기단부가 외측 튜브에서 물리적으로 떨어져 있기 때문에, 통체에서 외측 튜브로의 열전달을 억제 할 수 있게 된다.
청구항 7의 발명에서는, 통체에는 버너의 연료 분출 방향에 위치하는 선단부가 배관의 상류측과 배관의 하류측과를 최단 거리로 연결하는 가상 경로의 범위 밖에 위치하고 있다. 이는 배관의 상류에서 하류로 향하는 배기 가스의 흐름에 대해 통체가 저항하기 어렵기 때문에 연소 공간과 배관을 흐르는 배기 가스의 압력 손실의 증가를 억제하는 것이 가능하게 된다.
청구항 8의 발명에서는, 통체에는 버너의 연료 분출 방향에 위치하는 선단부가 경사 기둥의 단부 형상으로 개구한다. 이러한 선단부에는, 통벽의 축 방향 길이가 긴 장척부와 짧은 단척부가 존재한다. 따라서 예를 들어, 내측 튜브의 주벽측에 장척부가 위치하고 내측 튜브의 중심 측에 단척부가 위치하도록 통체를 배치한다. 따라서 단척부측보다 장척부측 쪽이 통벽의 축 방향 길이가 긴 만큼, 화염으로부터의 직접적인 복사열 등은 장척부측 쪽이 내측 튜브의 주벽의 방향으로 향하는 복사 전열량을 감소시킬 수 있게 된다. 따라서 내측 튜브의 온도 상승을 억제할 수 있다. 또한 버너의 화염에서 연료가 연소하여 발생하는 고온의 연소 가스는 장척부측보다 단척부측 쪽을 흐르는 것이 단거리이므로, 통체로부터 방출되어 내측 튜브의 중심 측으로 향한다. 따라서 장척부측을 흐르는 연소 가스를 내측 튜브의 중심측으로 끌어들이는 것이 가능하게 된다. 또한 고온의 연소 가스는 내측 튜브의 주벽측보다 중심측에 모아지기 때문에 내측 튜브의 온도 상승을 더욱 억제할 수 있다.
청구항 9의 발명에서는, 버너는 연료 분출 방향이 배관의 하류측에서 배관의 상류측이기 때문에, 배관의 상류에서 하류로 향하는 배기 가스의 흐름에 대해 반대 방향으로 배치 되어있다. 따라서 이러한 복사열 등이 배기 가스의 흐름과 같은 방향으로 진행되는 경우에 비해, 버너에서 배출되는 연소 가스의 진행 방향의 수직 성분과 배기 가스의 진행 방향의 수직 성분이 역방향이 되어 대향하기 때문에, 충돌에 의한 대류 혼합이 촉진되어 연소 가스와 배기 가스를 효율적으로 혼합하는 것이 가능하게 된다. 따라서 배기 가스의 온도의 균일 정도가 높아지는 때문에 배기 가스의 온도 편차를 억제함과 동시에 혼합에 필요한 공간이 작아질 수 있기 때문에, 내측 튜브, 심지어 노의 몸체를 콤팩트하게 할 수 있다.
청구항 10의 발명에서는, 연소 공간의 배기 가스 하류에는 배관의 하류측에 연결되는 연결부의 내경보다 작은 내경을 갖는 제2의 내측 튜브가 배관의 하류측에 연통하도록 설치되어있다. 따라서 배기 가스 하류측에서 제2의 내측 튜브는 내측 튜브를 냉각하는 저온의 공기가 배관의 하류측에 유입되는 것을 방지하기 때문에, 이러한 저온의 공기에 의해 배기 가스 하류측 부근을 흐르는 배기 가스의 온도가 저하되는 것을 억제할 수 있다. 또한 제2의 내측 튜브에는 내측 튜브의 주벽측보다 중심측을 흐르는 배기 가스가 더 많이 모일 수 있으므로 온도 편차가 적은 배기 가스를 배관의 하류측에 유출시킬 수 있다.
청구항 11의 발명에서는, 부기관의 배기 가스가 유통하는 배관은 기설의 배관에 있고, 배관의 배치 변경을 필요로 하지 않고, 해당 연소 장치 배관 중간에 연결 가능하다. 이는 기존 설비에 적용이 용이하므로 구형을 개조한 이후에도 사용 가능한 신형식으로 변경하는, 이른바 개장(retrofit)에 쉽게 대응할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 장치의 전체 구성의 일 예를 나타낸 정면도이다.
도 2는 상기 제1 실시예의 가스 처리 장치의 전체 구성의 일 예를 나타내는 평면도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 III-III 선단면을 화살표 방향에서 본 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 3에 나타낸 IV-IV 선단면을 화살표 방향에서 본 개략적인 단면도이다.
도 5는 도 4에 나타낸 일점쇄선 V의 개략적인 확대 단면도이다.
도 6은 도 5에 나타낸 화살표 VI의 방향에서 본 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 제1 실시예의 가스 처리 장치의 다른 사용예를 나타내는 설명도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 배기 가스 가열 장치의 전체 구성의 일 예를 나타낸 정면도이다.
도 9는 상기 제2 실시예의 배기 가스 가열 장치의 전체 구성의 일 예를 나타내는 평면도이다.
도 10은 도 9에 나타낸 X-X 선단면을 화살표 방향에서 본 개략적인 단면도이다.
도 11은 도 10에 나타낸 XI-XI 선단면을 화살표 방향에서 본 개략적인 단면도이다.
도 12는 도 11에 나타낸 일점 쇄선 XII내에 상당하는 확대 단면도이고, 도 13에 나타낸 XII-XII 선단면을 화살표 방향에서 본 모식적인 확대 단면도이다.
도 13은 도 12에 나타낸 화살표 XIII의 방향에서 본 개략적인 단면도이다.
도 14는 상기 제2 실시예의 배기 가스 가열 장치의 다른 구성예를 나타내는 도 12에 상당하는 단면도이고, 도 15에 나타낸 XIV-XIV 선단면을 화살표 방향에서 본 개략적인 확대 단면도이다.
도 15는 도 14에 나타낸 화살표 XV 방향에서 본 개략적인 단면도이다.
도 16은 본 제2 실시예의 배기 가스 가열 장치의 변형예 1을 나타내는 설명도이다.
도 17은 본 제2 실시예의 배기 가스 가열 장치의 변형예 2를 나타내는 설명도이다.
도 18은 본 발명의 제3 실시예에 따른 배기 가스 가열 장치의 노의 몸체의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 19는 도 18에 나타낸 XIX-XIX 선단면을 화살표 방향에서 본 개략적인 단면도이다.
도 20은 도 19에 나타낸 XX-XX 선단면을 화살표 방향에서 본 개략적인 단면도이다.
도 21은 본 발명의 제4 실시예에 따른 배기 가스 가열 장치의 전체 구성의 일 예를 나타낸 정면도이다.
도 22는 본 제4 실시예의 배기 가스 가열 장치의 전체 구성의 일 예를 나타내는 평면도이다.
도 23은 도 22에 나타낸 XXIII-XXIII 선단면을 화살표 방향에서 본 개략적 인 단면도이다.
도 24는 도 23에 나타낸 XXIV-XXIV 선단면을 화살표 방향에서 본 개략적인 단면도이다.
도 25는 도 24에 나타낸 XXV-XXV 선단면을 화살표 방향에서 본 개략적인 단면도이다.
도 26은 본 발명의 제5 실시예에 따른 배기 가스 가열 장치의 전체 구성의 일 예를 나타낸 정면도이다.
도 27은 본 제5 실시예의 배기 가스 가열 장치의 전체 구성의 일 예를 나타내는 평면도이다.
도 28은 도 26 및 도 29에 나타낸 XXVIII-XXVIII 선단면을 화살표 방향에서 본 개략적인 단면도이다.
도 29는 도 28에 나타낸 XXIX 선단면을 화살표 방향에서 본 개략적인 단면도이다.
도 30은 도 29에 나타낸 일점 쇄선 XXX내의 개략적인 확대 단면도이다.
도 31은 도 29에 나타낸 화살표 XXXI의 방향에서 본 개략적인 단면도이다.
도 32는 본 제5 실시예의 배기 가스 가열 장치의 변형예 1을 나타내는 설명도이다.
도 33은 도 32에 나타낸 일점쇄선 XXXIII내의 개략적인 확대 단면도이다.
도 34는 본 발명의 제6 실시예에 따른 배기 가스 가열 장치의 전체 구성의 일 예를 나타낸 정면도이다.
도 35는 본 제6 실시예의 배기 가스 가열 장치의 전체 구성의 일 예를 나타내는 평면도이다.
도 36은 도 34 및 도 37에 나타낸 XXXVI-XXXVI 선단면을 화살표 방향에서 본 개략적인 단면도이다.
도 37은 도 36에 나타낸 XXXVII-XXXVII 선단면을 화살표 방향에서 본 개략적 인 단면도이다.
도 38은 본 제6 실시예의 배기 가스 가열 장치의 복사열 등 및 배기 가스의 흐름의 예를 나타내는 설명도이다.
이하, 본 발명의 연소 장치의 실시예에 대해서는 도면을 참조하여 설명한다. 우선, 본 발명의 연소 장치를 가스 처리 장치에 적용한 제1 실시예를 도 1 내지 도 7을 참고로 설명한다.
〔제1 실시예]
제1 실시예에 따른 가스 처리 장치(10)는, 예를 들어, BOG(보일 오프 가스)등을 연소 처리하는 소각 장치이며, 선박에 탑재되는 선박용 연소 장치이다. 도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 가스 처리 장치(10)는 주로, 외측 튜브(11), 내측 튜브(12), 버너 유닛(13), 버너 홀더(17), 배기관(19, 제1 팬(2), 제2 팬(3) 등으로 구성되어 있다.
외측 튜브(11)는, 예를 들어, 바닥이 원통 형상을 이루는 튜브이며, 강판으로 구성되어 있다. 즉, 원통형으로 형성되는 주벽부(11a)에 대하여 외측 튜브(11)의 일단측은 내측으로 절곡된 플랜지 형상을 이루는 원형 고리 모양의 기단부(11b)에 의해 포위되도록 개구되어 있으며, 외측 튜브(11)의 타단측은 원형판 형상의 선단부(11c)에 의해 폐쇄되어 있다. 주벽부(11a)는 외측 튜브(11)의 반경 방향으로 원통형으로 연장하는 연결부(11d)가 형성되어 있으며, 선단에 설치되는 플랜지부(11e)를 통해 배기관(19와 연결 가능하게 하고 있다. 또한 주벽부(11a)에는 흡기구(11f, 11g)도 개방하고 있으며, 여기에는 후술하는 제1 흡기 덕트(6)와 제2 흡기 덕트(7)가 연결된다. 기단부(11b)의 개구는 후술하는 바와 같이, 원형 평판 형상의 외측 튜브의 기단 플레이트(15)에 의해 덮여 폐쇄된다.
내측 튜브(12)는 외측 튜브(11)의 내부에 수용되는 동시에 내부에 연소 공간을 형성하는 튜브이며, 외측 튜브(11)와 마찬가지로 바닥이 원통 형상으로 형성되어있다. 내측 튜브(12)는, 원통형의 주벽부(12a)의 일단측이 기단부(12b)로의 내측 튜브의 기단 플레이트(16)에 의해 폐쇄되고, 또한 타단측도 원형 평판 형상의 선단부(12c)에 의해 폐쇄되어 있다. 주벽부(12a)의 타단측 부근에는 배연 등을 외부로 방출하는 배기부(12d)가 형성되어있다. 즉, 주벽부(12a)는 외측 튜브(11)의 연결부(11d)의 안쪽으로 원통형으로 연장되는 배기부(12d)가 형성되어 있고, 내측 튜브(12)의 연소 공간과 배기관(19의 내측 공간과도 연통 가능하다. 또한, 내측 튜브(12)의 타단측은 선단부(12c) 등에 의해 폐쇄되지 않고 개방 가능하게 구성하여도 좋다.
이러한 내측 튜브(12)의 내주면에는 내화재(14)가 설치되어 있다. 내측 튜브(12)는 후술하는 바와 같이 일단측의 기단부(12b)(내측 튜브의 기단 플레이트(16))에 버너 유닛(13)이 설치되고, 그 버너부(13a)에서 내측 튜브(12)내, 즉 연소 공간에 화염이 형성된다. 따라서 내측 튜브(12)의 내주면에 내화재(14)를 배치하여 주벽부(12a), 기단부(12b) 및 선단부(12c)를 화염의 복사열 등으로부터 보호한다. 내화재(14)는 예를 들어, 캐스팅 가능한 내화 콘크리트 및 내화 골재를 혼합한 것이다. 본 제1 실시예에서는, 예를 들면, V자 모양의 후크(또는 앵커)를 내측 튜브(12)의 내주면의 복수 개소에 설치하고, 이러한 후크를 골재로 이용하여 알루미나 시멘트 등을 두껍게 도포하는 것으로, 내화재(14)를 형성하고 있다. 또한, 본 제1 실시예를 포함하여 다음에 설명하는 각 실시예에 있어서는, 도면의 표현 편의상, 내화재(14)의 단면 부분에는 해칭이 되어 있으며, 또한 내화재(14)의 표면 부분에는 묽은 먹색으로 채우기를 실시하고 있다는 점에 유의하기 바란다.
배기관(19)는 그 본체가 외측 튜브(11)와 마찬가지로 원통 형상으로 형성되어 있다. 배기관(19의 기단측은 외측 튜브(11)의 연결부(11d)에 연결할 수 있도록 개구되는 동시에 외부로 절곡된 플랜지부(19a)를 갖추고 있으며, 외측 튜브(11)의 연결부(11d)의 플랜지부(11e)에 연결 가능하게 구성되어 있다. 이러한 연결은 예를 들어, 양 플랜지부(11e, 19a)를 관통하는 복수의 볼트에 너트를 나사 체결함으로써 이루어진다. 한편, 배기관(19의 선단측에는, 원형 평판 모양으로 폐쇄되는 동시에 본체의 지름 방향으로 연장되어 돌출되는 연결부(19b)가 형성되어 있다. 상기 연결부(19b)가 선박의 배기 덕트 등에 연결된다.
버너 유닛(13)은 내측 튜브(12)의 기단부(12b), 즉 내측 튜브의 기단 플레이트(16)의 중심을 관통하도록 설치되어 있다. 즉, 내측 튜브의 기단 플레이트(16)는 내화재(14)가 도포된 두꺼운 모양의 원반 형상으로 형성되어 있으며, 그 중심 부분을 버너 유닛(13)이 관통하고, 그 주위를 둘러싸도록 복수의 관통공(14a)이 형성되어 있다. 버너 유닛(13)은 외측 튜브(11)의 일단 측을 폐쇄하는 외측 튜브의 기단 플레이트(15)에 설치되어 있다. 본 제1 실시예에서는 버너 유닛(13)은 버너 홀더(17)를 통해 외측 튜브의 기단 플레이트(15)에 고정되어 있다. 버너 유닛(13)은 BOG 등의 연료가 공급되는 연료 파이프(90)가 연결되어 있다. 버너 유닛(13), 내측 튜브의 기단 플레이트(16) 및 버너 홀더(17)의 구성 내용은 추후 도 5 및 도 6을 참조하면서 상술하기로 한다.
이와 같이 구성된 노의 본체에는 외측 튜브(11) 및 내측 튜브(12) 사이에 간격이 형성되어 있다. 즉, 내측 튜브(12) (주벽부 (12a), 기단부(12b) 및 선단부 (12c))의 외측면과 외측 튜브의 기단 플레이트(15)를 포함하는 외측 튜브(11)의 내 측면 사이에는 공기 유로(Ra, Rb)가 형성되어 있다. 공기 유로(Ra)는 외측 튜브(11)의 주벽부(11a)에 형성되는 흡기구(11f)와 연통되어 있으며, 공기 유로(Rb)는 주벽부(11a)에 형성되는 흡기구(11g)와 연통된다. 본 제1 실시예에서, 외측 튜브(11)의 주벽부(11a) 및 내측 튜브(12)의 주벽부(12a)를 연결하여 상기 공기 유로들(Ra, Rb)을 구획하는 분할판(18)이 설치되어 있다. 또한 흡기구(11f)에는 제1 팬(2)의 송풍구에 플랜지부(6a)를 통해 연결된 제1 흡기 덕트(6)가 연결되어 있으며, 흡기구(11g)에는 제2 팬(3)의 송풍구에 플랜지부(7a)를 통해 연결된 제2 흡기 덕트(7)가 연결되어 있다.
제1 팬(2) 및 제2 팬(3)은 모두 전기 모터를 구동원으로 임펠러가 회전하는 송풍팬이다. 제1 팬(2)은 제1 흡기 포트(4)에 연결되고, 또한 제2 팬(3)은 제2 흡기 포트(5)에 연결된, 각각의 흡입구(4a, 5a)에서 흡입한 공기를 송풍구에서 토출(압송)한다. 본 제1 실시예에서는 제1 팬(2)에서 압송된 공기는 제1 흡기 덕트(6)를 통해 외측 튜브(11)의 흡기구(11f)로 이송된다. 또한 제2 팬(3)에서 압송된 공기는 제2 흡기 덕트(7)를 통해 외측 튜브(11)의 흡기구(11g)에 이송된다. 그러면 공기 흡입구(11f, 11g)에서 각각 공기 유로(Ra, Rb)에 유입된 공기는 예를 들어, 도 3과 도 4에 표시되어 있는 점선 화살표 방향으로 흐른다. 따라서 외부에서 유입되는 공기가 내측 튜브(12)의 외부면과 접촉하여 내측 튜브(12)를 공기로 냉각할 수 있다.
또한, 공기 유로(Ra) 및 공기 유로(Rb)는 분할판(18)에 의해 분리된다. 본 제1 실시예에서, 제1 팬(2)은 주로 버너 유닛(13)에서 떨어진 노의 본체의 중간부 및 선단부를 냉각하는 공기를 보내는 한편, 제2 팬(3)은 버너 유닛(13)에 가까운 노체의 기단부와 연소 공간에 분사시키는 공기를 보낸다. 즉, 공기 유로(Rb)를 흐르는 공기는 후술하는 바와 같이, 내측 튜브(12)의 기단부(12b) (내측 튜브의 기단 플레이트(16))의 관통공(14a)을 통해 내측 튜브(12)의 연소 공간에 유입된다. 노의 본체 내에 공기를 보내는 송풍팬을 제1 팬(2) 및 제2 팬(3)으로 분배함으로써 필요에 따라 송풍량(공기 압송량)을 개별적으로 제어할 수 있다. 따라서 예를 들어, 내측 튜브(12)의 온도 데이터에 따라 공기 유로(Rb)를 흐르는 공기의 송풍량을 제어 할 수 있다.
이와 같이 구성된 가스 처리 장치(10)는 베이스 프레임(1) 상에 설치되어 있다. 본 제1 실시예에 있어서, 예를 들면, 외측 튜브(11) 및 내측 튜브(12) 등으로 구성된 노의 본체는 베이스 프레임(1)의 길이 방향으로 복수 위치에 설치되는 레그 (8a) 및 베이스 프레임(1)의 길이 방향을 따라 이러한 레그(8a)에 고정된 두 개의 사이드 부재(8b)로 이루어진 레그 프레임(8)을 이용하여 베이스 프레임(1)에 의하여지지 되고 있다. 또한 두 개의 송풍 팬(2, 3) 및 흡기 포트(4, 5)는, 고정 브래킷이나 스테이 등을 통해 베이스 프레임(1)에 고정되어 있다.
이어서, 5 및 도 6을 참조하여 버너 유닛(13), 내측 튜브의 기단 플레이트(16), 버너 홀더(17) 등의 구성에 대해 설명한다. 외측 튜브(11)의 기단부(11b)에는, 중심부에 원형의 버너 설치구(15a)가 개구된 원형 평판 형상의 외측 튜브의 기단 플레이트(15)가 볼트 및 너트에 의하여 고정되어 있다. 버너 설치구(15a)는 버너 유닛(13)을 유지하는 버너 홀더(17)를 삽입한 상태에서 외측 튜브의 기단 플레이트(15)에 고정 가능하게 하는 원형 구멍이며, 본 제1 실시예에서는 버너 설치구(15a)의 기계적 강도를 높이기 위해 그 내주연을 따라 내측으로 절곡된 플랜지부가 환상으로 형성되어 있다.
버너 유닛(13)은 주로 버너부(13a) 및 스커트부(13b)로 구성되어 있다. 버너부(13a)는, 예를 들어 끝에 원뿔대 형상의 노즐부를 구비하는 동시에, 연료를 공급하는 연료 파이프(90)가 연결되어있다. 버너부(13a)의 반경 방향 주변은 튜브 모양의 스커트부(13b)에 덮여 있다. 스커트부(13b)에는, 버너부(13a)의 노즐부를 향하는 선단측이 확장되는 반면, 후단측은 동일 직경의 원통형을 이루고 있다. 버너 유닛(13)이 버너 홀더(17)에 의하여 유지되고, 외측 튜브의 기단 플레이트 (15)에 고정 된 상태에서, 버너부(13a)는 내측 튜브(12)의 내부 공간에, 즉 연소 공간 안으로 노출된 연료 파이프(90)로부터 공급되는 연료를 노즐부로부터 분사한다. 스커트부(13b)의 후단측의 주위에는 버너 홀더(17) 내에서 공간부가 형성되고, 공기 유로(Rb)를 흐르는 공기 흐름의 일부가 상기 공간부를 통해 도 5의 실선 화살표 경로를 따라 스커트부(13b)로 유입된다. 이 공기는 버너부(13a)의 노즐부에서 분사된 연료의 연소에 기여한다.
버너 홀더(17)는 원통부(17a), 유지체(17b), 외부 플레이트(17c) 등으로 구성되어 있다. 원통부(17a)에는, 외측으로 절곡된 플랜지부가 양쪽에 형성되어 있으며, 선단부는 외측 튜브의 기단 플레이트(15)의 버너 설치구(15a)의 내경보다 약간 작은 외경 치수를 갖도록 설정되어 있다. 상기 선단부가 버너 설치구(15a)에 삽입된 상태에서, 버너 설치구(15a)의 환상 플랜지부의 높이만큼 선단부 쪽이 아닌 후단측에 설치되는 플랜지부(양단의 플랜지 부분 중 하나)가 볼트 및 너트로 외측 튜브의 기단 플레이트(15)에 고정되는 것으로, 버너 홀더(17)가 외측 튜브의 기단 플레이트(15)에 장착된다. 원통부(17a)에 수용되는 유지체(17b)는, 도면에 생략된 고정 구조에 의해 버너 유닛(13)을 원통부(17a)의 축 중심에 유지시키는 구조이다. 외부 플레이트(17c)는 원통부(17a)의 후단측 개구를 폐쇄하는 원형 평판이며, 원통부(17a)의 다른 플랜지부에 볼트와 너트로 고정된다.
내측 튜브의 기단 플레이트(16)는 내측 튜브(12)의 기단부(12b)에 대응되는 원반 형상의 부재이며, 내측 튜브(12)의 주벽부(12a) 및 선단부(12c)와 함께 연소 공간을 형성하고 있다. 본 제1 실시예에 있어서, 주벽부(12a)의 내경보다 주벽부(12a)의 내주면에 도포된 내화재(14)의 두께 치수만큼 작은 직경을 갖도록 내측 튜브의 기단 플레이트(16)의 외경 치수가 설정되어 있다. 내측 튜브의 기단 플레이트 (16)의 중심부에는, 버너 유닛(13)의 스커트부(13b)의 후단측의 동일 직경부의 외경보다 약간 큰 내경 치수로 설정된 버너 관통구(16a)가 형성되어 있다. 또한 내측 튜브의 기단 플레이트 (16)의 외주연에는 주벽부(12a)에 조립된 상태에서, 연소 공간측을 향해 기립된 플랜지부(16c)가 환형으로 형성되어 있다. 또한 버너 관통구 (16a) 및 플랜지부(16c) 사이에는 연소 공간측을 향해 돌출하는 복수의 공기 분사 노즐(16b)이 내측 튜브의 기단 플레이트(16)와 동심원의 둘레에 형성되어 있다.
즉, 도 6에 나타낸 바와 같이, 복수의 공기 분사 노즐(16b)은 내측 튜브의 기단 플레이트(16)의 중심부에 배치되는 버너 유닛(13)의 주위를 둘러싸도록 플랜지부(16c)의 근방에 배치되어 있다. 본 제1 실시예에서는, 예를 들면, 내측 튜브의 기단 플레이트(16)의 중심각 22.5도 간격으로 16개의 공기 분사 노즐(16b)을 구비하고 있다. 이 수량은 일 예이며, 후술하는 공기 흐름의 효과가 발휘될 수 있는 범위 내에서 적절하게 설정된다. 또한 공기 분사 노즐(16b)들은 일정한 간격으로 설치할 필요는 없다. 내측 튜브의 기단 플레이트(16)가 주벽부(12a)에 조립된 상태에서는 이러한 공기 분사 노즐(16b)에는 그 내부 공간이 공기 유로(Rb)에 연통된다. 따라서 제2 팬(3)에 의하여 압송된 공기 흡입구(11g)로부터 공기 유로(Rb)로 유입 된 공기는 예를 들어, 도 5의 파선 화살표와 같이 공기 분사 노즐(16b)을 통해 주벽부(12a)의 내부 공간, 즉 연소 공간으로 분사된다. 또한 상기 도면에 있어서 도면 표현상의 편의에서 특정 공기 분사 노즐(16b)에서 공기가 분사되는 모습이 도시되어 있지만, 모든 공기 분사 노즐(16b)에서 공기가 분사된다.
주벽부(12a)에 조립된 상태에서 연소 공간 측을 향하여 내측 튜브의 기단 플레이트(16)의 내측면에는, 내측 튜브(12)와 마찬가지로, 예를 들면, V자 모양의 후크(또는 앵커)가 설치되어 있다. 또한 이러한 후크를 골재로 이용하여 알루미나 시멘트 등을 두껍게 도포한 내화재(14)가 이러한 내측면에 형성되어 있다. 또한, 제1 실시예에서는 공기 분사 노즐(16b)을 화염의 복사열 등으로부터 보호할 필요에 따라, 내화재(14)의 두께가 공기 분사 노즐(16b)의 축 길이를 초과하도록 내화재(14)가 형성되어 있다. 따라서 공기 분사 노즐(16b)의 분사구에 연통하는 관통구(14a)가 내화재(14)에 형성되어 있다.
이와 같이 본 제1 실시예에 따른 가스 처리 장치(10)는 내측 튜브의 기단 플레이트(16)에서 플랜지부(16c)의 근방에 복수의 공기 분사 노즐(16b)을 환형으로 설치하는 구성을 취한다. 따라서 내측 튜브의 기단 플레이트(16)가 주벽부(12a)에 조립된 상태에서, 주벽부(12a)에 도포된 내화재(14)의 표면 근방에서 내화재(14) 내주연의 전체 둘레에 걸쳐 여러 공기 분사 노즐(16b)이 배열된다. 따라서 제2 팬 (3)에서 압송된 공기 유로(Rb)의 공기는, 공기 분사 노즐(16b)에서부터 연소 공간으로 분사되면 연소 공간을 형성하는 내화재의 표면을 따라 흐른다.
즉, 공기 분사 노즐(16b)에서 분사된 공기가 내측 튜브(12)의 내주면(내화재 (14)의 표면)에 따라 흐르는 공기 흐름으로 연소 공간 내를 흐르는 때문에, 내측 튜브(12)의 내주면(내화재(14)의 표면)이 공기 흐름에 의해 냉각된다. 따라서 이러한 여러 공기 분사 노즐(16b)이 설치되어 있지 않은 경우에 비해 내화재(14)의 두께를 얇게 하는 것이 가능하게 되므로, 가스 처리 장치(10)의 장비 중량을 경량화 할 수 있다.
특히, 연료 파이프(90)에서 공급되는 연료가 BOG 등의 기체 연료인 경우에는, 경유, A 중유 및 폐유 등의 석유계 연료에 비해 탄소 함유량이 적기 때문에 버너부(13a)에 의해 형성되는 화염으로부터의 복사 전열량보다 대류 전열량이 상대적으로 크다. 따라서 가스 처리 장치(10)가 BOG 등의 휘발성 액체 연료에서 발생하는 불필요한 가스를 소각 처리하는 경우에는 내측 튜브(12)의 내주면은 버너부(13a)의 화염에 의한 복사열 양보다 대류 전열량 측으로부터 영향을 받지 쉽다. 따라서 내측 튜브(12)의 내주면(내화재(14)의 표면)에 따라 공기 분사 노즐(16b)로부터 공기 흐름을 분사함으로써 그 공기 흐름에 의하여 해당 내주면을 덮는다. 이로써, 복사 전열량이 상대적으로 적어진 것뿐만 아니라 내측 튜브(12)의 내주면(내화재(14) 표면)에 도달하는 대류 전열량도 감소시킬 수 있기 때문에, 내측 튜브(12)의 온도를 낮출 수 있다. 따라서 내화재(14)의 두께를 얇게 하는 것이 가능하게 되어, 가스 처리 장치(10)의 장비 중량을 감소시킬 수 있다. 또한 공기 유량의 최적화에 의해 내화재(14)를 불필요로 할 수 있는 경우가 있고, 나아가 그만큼 소형화가 가능하게 된다.
또한, 제2 팬(3)에 의한 환기 능력을 높이고 공기 분사 노즐(16b)로부터 분사되는 공기의 유량을 증가시키는 구성을 채택함으로써, 내측 튜브(12)의 내주면의 온도를 더욱 저하시키는 것도 가능해진다. 따라서 예를 들면 내화재(14) 자체를 생략한 구성(소위 메탈 스로트; metal throat)하는 것도 가능하게 되므로, 가스 처리 장치(10)의 장비 중량을 경량화 할 수 있다. 또한, 이러한 제2 팬(3)에 의한 환기 능력이나 공기 분사 노즐(16b)의 수량, 배치 및 그 간격 등은 실험과 컴퓨터 시뮬레이션의 결과에 따라 상술한 바와 같은 공기 흐름의 효과가 발휘 될 수 있는 범위 내에서 적절히 설정된다.
또한, 상술한 제1 실시예에서는 가스 처리 장치(10)에 의해 소각 처리되는 대상(연료 파이프 90에서 공급되는 연료)로 BOG의 경우를 예시하고 설명했지만, 소각 처리 대상은, 예를 들면 폐유 등의 석유계 연료도 좋다. 또한 외측 튜브(11) 및 내측 튜브(12)에 있어서, 폐기물 투입구에서 투입구를 개폐가능하게 덮는 덮개부를 설치함으로써 가스 처리 장치(10)를 고체 폐기물을 연소하는 폐기물 소각 장치로 사용될 수 있다. 이 경우에 연료 파이프(90)에 공급되는 연료는 예를 들어, BOG, 경유나 A 중유 등이 상정될 수 있다.
또한, 본 제1 실시예의 가스 처리 장치(10)는 연소 가스 공급 장치(고온 가스 발생 장치) 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 디젤 엔진 추진 기관으로 하는 선박에서 연소 가스 공급 장치를 이용하여 공급되는 고온 가스(연소 가스)에 요소수를 분사하여 가수 분해시켜 환원제 가스(암모니아)를 생성하고, 상기 환원제 가스를 포함하는 고온 가스를 디젤 엔진의 배기 가스 중에 공급하여 NOx를 탈질 장치에 의해 정화하는 것도 가능하다. 이 경우에는 도 7(A)에 나타낸 바와 같이, 본 제1 실시예의 연결부(11d) 또는 배기관(19의 출구에 요소수 가수 분해 장치(104)를 배치하고, 하류측에 디젤 엔진(외부 기관)의 배기 가스가 흐르는 배관(100)을 연결한다. 또한, 이 경우에는 연료 파이프(90)에 공급되는 연료는 예를 들면, 액화 천연 가스, 경유와 A 중유 등이 상정된다. 또한, 요소수 가수 분해 장치(104)와 연소 가스 공급 장치를 일체화시켜 요소수 가수 분해 장치로 하는 것도 가능하다.
또한, 도 7(B)에 나타낸 바와 같이, 제1 실시예의 가스 처리 장치(10)의 연결부(11d) 또는 배기관(19를 디젤 엔진(외부 기관)의 배기 가스가 흐르는 배관 (100)의 중간에 연결하여 사용하여도 좋다. 이 경우에는 기설 배관(100)에 연결 부(101)를 형성하고, 여기에 가스 처리 장치(10)의 연결부(11d) 또는 배기관(19를 연결하여, 배관(100)의 내부 공간 (배기 가스의 유로) 및 내측 튜브(12)의 내부 공간(연소 공간)이 연통되도록 구성한다. 배관(100) 및 연결부(101)의 주위에는 내화재(103을 배치하여 고온 상태의 배관(100) 등이 외부에 노출되는 것을 방지한다.
이로써, 연결부(11d) 또는 배기관(19에서 배출되는 고온의 배기 가스가 배출되는 유로에 유입되는 디젤 엔진(외부 기관)의 배기 가스와 섞이게 된다. 따라서 탈질 촉매가 충분히 활성화되는 온도로까지 배기 가스의 온도를 상승시킨 상태에서, 배기 가스를 하류 측의 탈질 장치에 보내는 것이 가능하게 된다. 즉, 도 7 (B)에 나타난 예에서의 가스 처리 장치(10)가 배기 가스 가열 장치로 동작할 수 있다. 또한, 도 7(B)의 사용에서와 같이, 지면 우측을 배관(100)의 상류측(하류측)으로 해도 좋고, 또한 지면 좌측을 배관(100)의 상류측(하류측)으로 해도 좋다.
기설 배관(100)에 대한 연결 형태로서, 예를 들어, 도 7(C)과 같이 구성해도 좋다. 즉, 외측 튜브(11)의 튜브 축(J)에 따라 돌출되도록 선단부(11c)에 연결부(11d) 또는 배기관(19를 연결하는 가스 처리 장치(10A)에 있어서도, 가스 처리 장치(10A)를 배관(100)의 연결부(101)에 연결하여 도 7(B)의 경우와 마찬가지로, 해당 가스 처리 장치(10A)를 배기 가스 가열 장치로 구동시킬 수 있다. 또한, 도 7 (C)에서 지면 상측을 배관(100)의 상류측(하류측)으로 해도 좋고, 또한 지면 하측을 배관 (100)의 상류측(하류측)으로 해도 좋다.
〔제2 실시예]
이어서, 본 발명의 연소 장치를 배기 가스 가열 장치에 적용한 제2 실시예를 도 8 내지 도 17을 참고로 설명한다. 제2 실시예에 따른 배기 가스 가열 장치 (20)는 예를 들어, 디젤 엔진(외부 기관)의 배기 가스가 흐르는 배관(100)의 중간에 연결하여 탈질 촉매가 충분히 활성 온도까지 승온되도록 배기 가스의 온도를 상승시키는 가열 장치가 선박에 탑재되는 선박용 연소 장치이다. 또한, 제1 실시예에 따른 가스 처리 장치(10)와 실질적으로 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 이용하고, 이에 대한 설명을 간략하게 한다.
도 8 내지 도 11에 나타낸 바와 같이, 배기 가스 가열 장치 (20)는 주로 외측 튜브(21), 내측 튜브(22), 배기 가스 분사부(26), 버너 유닛(13), 버너 홀더(17), 제1 팬(2), 제2 팬(3) 등으로 구성되어 있다.
외측 튜브(21)는 예를 들어, 바닥이 원통 형상을 이루는 원통형이며, 강판으로 구성되어있다. 즉, 원통형으로 형성되는 주벽부(21a)에 대하여 그 일단 측이 내측으로 절곡된 플랜지 형상을 이루는 원형 고리 모양의 기단부(21b)에 의해 포위하도록 개방하고 있으며, 또한 타 단측이 원형 평판 모양의 선단부(21c)에 의해 폐쇄되어있다. 주벽부(21a)는 외측 튜브(21)의 반경 방향으로 원통형으로 연장하는 연결부(21d, 21g)가 형성되어 있으며, 끝 단부에는 플랜지부(21e, 21h)가 각각 설치되어있다. 즉, 외측 튜브(21) (또는 내측 튜브(22))의 통축(J)에 대해 직교하는 방향(축 K에 따른 방향) 또는 거의 직교하는 방향으로 연결부(21d, 21g)가 연장 돌출되도록 형성된다(기설 배관(100)에 대하여 직각 방향 또는 거의 직교 방향인 통축(J)을 따라 외측 튜브(21) 또는 내측 튜브(22)를 배치한다).
연결부(21d, 21g)는 각각의 통축이 동일한 축(K)이 되도록 배치되어 있으며, 또한 연결부(21d, 21g) 및 각각의 플랜지부(21e, 21h)는 선박에 이미 설치되어 있는 배관(100)에 연결 가능한 형상 및 사양으로 설정되어 있다. 따라서 예를 들면, 기설의 배관(100)의 위치를 변경하지 않고 해당 배관(100)의 중간에 배기 가스 가열 장치(20)의 연결부(21d, 21g)를 연결 가능하게 한다. 본 제2 실시예에서는 배관 (100) 중 디젤 엔진(외부 기관)이 연결되는 배기 가스 상류측의 상류관(100a)에는 플랜지부(21e)를 통해 연결부(21d)가 연결되고, 또한 배기 가스 하류측의 하류관(100b)은 플랜지부(21h)를 통해 연결부(21g)가 연결된다. 배기 가스 상류측 연결부(21d)에는 배기 가스를 유입시키는 유입구(21f)가 형성되어있다.
상기 유입구(21f)는 상향 (각 그림 좌표계의 Z 축 화살표 끝방향)이 상류관(100a) 방향으로 개구되어 있는 연소 공간 방향을 차폐하는 커버(27)에 의해 덮여있다. 이는 상류관(100a)에서 흐르는 배기 가스의 일부가 유입구(21f)로 흐르기 쉽도록 커버(27)에 의해 배기 가스의 흐름을 제어하고 있다. 또한 유입구(21f)에는 배출 덕트(28)가 연결되어있다. 상기 배기 덕트(28)는 후술하는 배기 가스 분사부(26)에 연결되어 있다. 그러면 유입구(21f)에 유입된 배기 가스를 상기 배기 가스 분사부(26)에 도입 가능하게 한다. 주벽부(21a)에는 그 외로 공기 흡입구(21i, 21j)도 개방되고 있으며, 여기에는 아래 제1 흡기 덕트(6)와 제2 흡기 덕트(7)가 연결된다. 기단부(21b)의 개구는 후술하는 바와 같이, 원형 평판 형상의 외측 튜브의 기단 플레이트(23)에 의해 덮여 폐쇄된다.
내측 튜브(22)는 외측 튜브(21)의 내부에 수용되는 동시에 내부에 연소 공간을 형성하는 원통형 튜브이며, 외측 튜브(21)와 마찬가지로 바닥이 원통 형상으로 형성되어 있다. 내측 튜브(22)는 원통형의 주벽부(22a)의 일 단측이 기단부(22b)로의 내측 튜브의 기단 플레이트(24)에 의해 폐쇄되고, 또한 타 단측도 원판형 형상의 선단부(22c)에 의해 폐쇄되어 있다. 주벽부(22a)의 타단측 부근에는 상류관(100a)에서 배기 가스를 내측 튜브(22)내, 즉 연소 공간에 유입시키기 위한 유입부 (22d)와 연소 공간에서 하류관(100b)에 배기 가스를 유출시키기 위한 유출부(22e)가 각각 형성되어 있다. 즉, 주벽부(22a)에는 외측 튜브(21)의 연결부(21d)와 연결되는 유입부(22d)가 형성되어 있고, 내측 튜브(22)의 연소 공간 및 상류관(100a)의 내부 공간을 연통 가능하게 한다. 또한 연결부(21g)의 안쪽으로 원통형으로 연장된 유출부(22e)가 형성되어 있고, 내측 튜브(22)의 연소 공간과 하류관(100b)의 내부 공간을 연통 가능하게 한다. 또한, 내측 튜브(22)의 타 단측은 선단부(22c) 등에 의해 방해하지 않고 개방 가능하게 구성하여도 좋다.
이러한 내측 튜브(22)의 내주면에는 내화재(14)가 구비된다. 즉, 내측 튜브(22)는 일 단측의 기단부(22b)(내측 튜브의 기단 플레이트 24)에 버너 유닛(13)이 설치되고, 상기 버너부(13a)로부터 내측 튜브(22)의 연소 공간에 화염이 형성된다. 본 제2 실시예에 있어서, 버너 유닛(13)에 연료 파이프(90)로부터 석유계 연료(예를 들면, 경유, A 중유 등)가 공급된다. 따라서 내측 튜브(22)의 내주면에 내화재(14)를 배치하여 주벽부(22a), 기단부(22b) 및 선단부(22c)를 화염의 복사열 등으로부터 보호한다. 또한 내화재(14), 버너 유닛(13), 버너 홀더(17)는 상술한 제1 실시예의 경우와 동일하게 구성되어 있으며, 제1 실시예에서 각각 기재한 내용을 대체로 인용할 수 있다. 이 경우 제1 실시예에 따른 외측 튜브의 기단 플레이트(15)에 관한 기재 내용은 외측 튜브의 기단 플레이트(23)로 치환될 필요가 있다는 점에 유의하기 바란다. 즉, 외측 튜브의 기단 플레이트(15)는 외측 튜브의 기단 플레이트(23)에, 또한 버너 설치구(15a)는 버너 설치구(23a)로 각각 치환될 필요가 있다.
이와 같이 구성된 노는 외부 튜브(21) 및 내측 튜브(22) 사이에 틈이 형성되어있다. 즉, 내측 튜브(22) (주벽부 22a, 기단부 22b 및 선단부 22c)의 외측면과 외측 튜브의 기단 플레이트(23)를 포함하는 외측 튜브(21)의 내측면 사이에는 공기 유로(Ra, Rb)가 형성된다. 공기 유로(Ra)는 외측 튜브(21)의 주벽부(21a)에 형성되는 흡기구(21i)에 연통되어 있으며, 공기 유로(Rb)는 주벽부(21a)에 형성되는 흡기구(21j)에 연통된다. 본 제2 실시예의 경우에도 공기 유로(Ra, Rb)를 구획하는 분할판(18)이 설치된다.
본 제2 실시예에서는 내측 튜브(22)의 기단부(22b) 및 외측 튜브(21)의 외측 튜브의 기단 플레이트(23) 사이에는 배기 가스 분사부(26)가 구비된다. 상기 배기 가스 분사부(26)는 배기 가스 덕트(28)에 연결되어 있으며, 배기 가스 덕트(28)로부터 도입되는 배기 가스를 배기 가스 갤러리(26a) 및 배기 가스 분사 노즐(26d)을 통해 내측 튜브(22)의 연소 공간 내에 분사 가능하게 한다. 배기 가스 분사부(26)의 구성은 추후 도 12 및 도 13을 참조하여 상술하기로 한다.
또한 흡기구(21i)는 제1 팬(2)의 송풍구에 플랜지부(6a)를 통해 연결된 제1 흡기 덕트(6)가 연결되어 있으며, 흡기구(21j)는 제2 팬(3)의 송풍구에 플랜지부 (7a)를 통해 연결된 제2 흡기 덕트(7)가 연결된다. 제1 팬(2), 제2 팬(3), 제1 흡기 포트(4), 제2 흡기 포트(5), 제1 흡기 덕트(6) 및 제2 흡기 덕트(7)도, 전술한 제1 실시예의 경우와 마찬가지로 각각 구성되어 있다. 따라서 이러한 구성에 관해서도 제1 실시예의 구성들 각각에 대해 설명하는 내용을 거의 인용 할 수 있다.
제1 팬(2)에서 압송된 공기는 제1 흡기 덕트(6)를 통해 외측 튜브(21)의 흡기구(21i)로 유입되는 제2 팬(3)에서 압송된 공기는 제2 흡기 덕트(7)를 통해 외측 튜브(21)의 흡기구(21j)에 이송된다. 그러면 공기 흡입구(21i, 21j)에서 각각 공기 유로(Ra, Rb)에 유입된 공기는 예를 들어, 도 10과 도 11에 표시되어있는 점선 화살표 방향으로 흘러 내측 튜브(22)의 외측면에 접촉하여 내측 튜브(22)를 공기 냉각을 가능하게 한다.
또한, 공기 유로(Ra) 및 공기 유로(Rb)는 분할판(18)에 의해 분리된다. 본 제2 실시예에 있어서도 제1 팬(2)은 주로 버너 유닛(13)에서 떨어진 노의 몸체의 중간부 및 선단부를 냉각하는 공기를 보내 제2 팬(3)은 버너 유닛(13)에 가까운 노의 몸체의 기단부와 연소 공간에 분사시키는 공기를 보낸다. 즉, 공기 유로(Rb)를 흐르는 공기는 후술하는 바와 같이, 내측 튜브(22)의 기단부(22b) (내측 튜브의 기단 플레이트(24))의 관통공(14a)을 통해 내측 튜브(22)의 연소 공간에 유입되어 노의 몸체 내에 공기를 보내는 송풍팬을 제1 팬(2) 및 제2 팬(3)에 분배함으로써 필요에 따라 송풍량(공기 압송량)을 개별적으로 제어 할 수 있다. 따라서 예를 들어, 내측 튜브(22)의 온도 데이터에 따라 공기 유로(Rb)를 흐르는 공기의 송풍량을 제어 할 수 있다.
이와 같이 구성된 배기 가스 가열 장치(20)도 제1 실시예의 가스 처리 장치 (10)와 마찬가지로 베이스 프레임(1) 상에 설치된다. 기반 프레임(1)과 레그 프레임(8)도, 제1 실시예의 경우와 동일하게 구성되어 있으며, 제1 실시예에서 각각에 대해 설명하는 내용을 거의 인용 할 수 있다.
다음, 도 12 및 도 13을 참조하여 버너 유닛 (13), 버너 홀더(17), 내측 튜브의 기단 플레이트(24), 배기 가스 분사부(26) 등의 구성에 대해 설명한다. 외측 튜브(21)의 기단부(21b)에는 그 중심에 원형의 버너 설치구(23a)가 개구하고, 연결부(21d)에 인접(도 12에 표시된 좌표계의 Y축 화살표 뿌리 방향으로 인접)하는 위치에 배기 가스 입력 파이프 설치구(23b)가 개구하는 원판평 형상의 외측 튜브의 기단 플레이트(23)가 볼트와 너트로 고정된다. 버너 설치구(23a)는 버너 유닛(13)을 유지하는 버너 홀더(17)를 삽입한 상태에서 외측 튜브의 기단 플레이트(23)에 고정 가능하게 하는 원형 구멍이며, 제1 실시예의 외측 튜브의 기단 플레이트(15)의 버너 설치구(15a)와 동일하게 구성된다. 또한 배기 가스 입력 파이프 설치구(23b)는 배기 가스 분사부(26)의 배기 가스 입력 파이프(26c)의 외경보다 약간 큰 내경 치수로 설정되어 있으며, 배기 가스 입력 파이프(26c)의 관통이 가능하다.
내측 튜브의 기단 플레이트(24)는 내측 튜브(22)의 기단부(22b)에 상당하는 원반 형상의 부재이며, 내측 튜브(22)의 주벽부(22a) 및 선단부(22c)와 함께 연소 공간을 형성한다. 본 제2 실시예에서는 주벽부(22a)의 내경보다 주벽부(22a)의 내주면에 도포된 내화재(14)의 두께 치수만큼 작은 외경이 되도록 내측 튜브의 기단 플레이트(24)의 외경 치수가 설정된다. 내측 튜브의 기단 플레이트(24)의 중심부에는 버너 유닛(13)의 스커트(13b)의 후단측이 경부의 외경보다 약간 큰 내경 치수로 설정된 버너 관통구(24a)가 형성된다. 또한 내측 튜브의 기단 플레이트(24)의 외주연에는 주벽부(22)에 조립된 상태에서 연소 공간 측을 향해 돌출된 플랜지부(24)가 환형으로 형성된다. 또한 버너 관통구(24)와 플랜지부(24) 사이에는 연소 공간 측을 향해 돌출하는 복수의 공기 분사 노즐(24b)이 내측 튜브의 기단 플레이트(24)와 동심원으로 둘레에 형성된다.
본 제2 실시예에서는 내측 튜브의 기단 플레이트(24)는 이와 같이 내측 튜브의 기단 플레이트(24)와 동심원의 둘레에 형성되는 공기 분사 노즐(24b) 외에 동일한 원 주상에 관통구(24d)를 형성한다. 예를 들면, 공기 분사 노즐(24b)과 관통구(24d)와 같은 원주에서 동일한 간격으로 교대로 위치하도록 배치된다. 상기 관통구(24d)에는 배기 가스 분사부(26)의 배기 가스 분사 노즐(26d)이 삽입된다.
배기 가스 분사부(26)는 내측 튜브(22)의 외경과 거의 동일한 외경 치수에 설정된 중공 원반 형상으로 형성되고, 내부에 원형 고리 모양의 배기 가스 갤러리(26)를 구비한다. 또한 배기 가스 갤러리(26)의 중앙부에 버너 홀더(17)의 원통부(17a)가 관통 가능한 관통구(26b)가 형성된다. 배기 가스 분사부(26)는 예컨대, 도면에 미도시된 부착 구조를 통해 버너 홀더(17)에 장착된다. 버너 홀더(17)에 장착 된 배기 가스 분사부(26)는 버너 홀더(17)의 원통부(17a)를 둘러싸도록 내측 튜브의 기단 플레이트(24)와 외측 튜브의 기단 플레이트(23) 사이에 배치된다.
또한 배기 가스 분사부(26)는 외측 튜브의 기단 플레이트(23) 측으로 돌출하는 배기 가스 입력 파이프(26)와 내측 튜브의 기단 플레이트(24) 측으로 돌출하는 복수의 분사 노즐(26d)을 구비한다. 이들은 모두 배기 가스 갤러리(26)에 연통된다. 배기 가스 입력 파이프(26)는 배기 덕트(28)에 연결되어 있으며, 배기 덕트(28)로부터 유입된 배기 가스가 배기 가스 입력 파이프(26)를 통해 배기 가스 갤러리(26)에 유입된다. 또한 배기 가스 입력 파이프(26)에서 배기 가스 갤러리(26)에 유입된 배기 가스는 여러 배기 가스 분사 노즐(26d)에 의하여 분사된다. 이러한 배기 가스 분사 노즐(26d)은 상측 내측 튜브의 기단 플레이트(24)의 관통구(24d)에 삽입되어 내측 튜브(22)의 연소 공간 내에 배기 가스를 분사하는 것이 가능하다.
또한 공기 분사 노즐(24b) 및 배기 가스 분사 노즐(26d)을 화염의 복사열 등으로부터 보호할 필요로 인하여, 내화재(14)의 두께가 공기 분사 노즐(24b)의 축 길이와 배기 가스 분사 노즐(26d)의 삽입 부분의 축 길이를 초과하도록 내화재(14)가 형성된다. 따라서 공기 분사 노즐(24b)의 분사구와 연통하는 관통구(14a)가 내화재(14)에 형성된다. 또한 배기 가스 분사 노즐(26d)의 분사구에 연통하는 관통구(14b)가 내화재(14)에 형성된다. 주벽부(22)에 조립된 상태에서 연소 공간 측을 향하여 내측 튜브의 기단 플레이트(24)의 내측면에는 내측 튜브(22)와 마찬가지로, 예를 들면, V자 모양의 후크(또는 앵커)가 설치된다. 또한 이러한 후크를 골재로 알루미나 시멘트 등을 두껍게 도포한 내화 재료(14)가 이러한 내측면에 형성된다.
즉, 도 13에 나타낸 바와 같이 여러 공기 분사 노즐(24b)과 여러 배기 가스 분사 노즐(26d)은 내측 튜브의 기단 플레이트(24)의 중심부에 배치되는 버너 유닛(13)의 주위를 둘러싸도록 플랜지부(24)의 근방에 배치된다. 본 제2 실시예에서는, 예를 들면, 내측 튜브의 기단 플레이트(24)의 중심각 45 ° 간격으로 둘레에 8개의 공기 분사 노즐(24b)을 마련하고, 같은 원주상에 같은 중심각 22.5 ° 만큼 어긋난 위치로 중심각 45 ° 간격으로 8개의 가스 분사 노즐(26d)을 마련한다. 그러면 공기 분사 노즐(24b)(관통구(14a))과 배기 가스 분사 노즐(26d)(관통구(14b))과 같은 중심각 22.5 ° 간격으로 교대로 배치된다.
또한 공기 분사 노즐(24b)과 배기 가스 분사 노즐(26d)의 수량은 일 예이며, 후술하는 공기 흐름과 배기 가스의 효과가 발휘될 수 있는 범위 내에서 적절하게 설정된다. 또한 공기 분사 노즐(24b) 및 배기 가스 분사 노즐(26d)은 각각 일정한 간격으로 설치할 필요는 없다. 내측 튜브의 기단 플레이트(24)가 주벽부(22)에 조립된 상태에서는 이러한 공기 분사 노즐(24b)은 그 내부 공간이 공기 유로(Rb)와 연통한다. 따라서 제2 팬(3)에서 압송된 공기 흡입구(21j)에서 공기 유로(Rb)에 유입된 공기는 예컨대, 도 12에 나타내는 파선 화살표와 같이 공기 분사 노즐(24b)을 통해 주벽부(22)의 내부 공간, 즉 연소 공간에 분사된다.
즉, 배기 가스의 온도는 버너 유닛(13))에서 연소 가스의 온도보다 낮다. 또한, 도면에서는, 도면 표현상의 편의에서 특정 공기 분사 노즐(24b)과 배기 가스 분사 노즐(26d)에서 공기와 배기 가스가 분사되는 모습이 도시되어 있지만, 내측 튜브의 기단 플레이트(24)에 설치되는 모든 공기 분사 노즐(24b)에서 공기가 분사되고, 또한 배기 가스 분사부(26)에 설치되는 모든 배기 가스 분사 노즐(26d)에서 배기 가스가 분사된다. 또한, 배기 가스 온도는 300 ℃ 이하인 반면, 버너부(13a)에 의해 연소된 BOG 등(연소 가스)의 온도는 1,000 ℃를 넘는다. 즉, 배기 가스의 온도는 버너부(13a)에서 연소 가스의 온도보다 낮다. 또한 도면에서는 도면 표현상의 편의로 특정 공기 분사 노즐(24b) 및 배기 가스 분사 노즐(26d)에서 공기와 배기 가스가 분사되는 모습이 도시되어 있지만, 내측 튜브의 기단 플레이트(24)에 설치되는 모든 공기 분사 노즐(24b)에서 공기가 분사되고, 또한 배기 가스 분사부(26)에 설치되는 모든 배기 가스 분사 노즐(26d)에서 배기 가스가 분사된다.
이와 같이 본 제2 실시예의 배기 가스 가열 장치(20)는 내측 튜브의 기단 플레이트(24)에 플랜지부(24)의 근방에 복수의 공기 분사 노즐(24b)을 환형으로 설치함과 동시에 배기 가스 분사부(26)에 있어서도 플랜지부(24) 근처에 여러 배기 가스 분사 노즐(26d)을 순환에 설치하는 구성을 취한다. 따라서 내측 튜브의 기단 플레이트(24) 및 배기 가스 분사부(26)가 주벽부(22) 등에 조립된 상태에서는 주벽부(22)에 도포된 내화재(14) 표면 근방에 내화재(14) 내주의 거의 사방에 걸쳐 여러 공기 분사 노즐(24b) 및 배기 가스 분사 노즐(26d)이 배치된다. 따라서 제2 팬(3)에서 압송된 공기 유로(Rb)의 공기는 공기 분사 노즐(24b)에서 연소 공간에 분사되면 연소 공간을 형성하는 내화재(14)의 표면을 따르도록 흐른다. 또한 상류관(100a)에 연결되는 연결부(21d)에서 배출 덕트(28)를 통해 배기 가스 분사부(26)에 도입된 배기 가스도 배출 가스 분사 노즐(26d)에서 연소 공간에 분사되면 연소 공간을 형성하는 내화재(14)의 표면을 따라 흐른다.
그러면 공기 분사 노즐(24b)에서 분사된 공기는 내측 튜브(22)의 내주면(내화재(14)의 표면)에 따라 공기 흐름이 연소 공간 내를 흐르고, 또한 배기 가스 분사 노즐(26d)에서 분사된 배기 가스도 내측 튜브(22)의 내주면(내화재(14)의 표면)에 따른 배기 가스가 연소 공간 내를 흐른다. 배기 가스 온도는 300 ℃ 이하이다. 따라서 이러한 여러 공기 분사 노즐(24b)과 배기 가스 분사 노즐(26d)이 설치되어 있지 않은 경우에 비교할 때, 내측 튜브(22)의 내주면(내화재(14)의 표면)이 상기 공기 흐름 및 배기 가스 모두에 의해 냉각되기 때문에 내화재(14)의 두께를 더욱 얇게 하는 것이 가능하다. 따라서 가스 처리 장치(10)의 장치 무게를 더욱 경량화 할 수 있다. 즉, 본 제2 실시예의 배기 가스 가열 장치(20)는 제1 실시예의 가스 처리 장치(10)에 비해 더 크게 장치의 무게를 줄일 수 있다.
또한, 상술의 배기 가스 가열 장치(20)는 연료 파이프(90)에서 공급되는 연료로 경유나 A 중유 등의 석유계 연료를 예시하고 설명했지만, 예를 들면, 액화 천연 가스 등의 기체 연료를 연료 파이프(90)를 통하여 배기 가스 가열 장치(20)에 공급해서 좋다. 액화 천연 가스 등의 기체 연료는 석유계 연료에 비해 탄소 함량이 적다. 따라서 기체 연료에 의한 화염에 있어서 복사 전열량보다 대류 전열량 함유량이 상대적으로 커진다. 따라서 내측 튜브(22)의 내주면(내화재(14)의 표면)에 따라 공기 분사 노즐(24b)에서 공기 흐름을 분사하거나 배기 가스 분사 노즐(26d)에서 배기 가스를 분사함으로써 해당 내주면이 덮는다. 이로써, 복사 전열량이 상대적으로 적어진 이외에, 내측 튜브(22)의 내주면(내화재(14)의 표면)에 도달하는 대류 전 열량도 감소시킬 수 있기 때문에, 내측 튜브(22)의 내주면의 온도를 낮출 수 있다. 따라서 내화재(14)의 두께를 얇게 하는 것이 가능하게 되고, 배기 가스 가열 장치(20)의 장비 중량을 감소시킬 수 있다.
또한 디젤 엔진(외부 기관)의 배기 가스가 유통하는 기설 배관(100)에 있어서, 배관의 배치를 변경하지 않고 배관(100)의 중간에서 배기 가스 가열 장치(20)의 연결부(21d, 21g)를 연결해야 하는 기존 시설에 쉽게 적용할 수 있다. 이는 구형을 개조하여 그 후에도 사용 가능한 신형으로 변경하는 이른바 개장(retrofit)에 대하여 용이하게 대응할 수 있다. 이에 대해 예를 들어, [배경 기술] 란에서 언급한 특허 문헌 3(일본특허공개 제2012-82804호 공보) 기술은 해당 문헌의 도 2 및 도 3에 개시된 바와 같이 당해 장치(본 발명의 버너부(15))의 형상에 따라 기설 배관(해당 문헌; 굴뚝(24)의 배치를 변경해야 하므로 그 주위 공간에 배치된 기기 장치 및 기타 배관 등의 레이아웃의 변경도 요구될 수 있다. 이에 따라 유지 관리가 어렵게 될 수 있다. 즉, 특허 문헌 3의 기술 개량에 대한 대응이 어렵다는 문제가 있다.
또한, 제2 팬(3)에 의한 환기 능력을 높이고 공기 분사 노즐(24b)로부터 분사되는 공기의 유량을 증가시키는 구성을 채택함으로써, 내측 튜브(22)의 내주면의 온도를 더욱 저하시키는 것도 가능해진다 . 따라서 예를 들어, 내화재(14) 자체를 생략한 구성(소위 메탈 스로트)하는 것도 가능하게 되기 때문에, 배기 가스 가열 장치(20)의 장비 중량을 경량화 할 수 있다. 또한, 이러한 제2 팬(3)에 의한 환기 능력이나 공기 분사 노즐(24b)의 수량, 배치 및 그 간격 등은 실험과 컴퓨터 시뮬레이션의 결과에 따라 상술한 바와 같은 공기 흐름의 효과가 발휘 될 수 있는 범위 내에서 적절히 설정된다.
또한, 상술한 구성예에서는 원반 형상으로 형성되는 배기 가스 분사(26)에 대해 축 방향에서 배기 가스 입력 파이프(26)를 연결했지만, 예를 들어, 원반 모양의 배기 가스 분사(26)에 대해 접선 방향 또는 반경 방향에서 배기 가스 입력 파이프(26)를 연결하는 구성을 채택할 수도 있다. 배기 가스 갤러리(26)는 그 공간이 원형 고리이기 때문에 배기 가스 입력 파이프(26)를 축 방향으로 연결하는 경우에 비해 배기 가스 유입 저항을 감소시킬 수 있다. 따라서 배기 가스 갤러리(26)에 유입되는 배기 가스의 유입량이 증가하기 때문에 배기 가스 분사부(26)로부터 분사되는 배기 가스의 분사량을 증가시킬 수 있다.
<제2 실시예의 변형예 1>
배기 가스 가열 장치(20)의 변형예 1로서, 예를 들면, 공기 유로(Rb) 내에 설치되어 배기 가스 분사부(26)를 내측 튜브(22) 내에 설치하는 구성을 채택 할 수도 있다. 따라서 예를 들어, 제1 실시예의 가스 처리 장치(10)의 구성을 기반으로 본 제2 실시예의 배기 가스 가열 장치(20)에 대응되는 제2 배기 가스 가열 장치(20)를 더 쉽게 구성할 수 있다.
도 14 및 도 15에 나타낸 바와 같이, 배기 가스 가열 장치(20)의 변형예 1에서는 내측 튜브(22)의 내부 공간, 즉 연소 공간에 배기 가스 분사부(29)를 설치한다. 배기 가스 분사부(29)는 상기 배기 가스 분사(26)에 대해 배기 가스 분사 노즐(29d)의 개수가 반감하는 대신 배기 가스 분사 노즐의 감소분만큼 그 해당 부분에 공기 유로(29)를 갖는 점이 전술의 배기 가스 분사부(26)와 다르다.
내측 튜브의 기단 플레이트(25)는 제1 실시예의 내측 튜브의 기단 플레이트(16)와 유사한 구성을 취한다. 즉, 내측 튜브의 기단 플레이트(25)는, 전술의 내측 튜브의 기단 플레이트(16)가 구비된 복수의 공기 분사 노즐(16b)을 교번하여 삭제 한 구성을 제외하고는 내측 튜브의 기단 플레이트(16)와 마찬가지로 구성된다. 따라서 버너 관통구(16a)는 버너 관통구(25)에, 공기 분사 노즐(16b)은 공기 분사 노즐(25b)에, 플랜지부(16c)는 플랜지부(25)에 각각 해당하는 각 구성의 설명은 생략한다. 내측 튜브의 기단 플레이트(25)는 예를 들어, 내측 튜브의 기단 플레이트(25)의 중심각 45 ° 간격으로 8 개의 공기 분사 노즐(25b)이 설치된다.
배기 가스 분사부(29)는 내측 튜브의 기단 플레이트(25)의 외경과 거의 동일한 외경 치수로 설정됨과 동시에 버너 유닛(13)의 스커트부(13b)의 개구 직경보다 큰 내경 치수로 설정된 중공의 원환 형상으로 형성된다. 배기 가스 분사부(29)는 그 내부에 배기 가스 갤러리(29)를 구비하고 배출 덕트(28)에 연결된 미도된 배기 가스 입력관이 연통된다. 배기 가스 분사부(29)는 미도시된 고정 구조에 의해 내측 튜브의 기단 플레이트(25)에 조립된다. 또한 배기 가스 분사부(29)는 내측 튜브의 기단 플레이트(25) 측과 연소 공간 측을 연통하는 복수의 공기 유로(29c)와 연소 공간 측에 돌출하는 복수의 분사 노즐(29d)을 구비한다. 배기 가스 분사 노즐(29d)은 배기 가스 갤러리(29)에 연통 내측 튜브의 기단 플레이트(25)에 조립한 상태에서 내측 튜브의 기단 플레이트(25)의 공기 분사 노즐(25b)과 연통한다.
그러면 도 15에 나타낸 바와 같이, 복수의 공기 유로(29)와 여러 배기 가스 분사 노즐(29d)이 내측 튜브의 기단 플레이트(25)의 중심부에 배치되는 버너 유닛(13)의 주위를 둘러싸도록 플랜지부(25)의 근방에 배치된다. 이 변형예 1에서는 예를 들어, 내측 튜브의 기단 플레이트(25)의 중심각 45 °간격으로 둘레에 8개의 공기 유로(29c)를 마련하고, 같은 원주상에서 같은 중심각 22.5 °만 이격된 위치에 중심각 45 ° 간격으로 8 개의 가스 분사 노즐(29d)을 마련한다. 그러면 공기 유로(29)와 배기 가스 분사 노즐(29d)이 같은 중심각 22.5°간격으로 교대로 배치된다. 또한, 공기 유로(29c) 및 배기 가스 분사 노즐(29d)의 수량은 일 예이며, 공기 흐름 및 배기 가스의 효과가 발휘 될 수 있는 범위 내에서 적절하게 설정된다. 또한, 공기 유로(29) 및 배기 가스 분사 노즐(29d)은 각각 일정한 간격으로 설치할 필요는 없다.
배기 가스 가열 장치(20)의 변형예 1에서는 내측 튜브의 기단 플레이트(25) 및 배기 가스 분사부(29)를 이와 같이 구성함으로써 이들이 주벽부(22)에 조립된 상태에서는 공기 유로(29)는 그 내부 공간이 공기 유로(Rb)에 연통한다. 따라서 제2 팬(3)에서 압송된 공기 흡입구(21j에서 공기 유로(Rb)에 유입된 공기는 예를 들어,도 14에 도시된 파선 화살표와 같이 공기 분사 노즐(24b)을 통해 주벽부(22)의 내부 공간, 즉 연소 공간으로 분사된다. 또한 배기 가스 분사 노즐(29d)에서 상류관(100a)에 연결된 연결부(21d)의 유입구(21f)에서 나와서 배출 덕트(28)에 유입된 배기 가스는 예를 들어,도 14에 도시 파선 화살표와 같이, 주벽부(22)의 연소 공간에 분사된다. 또한 상기 도면에서는 도면 표현상의 편의에서 특정 공기 유로(29) 및 배기 가스 분사 노즐(29d)에서 공기와 배기 가스가 분사되는 모습이 도시되어 있지만, 배기 가스 분사부(29)에 설치된다. 모든 공기 유로(29)에서 공기가 분사되며 모든 배기 가스 분사 노즐(29d)에서 배기 가스가 분사된다.
또한, 상술의 배기 가스 가열 장치(20)는 기설의 배관(100)의 직각 방향 또는 거의 직교 방향으로 통축(J)을 향해 외측 튜브(21) 또는 내측 튜브(22)가 배치되도록 구성했지만, 이에 한정되지 않고, 배관(100)(상류관(100a) 및 하류관(100b))의 기설 레이아웃(기존 배치)에 따라 다양한 구성이 가능하다.
예컨대, 도 16(A)에 나타낸 바와 같이, 전술한 배기 가스 가열 장치(20)의 구성에 대해 외측 튜브(21)(또는 내측 튜브(22))의 통축(J)에 따라 선단부(21)에서 연결부(21d)가 돌출되는 것과 같이 배기 가스 가열 장치(20)를 구성해도 좋다. 또한 이것과는 반대로, 연결부(21g)가 외측 튜브(21)의 통축(J)에 따라 선단부(21)에서 돌출되도록 구성해도 좋다. 따라서 예를 들어, 해당 통축(J)에 대해 상류관(100a) 또는 하류관(100b)의 어느 한쪽이 동축 또는 거의 동축으로 배치되고, 나머지 다른 하나는 그에 직교 또는 거의 직교하는 방향으로 배치되는 경우에서와 같이 L자 모양의 절곡 부분에서 상류관(100a)을 연결부(21d)에 연결하고 또한 하류관(100b)을 연결부(21g)에 연결하는 것이 가능하다.
또한, 예를 들면, 도 16(B)에 나타낸 바와 같이, 전술한 배기 가스 가열 장치(20)의 구성에 대해 연결부(21d) 및 연결부(21g) 중 어느 한쪽이 외측 튜브(21)(또는 내측 튜브(22))의 통축(J)을 중심으로 90도 회전 한 방향으로 돌출되도록 배기 가스 가열 장치(20b)를 구성해도 좋다. 따라서 예를 들어, 상류관(100a) 및 하류관(100b)이 해당 통축(J)에 직교하는 방향으로 L 자 형상으로 배치되어있는 경우로서, 이러한 L자 모양의 절곡 부분에서 상류관(100a)을 연결부(21d)에 연결하고 또한 하류관(100b)을 연결부(21g)에 연결하는 것이 가능하다.
또한 예를 들어, 도 16(C)에 나타낸 바와 같이, 연결부(21d) 및 연결부(21g)가 동일 평면상에 직교 또는 거의 직교하도록 배치함과 동시에 상기 평면은 외측 튜브(21)(또는 내측 튜브(22)의 통축(J)을 포함하고, 주벽부(21a) 및 선단부(21c)로 부터의 두 연결부(21d, 21g)가 V 자 모양으로 돌출되도록 배기 가스 가열 장치(20)를 구성해도 좋다. 따라서 예를 들어, 직교하는 상류관(100a) 및 하류관(100b)이 해당 통축(J)에 따라 V자 모양으로 배치되어있는 경우, 이러한 V자 모양의 절곡 부분에서 상류관(100a)을 연결부(21d)에 연결하고 또한 하류관(100b)을 연결부(21g)에 연결하는 것이 가능하게 된다.
이와 같이 배기 가스 가열 장치(20A ~ 20)를 구성하여 이미 설치된 배관(100)이 직교하는 부분에서 배관(100)의 기설 레이아웃을 변경하지 않고 배기 가스 가열 장치(20A ~ 20)를 개조시킬 수 있다. 또한, 도 16에 예시한 배관(100)은 모두 상류관(100a) 및 하류관(100b)이 직교하는 경우를 전제로 한 것이지만, 이 배관 굴곡 각도는 90도에 한정되는 것이 아니라 예를 들어, 45°, 60°과 120° 등도 간능하다.
<제2 실시예의 변형예2>
또한 배기 가스 가열 장치(20)의 변형예 2로서, 예를 들어 상류관(100a)에 연결되는 연결부(21d)에 감소된 직경 형상을 갖는 내관(21x)을 설치해도 좋다. 이는 상류관(100a)에서 유입되는 배기 가스를 내측 튜브(22)의 연소 공간 내에 인입 쉽게 할 수 있다.
도 17(A)에 나타낸 바와 같이, 변형예 2의 배기 가스 가열 장치(20d)는 기설의 배관(100)에서 배기 가스를 유입시키는 연결부(21d)의 내부 공간에 내관(21x)을 마련한다. 내관(21x)은 연결부(21d) 내에 설치된 상태에서 그 배기 가스의 상류측에 해당 선단부(21x-1)가 그 끝방향(배기 가스의 상류 방향)을 향해 증가하는 지름을 갖는 중공 원뿔대 형상(역테이퍼 형상)으로 형성된다. 다시 말하면 선단부(21x-1)가 그 선단 측으로부터 기단 방향(배기 가스의 하류 방향)을 향해 감소되는 지름을 갖는 중공 원뿔대 형상(테이퍼 형상)으로 형성된다. 또한 내관(21x)의 배기 가스의 하류측에 해당하는 기단부(21x-2)가 선단부(21x-1)의 최소 지름 부분에 연결되어 그것과 동일 직경의 원통형으로 형성된다. 기단부(21x-2)의 하류 끝은 내측 튜브(22)의 통축(J)보다 연결부(21g)측(배기 가스 하류측)까지 연장된다.
이는, 상류관(100a)에서 연결부(21d)에 흐르는 배기 가스가 상기 내관(21x)에 유입하면 선단부(21x-1)보다 내경이 작은 기단부(21x-2)에서 배기 가스의 유속이 증가함에 따라, 기단부(21x-2)의 출구부의 압력이 떨어지기 때문에 버너부(13a)에 의해 발생한 내측 튜브(22) 내의 연소 가스를 기단부(21x-2)의 출구부 쪽으로 쉽게 인입시킬 수 있다
이러한 내관(21x) 대신 연결부(21d)의 형상을 배기 가스 하류측을 향해 감소되는 직경을 갖도록 테이퍼 형상으로 구성해도 좋다. 즉, 도 17(B)에 나타낸 바와 같이, 변형예 2의 배기 가스 가열 장치(20E)는 연결부(21d ')는 배관(100)의 상류관(100a)과 거의 동일한 직경으로 형성되는 선단부(21d'-1), 내측 튜브(22)의 내부 공간(연소 공간), 즉 배기 가스 하류측을 향해 감소되는 직경을 갖도록 테이퍼 형상으로 형성되는 기단부(21d'-2)를 구비하고 있다. 기단부(21d'-2)의 주위 표면에는 여러 V자 모양의 후크(또는 앵커)가 설치되어 있으며, 이러한 후크를 골재로 알루미나 시멘트 등이 두꺼운 벽에 도포되어 내화재(14)가 형성된다. 또한 기단부(21d'-2)의 선단에는 배기 가스의 흐름을 안정화시키고, 내화재(14)의 형성을 용이하도록 원통부가 형성된다.
이는 상류관(100a)에서 연결부(21d ')에 흐르는 배기 가스가 테이퍼 형상의 기단부(21d'-2)에 유입하면 선단부(21d'-1)보다 배기 가스의 유속이 증가함에 따라, 기단부(21d'-2)의 출구부의 압력이 떨어지기 때문에 버너부(13a)에 의해 발생한 내측 튜브(22) 내의 연소 가스를 기단부(21d'-2)의 출구부 쪽으로 용이하게 인입시킬 수 있다.
[제3 실시예]
이어, 본 발명의 연소 장치를 여러 버너 타입의 배기 가스 가열 장치에 적용한 제3 실시예를 도 18 내지 도 20에 따라 설명한다. 제3 실시예의 배기 가스 가열 장치(30)도 제2 실시예의 배기 가스 가열 장치(20)와 마찬가지로, 예를 들어, 디젤 엔진(외부 기관)의 배기 가스가 흐르는 배관(100)의 중간에 연결하여 탈질 촉매가 충분히 활성 온도에 이르도록 배기 가스 온도를 상승시키는 가열 장치이며, 선박에 탑재되는 선박용 연소 장치이다.
배기 가스 가열 장치(30)는 복수의 버너 장치(33)를 구비하고 있고, 이러한 버너 장치(33)가 내측 튜브(32)의 주벽부(22)에 설치되어있는 점이, 제2 실시예의 배기 가스 가열 장치(20)와 다르다. 또한, 제1 실시예의 가스 처리 장치(10)와 제2 실시예의 배기 가스 가열 장치(20)와 실질적으로 동일한 구성 부분에는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
도 18 내지 도 20에 도시된 바와 같이, 배기 가스 가열 장치(30)는 주로 외측 튜브(31) 내측 튜브(32), 버너 유닛(33), 배기 가스 분사관(38), 제1 팬(2), 제2 팬(3) 등으로 구성되어 있다.
외측 튜브(31)는 제2 실시예의 외측 튜브(21)와 거의 동일하게 구성되어 있지만, 외측 튜브(31)의 기단부(21b)의 개구를 폐쇄하는 원판형 형상의 외측 튜브의 기단 플레이트(23)의 구성이 다소 다르다. 즉, 외측 튜브의 기단 플레이트(23)는 그 중심에 배기 가스 입력 파이프 설치구(23b)가 형성되어 있으며, 이 배기 가스 입력 파이프 설치구(23b)에 배기 가스 분사관(38)이 삽입 관통되어 외측 튜브의 기단 플레이트(23)에 설치 있다. 배기 가스 분 관(38)은 배기 가스 덕트(28)에 연결되어 있으며, 연결부(21d) 입구(21f)로부터 유입된 배기 가스가 배기 덕트(28)를 통해 배기 가스 분사관(38)에 도입된다. 따라서 배기 가스 분사관(38)은 내측 튜브(32)의 내부 공간, 즉 연소 공간 내에 배기 가스를 분사하는 것이 가능하다.
내측 튜브(32)도, 제2 실시예의 내측 튜브(22)와 거의 동일하게 구성되어 있지만, 주벽부(22)에 여러 버너 장치(33)를 장착 가능하게 구성되어있는 점이 다르다. 즉, 내측 튜브(32)는 반경 방향 외측으로 돌출된 버너 홀더(32a)를 구비하고 있으며, 이 버너 홀더(32a)에 여러 버너 홀(32b)을 형성하고 있다. 버너 홀(32b)은 버너 유닛(33)을 설치하기 위한 설치 홀에 해당한다. 본 제3 실시예에서는 내측 튜브(32)에는 계단형으로 서로 대향하는 3개의 버너 홀더(32a)의 각각 버너 홀(32b)이 형성된다. 즉, 본 제3 실시예의 배기 가스 가열 장치(30)의 내측 튜브(32)는 6 개의 버너 유닛(33)을 구비한다.
버너 유닛(33)은 주로 버너부(33a) 및 케이스 (33b)로 포함한다. 버너부 (33a)에는, 예를 들어 끝에 원뿔대 형상의 노즐부가 구비되는 동시에, 연료를 공급하는 연료 파이프(90)가 연결된다. 버너부(33a)의 반경 방향 주위는 원통형 케이스 부(33b)에 의하여 덮여있다. 케이스부(33b)는, 내측 튜브(32)의 버너 홀더(32a)에 형성된 버너 홀(32b)에 설치된 버너 유닛(33)을 내측 튜브(32)에 고정 가능하게 구성된다. 버너 홀더(32a)는 커버부(35)에 덮여있다. 본 제3 실시예에서, 도 20에 나타낸 바와 같이, 계단형으로 서로 대향하는 동시에 주벽부(22)를 접선에 따라 화염이 방사되도록 버너 장치(33)가 배치되어 있으며, 각각 3 개의 버너 유닛(33) 이 통축(J) 방향에 대하여 평행하게 위치한다. 그러면 버너부(33a)의 화염에 의해 연소된 가스를 주벽부(22)를 따라 원주 방향으로 회전시키는 것이 가능하게 된다.
이와 같이 본 제3 실시예의 배기 가스 가열 장치(30)는 내측 튜브(32)의 주벽부(22)에 여러 개의 버너 유닛(33)을 접선 방향에 따라 화염이 방사되도록 설치함과 동시에, 내측 튜브(32)의 기단부(22b)의 중심부에 배기 가스 분사관(38)을 설치하며, 플랜지부(24)의 근방에 복수의 공기 분사 노즐(24b)을 순환하도록 설치하는 구성을 취한다. 따라서 내측 튜브의 기단 플레이트(24)가 주벽부(22)에 조립된 상태에서는 주벽부(22)에 도포된 내화재(14)의 표면 근방하고 내화재(14) 내주면 전체 둘레에 걸쳐 여러 공기 분사 노즐(24b)이 배치된다. 또한 내측 튜브(32)의 통축(J)을 따라 배기 가스 분사관(38)이 배치된다.
따라서 제2 팬(3)에서 압송된 공기 유로(Rb)의 공기가 공기 분사 노즐(24b)에서 연소 공간에 분사되면 연소 공간을 형성하는 내화재(14)의 표면을 따르도록 흐른다. 또한 상류관(100a)에 연결되는 연결부(21d)에서 배출 덕트(28)를 통해 배기 가스 분사관(38)에 도입된 배기 가스는 배기 가스 분사관(38)로부터 분사되면 통축(J)을 따라 연소 공간의 중심축을 흐르며 선단부(22c)방향(연소 공간 끝 방향)으로 향하는 기류의 발생을 유발한다. 한편, 버너 유닛(33)의 버너부(33a)에서는 주벽부(22)를 둘레 방향을 따라 화염이 방사된다.
따라서 내측 튜브(32)의 내주면(내화재(14)의 표면)은 공기 분사 노즐(24b)에서의 공기 흐름에 의해 냉각되기 때문에 이러한 여러 공기 분사 노즐(24b)이 설치되어 있지 않은 경우 비해 내화재(14)의 두께를 더 얇게 하는 것이 가능하게 된다. 또한 버너부(33a)의 화염에 의해 연소된 가스는 주벽부(22)를 원주 방향으로 선회하면서 배기 가스 분사관(38)로부터의 연소 공간의 중심축을 흐르는 배기 가스에 의해 연소 공간 끝 방향으로 흐른다. 따라서 연소 공간의 거의 전체에 걸쳐 배기 가스를 가열하는 것이 가능하게 된다. 따라서 연소 효율을 높일 수 있는 동시에, 배기 가스 가열 장치(30)의 장비 중량을 경량화 할 수 있다.
또한, 이러한 버너 유닛(33)과 공기 분사 노즐(24b)의 수량, 배치 및 그 간격 등은 실험과 컴퓨터 시뮬레이션의 결과에 따라 상술 한 바와 같은 연소 효율에 대한 효과가 발휘 될 수 있는 범위 내에서 적절하게 설정되어 한다.
[제4 실시예]
이어, 본 발명의 연소 장치를 세로형 타입의 배기 가스 가열 장치에 적용한 제4 실시예를 도 21 내지 도 25에 따라 설명한다. 제4 실시예의 배기 가스 가열 장치(40)도 제2 실시예의 배기 가스 가열 장치(20) 및 제3 실시예의 배기 가스 가열 장치(30)와 마찬가지로, 예를 들어, 디젤 엔진(외부 기관)의 배기 가스가 흐르는 배관(100) 중간에 연결하여 탈질 촉매가 충분히 활성 온도에 이르도록 배기 가스 온도를 상승시키는 가열 장치이며, 선박에 탑재되는 선박용 연소 장치이다.
배기 가스 가열 장치(40)는 복수의 버너 장치(33)를 구비하고 이러한 버너 유닛(33)이 내측 튜브(42)의 기단부(42b)에 설치되어있는 점, 노의 본체가 수직인 점이 제2 실시예의 배기 가스 가열 장치(20)와 다르다. 또한, 제1 실시예의 가스 처리 장치(10), 제2 실시예의 배기 가스 가열 장치(20) 및 제3 실시예의 배기 가스 가열 장치(30)와 실질적으로 동일한 구성 부분에는 동일한 부호를 붙이고 설명을 단순화 한다.
도 21 내지 도 25에 나타낸 바와 같이, 배기 가스 가열 장치(40)는 주로 외측 튜브(41), 내측 튜브(42), 외관(43), 내관(44), 버너 유닛(33), 제1 팬(2) 및 제2 팬(3) 등으로 구성된다.
외측 튜브(41)는 예를 들어, 바닥이 각통 형상을 이루는 통체이며, 강판으로 구성된다. 즉, 각통 형상으로 형성되는 주벽부(41a) 대해 외측 튜브(41)의 일단 측은 안으로 절곡된 플랜지 형상을 이루는 모서리 환상의 기단부(41b)에 의해 포위되도록 개구되어 있으며, 외측 튜브(41)의 타단 측은 구형판 형상의 선단부(41c)에 의해 폐쇄된다. 본 제4 실시예에서, 외측 튜브(41)는 후술하는 외부 파이프(43)와 통축이 병렬로 늘어선 상태에서 주벽부를 상호 연결시킨다. 따라서 주벽부(41a)를 형성하는 사면의 벽체들 중 외관(43) 측에 위치하는 벽체가 생략된다. 즉, 외측 튜브(41)의 주벽부(41a)는 삼면을 이루는 벽체로 구성된다.
내측 튜브(42)는 외측 튜브(41)의 내부에 수용되는 동시에 내부에 연소 공간을 형성하는 통체이며, 외측 튜브(41)와 마찬가지로 바닥이의 각통 형상으로 형성된다. 내측 튜브(42)는 각통 모양의 주벽부(42a)의 일단 측이 기단부(42b)에 의해 폐쇄되고, 또한 타 단측도 구형 평판 형상의 선단부(42c)에 의해 폐쇄된다. 주벽부(42a)의 타 단측 부근에는 배기 가스가 유통하는 동시에 외관(43)에 주위를 덮는 내관(44)에 연통하는 연결부(42d)가 형성된다. 즉, 주벽부(42a)에는 내관(44), 주벽부(44a)를 향해 각통 형상으로 연장하는 연결부(42d)가 형성되어 있고, 내측 튜브(42)의 연소 공간과 내관(44)의 내부 공간을 연통 가능하게 있다.
이러한 내측 튜브(42)의 내주면에는 내화 재료(14)가 설치된다. 내측 튜브(42)는 후술하는 바와 같이 일단 측의 기단부(42b)에 버너 유닛(33)이 설치되고, 그 버너부(33a)에서 내측 튜브(42 내, 즉 연소 공간에 화염이 형성된다. 따라서 내측 튜브(42)의 내주면에 내화재(14)를 배치하여 주벽부(41a), 기단부(41b) 및 선단부(41c)를 화염의 복사열 등으로부터 보호한다. 내화 재료(14)는 예를 들어, 캐스터블 이라는 내화 콘크리트 및 내화 골재를 혼합한 것이다. 본 제4 실시예에서는, 예를 들어, 도면에 생략된 V자 모양의 후크(또는 앵커)를 내측 튜브(12)의 내주면의 복수 위치에 설치하고, 이러한 후크를 골재로 알루미나 시멘트 등을 두껍게 도포하여 내화재(14)를 형성한다.
외관(43)은 내관(44)의 주벽부(44a)를 덮는 원통형을 이루는 통체이며, 그 축 방향 길이가 외측 튜브(41)의 축 방향 길이와 동일하게 설정된다. 외관(43)은 내관(44)의 주벽부(44a) 외에, 내측 튜브(42)와의 사이에 형성되는 공기 유로(Rb)의 양단부도 덮는다. 따라서 외부 파이프(43)는 양단부가 내측으로 절곡된 플랜지 형상을 이루도록 기단부(43b 및 선단부(43c)가 형성된다. 기단부(43b) 및 선단부(43c)에는 배기 가스가 흐르는 배관과 연결 가능한 플랜지부(45, 46)가 각각 연결된다. 플랜지부(45,46)는 본 제4 실시예에서는 외주 형상이 원형을 이루고 있기 때문에 배기 가스가 흐르는 배관으로서 예를 들면, 전술한 제2 실시예와 제3 실시예에서 설명한 바와 같은 원통형 파이프(100)를 연결할 수 있다.
내관(44)은 양단이 개구하는 각통 형상을 이루는 통체이며, 기설의 배관 등으로부터 유입된 배기 가스가 흐르는 것이다. 전술 한 바와 같이 내측 튜브(42)가 각진 튜브 형상의 통체이기 때문에 그 내측 튜브(42)와의 접합의 용이성과 압력 손실의 관점 등으로부터 해당 내관(44)의 형상도 각진 튜브 형상으로 설정된다. 또한 배기 가스가 흐르는 배관에 원통형인 것이 많이 사용되는 것 등을 고려하여 해당 내관(44)의 주위에 마련 통체를 전술한 바와 같은 원통형의 외관(43)으로 설정한다.
버너 유닛(33)은 상술한 제3 실시예의 경우와 동일하게 구성되어 있으며, 제3 실시예에서 각각 기재한 내용을 거의 인용 할 수 있다. 또한, 버너 유닛(33)의 케이스부(33b)는 내측 튜브(42)의 기단부(42b)에 형성되는 버너 홀(42f)에 장착 가능하게 구성되어 있기 때문에, 이로 인해 버너 유닛(33)은 내측 튜브(42)의 기단부(42b)에 고정된다. 본 제4 실시예에서는 버너 유닛(33)은 예를 들어, 3 행/2 열(또는 2 행/3 열)로 배열되어 있으며, 총 6 개의 버너 유닛(33)이 내측 튜브(42)에 설치된다.
제1 팬(2), 제2 팬(3), 제1 흡기 포트(4) 및 제2 흡기 포트(5)는 상술한 제1 실시예의 경우와 거의 마찬가지로 각각 구성된다. 따라서 이러한 구성에 관하여는 제1 실시예에 기재된 사항으로 각각에 대해 설명하는 내용을 거의 인용할 수 있다. 또한, 제1 팬(2)에서 압송된 공기는 제1 흡기 덕트(6)를 통해 외측 튜브(41)의 흡기구(41i)로 이송된다. 또한 제2 팬(3)에서 압송된 공기는 제2 흡기 덕트(7)를 통해 외부 관(43)의 흡기구(43j)에 이송된다. 그러면 공기 흡입구(41i)에서 공기 유로(Ra)로 유입된 공기는 내측 튜브(42)의 외부면에 접촉하여 내측 튜브(42)를 공기 냉각하는 것을 가능하게 한다. 또한 흡기구(43j)에서 공기 유로(Rb)에 유입된 공기는 내관(44)의 외부면에 접촉하여 내관(44)을 공기 냉각하는 것을 가능하게 한다.
또한, 공기 유로(Ra)와 공기 유로(Rb)는 분할판(48)에 의해 분리된다. 본 제4 실시예에서는 분할판(48)은 외부 튜브(43)의 주벽부(43a)가 그 기능을 수행하고 있다. 따라서 제1 내지 제4 실시예에서 설명한 바와 같이, 분할판으로서의 전용 부재(분할판(18))를 별도로 설치할 필요가 없다. 또한 배기 가스 가열 장치(40)는 도시하지 않았지만, 베이스 프레임에 설치된다.
이와 같이 본 제4 실시예의 배기 가스 가열 장치(40)는 내측 튜브(42)의 통축(J)이 상하 방향(각도 좌표계의 Z 축 방향)으로 기립하도록 구비된 노의 본체(외측 튜브(41과 내측 튜브(42))를 구성하고 있다. 또한 버너 유닛(33)을 노의 본체의 상단에 설치함으로써 버너부(33a)에서 하향(중력 방향)을 향해 화염이 형성되도록 구성하고 있다. 그러면 노의 본체가 가로(각 도 좌표계에서 XY 평면의 확산 방향)에 배치되는 경우에 비해 배기 가스 가열 장치(40)의 폭이 좁아질 수 있다.
따라서 예를 들어, 선박의 기관실과 보일러실처럼 비교적 면적이 좁은 장소에도 높이 방향으로 여유가 있는 경우에는 배기 가스 가열 장치(40)를 설치하는 것이 가능하다. 또한 디젤 엔진(외부 기관)에서 배출되는 배기 가스가 흐르는 배관이 상하 방향으로 레이아웃(배치)되는 경우에는 그러한 기설의 배관 도중에 당해 배기 가스 가열 장치(40)를 개재시켜 탈질 촉매가 충분히 활성 온도에 이르도록 배기 가스 온도를 상승시키는 것이 가능하게 된다. 즉, 개장(retrofit)된 장치에 대하여 용이하게 대응할 수 있다.
[제5 실시예]
이어, 본 발명의 연소 장치를 세로형 타입의 배기 가스 가열 장치에 적용한 다른 예로서, 제5 실시예를 도 26 내지 도 33에 따라 설명한다. 제5 실시예의 배기 가스 가열 장치(50)도 제2 실시예의 배기 가스 가열 장치(20), 제3 실시예의 배기 가스 가열 장치(30) 및 제4 실시예의 배기 가스 가열 장치(40)와 마찬가지로, 예를 들어, 디젤 엔진(외부 기관)의 배기 가스가 흐르는 배관(100)의 중간에 연결하여 탈질 촉매가 충분히 활성 온도에 이르도록 배기 가스 온도를 상승시키는 가열 장치이며, 선박에 탑재되는 선박용 연소 장치이다
배기 가스 가열 장치(50)는 제4 실시예의 배기 가스 가열 장치(40)와 마찬가지로 복수의 버너 유닛(13 ')을 갖추고 있다는 점은 공통하지만, 노의 본체가 수직 원통형인 점, 상기 버너 유닛(13 ')이 원주 상에 배치되어있는 점, 또한 버너 유닛(13')이 연소통(80)을 구비하는 점, 송풍팬(1)이 한 개로 구비되는 점 등이 제4 실시예의 배기 가스 가열 장치(40)와 다르다. 또한, 제4 실시예의 배기 가스 가열 장치(40)와 실질적으로 동일한 구성 부분에는 동일한 부호를 붙이고 설명을 간략하게 한다.
도 26 내지 도 31에 나타낸 바와 같이, 배기 가스 가열 장치(50)는 주로 외측 튜브(51), 내측 튜브(52), 복수의 버너 유닛(13 '), 제1 팬(2) 등으로 구성된다.
외측 튜브(51)는 예를 들어, 바닥이 원통 형상을 이루는 통체이며, 강판으로 구성된다. 즉, 원통형으로 형성되는 주벽부(51a)에 대해 외측 튜브(51)의 일단 측이 안쪽으로 절곡된 플랜지 형상을 이루는 원형 고리 모양의 기단부(51b)에 의해 포위되도록 개구되어 있으며, 외측 튜브(51) 의 타단 측도 안쪽으로 절곡된 플랜지 형상을 이루는 원형 고리의 선단부(51c)에 의해 포위하도록 개방하고 있다. 즉, 외측 튜브(51)는 양단이 개방되어 있다. 외측 튜브(51)의 기단부(51b)는 외측 튜브(51)의 축 방향 외측으로 원통형으로 연장하는 연결부(51d)가 설치되어 있으며, 또한 선단부(51c)에도 외측 튜브(51)의 축 방향 외측에 원통형으로 연장 연결부(51f)가 설치된다.
연결부(51d, 51f)는 각각의 통축(L, M)이 외측 튜브(51)의 통축(J)과 겹치는(동축이 되도록)도록 배치되어 있으며, 각각의 선단에는 플랜지부(51e, 51g)가 형성되어 있다. 연결부(51d, 51f)와 각각의 플랜지부(51e, 51g)는 선박에 이미 설치되어있는 배관에 연결 가능한 형상으로 설정된다. 따라서 예를 들어, 상하 방향(각 도 좌표계의 Z 축 방향)에 설치된 기설의 배관에 당해 배관의 위치를 변경하지 않고 당해 배관의 도중에 배기 가스 가열 장치(50)의 연결부(51d, 51g)를 이용하여 연결 가능하다.
본 제5 실시예에서는 배기 가스는 연결부(51d)로부터 외측 튜브(51) 내의 내측 튜브(52)에 유입되어 연결부(51f)에서 배출된다. 즉, 위에서 아래로 향하는 방향(각도 좌표계의 Z 축 화살표 뿌리 방향)으로 배기 가스가 흐른다. 따라서 배기 가스 상류측 연결부(51d)는 아래의 설명 중 실린더(52)의 내부, 즉 연소 공간 내에 돌출되도록 설치된다. 따라서 배기 가스가 흐르는 배관의 하류관과 후술하는 공기 유로(Ra)가 서로 연통하지 않도록 구성된다. 이에 대해 배기 가스 하류측 연결부(51f)는 그 기단부가 외측 튜브(51)의 선단부(51c)의 개구부 주위에 연결되어 있고, 내측 튜브(52)의 연소 공간에는 돌출되어 있지 않다.
또한, 본 제5 실시예의 배기 가스 가열 장치(50)에는 도 29 및 도 31에 나타낸 바와 같이, 배기 가스 하류 측 연결부(51f)에는 회전 날개부(70)가 설치된다. 이 회전 날개부(70)는 복수의 블레이드(72)로 환상으로 배치하여 유체에 선회류를 제공할 수 있는 날개부(71), 날개부(71)를 원형 고리에 유지하는 동시에 내부에 공간부(75)를 형성하는 링 플레이트(유지부; 73)로 구성된다. 블레이드(72)는 예를 들어, 직사각형의 평면이며, 통축(J)에 대해 예를 들어, 10도 ~ 20 도의 일정한 경사도를 유지 가능하게 링 플레이트(73)에 고정된다. 블레이드(72)의 폭은 해당 회전 날개부(70)가 연결부(51f)에 장착된 상태에서 후술하는 소정의 틈새부(Sd)보다 크게 설정되어 있지만, 필요 이상으로 그 폭이 커지면 공간부(75)의 내경이 작아지기 때문에 회전 날개부(70)를 통과하는 배기 가스의 압력 손실이 증가한다. 따라서 공간부(75)를 통과하는 배기 가스의 압력 손실이 최대 허용치를 초과하지 않는 값을 갖도록, 블레이드(72)의 폭이 설정된다.
이와 같이 회전 날개부(70)를 구성함으로써 연소 공간에서 내측 튜브(52)의 통축(J)의 중심 부분 및 통축(J)의 중심 부분의 주위를 흐르는 배기 가스는 날개 부(71)를 통과하지 않은 채 공간부(75)를 흘러 배관의 하류관에 유입된다. 이에 대해 후술하는 내측 튜브(52)의 배출부(52e)의 주변 부분과 주변 부분의 주변을 흐르는 배기 가스는 공간부(75)를 통과하지 않고 날개부(71)를 흘러 배관의 하류관에 유입된다. 또한, 공기 유로(Ra)로부터 후술하는 틈새부(Sd)를 통해 연결부(51f) 내로 유입되는 공기 흐름도 공간부(75)를 통과하지 않고 날개부(71)와 연통된 배관의 하류관에 유입된다.
이로 인해 배출부(52e)의 주변 부분과 주변 부분의 주변을 흐르는 배기 가스 및 틈새부(Sd)를 통해 연결부(51f) 내로 유입되는 공기 흐름, 모두가 날개부(71)를 통과하면서 블레이드(72)에 의해 배기 가스 및 공기 흐름에 선회류가 생성된다. 따라서 이러한 배기 가스와 공기 흐름은 날개 (71)에 의한 회전에 의해 혼합에서 하류관에 유입하기 때문에 하류관 내의 배기 가스의 온도 편차를 억제하는 것이 가능하다. 특히, 내측 튜브(52)의 배출부(52e)는, 그 선단 주변부가 열에 의한 열화되거나 취성에 의해 변형될 가능성이 있기 때문에, 배출부(52e)의 선단 주변부의 변형에 기인하여 유량 균형을 유지하는 할 수 없게 된 경우에 회전 날개부(70)에 의한 배기 가스 및 공기 간의 혼합이 배기 가스의 온도 편차의 억제에 효과를 가진다.
내측 튜브(52)는 외측 튜브(51)의 내부에 수용되는 동시에 내부에 연소 공간을 형성하는 통체이다. 내측 튜브(52)는 외측 튜브(51)와 마찬가지로 바닥이 원통 형상으로 형성된다. 내측 튜브(52)는 원통형의 주벽부(52a)의 일단 측이 안으로 절곡 플랜지 형상을 이루는 원형 고리 모양의 기단부(52b)에 의해 포위되도록 개구되어 있으며, 내측 튜브(52)의 타 단측도 내측으로 절곡된 플랜지 형상을 이루는 원형 고리의 선단부(52c)에 의해 포위하도록 개방하고 있다. 즉, 내측 튜브(52)도 단부가 개구되어 있다. 내측 튜브(52)의 기단부(52b)는 외측 튜브(51)의 연결부(51d)가 삽입되는 관통구(52d)가 형성되어 있으며, 또한 선단부(52c)에는 내측 튜브(52)의 축 방향 외측으로 원통형으로 연장되고, 외측 튜브(51)의 연결부(51f) 내에 진입하는 배출부(52e)가 설치된다. 이 배출부(52e)는 외측 튜브(51)의 연결부(51f)의 내경보다 작은 외경 치수로 설정되어 있으며, 연결부(51f)의 내주벽과 배출부(52e)의 외주벽 사이에 소정의 틈새부(Sd)를 형성할 수 있도록 구성된다.
이와 같이 내측 튜브(52)를 구성하여 외측 튜브(51) 및 내측 튜브(52)의 사이에는 공기 유로(Ra)가 형성된다. 본 제5 실시예의 내측 튜브(52)는 주벽부(52a)에 여러 통풍구(52f)를 갖고 있다. 도 29에 나타낸 바와 같이, 본 제5 실시예에서는, 예를 들면, 여러 통풍구(52f)가 일정한 간격으로 일 열로 환상으로 둘레 방향을 따라 주벽부(52a)에 형성된다. 또한 연소통(80)의 축 방향을 따라 여러 통풍구(52f)의 형성 위치는, 버너 유닛(13 ')의 연소통(80)의 선단부(80b)보다 배기 가스 하류측이 선단부(80b)에 근접하도록 설정된다. 이로서, 내측 튜브(52) 내, 즉 연소 공간과 공기 유로(Ra)는 이러한 통풍구(52f)를 통해 연통된다. 따라서 도 30에 표시된 두께 점선과 같이 공기 유로(Ra)를 흐르는 공기 흐름의 일부가 통풍구(52f)를 통해 연소 공간에 침입 할 수 있다.
이러한 내측 튜브(52)의 기단부(52b)(내측 튜브의 기단 플레이트(55))에는 연결부(51d)의 주위를 둘러싸도록 복수의 버너 유닛(13') 및 여러 공기 분사 노즐(55c)이 설치된다. 내측 튜브의 기단 플레이트(55)는 원반 형상의 부재이며, 내측 튜브(52)의 주벽부(52a) 및 선단부(52c)와 함께 연소 공간을 형성한다. 본 제5 실시예에서는 내측 튜브의 기단 플레이트(55)(기단부(52b))는 주벽부(52a)와 일체로 성형된다. 도시되지 않았지만, 주벽부(52a)와는 별도로 내측 튜브의 기단 플레이트(55)를 구성하고 주벽부(52a)에 고정되는 구조로 고정해도 된다.
내측 튜브의 기단 플레이트(55)에는 연결부(51d)가 관통한다. 따라서 내측 튜브의 기단 플레이트(55)의 중심부에는 관통구(52d)가 형성되는 동시에, 이 관통구(52d)의 주위를 둘러싸도록 내측 튜브의 기단 플레이트(55)와 동심의 둘레에 연소 공간 측을 향해 돌출하는 복수의 공기 분사 노즐(55c)이 형성된다. 본 제5 실시예에서는 공기 분사 노즐(55c)은 6개 위치에 형성된다. 6개의 공기 분사 노즐(55c)은 원주상에 등 간격으로 배치되어 있으며, 같은 원주에서 공기 분사 노즐(55c)에 껴서 같이 6개의 연소통 관통구(55a)가 설치된다. 연소통 관통구(55a)에는 연소통(80)이 삽입된다.
즉, 도 28에 나타낸 바와 같이, 관통구(52d)를 둘러싼 원주에 내측 튜브의 기단 플레이트(55)의 중심각 30 ° 간격으로 6개의 공기 분사 노즐(55c) 및 6개의 버너 유닛(13')이 교대로 배치된다. 또한 버너 유닛(13')은 내측 튜브(52)의 주벽부(52a)에서 소정의 틈새부(Sb)만큼 떨어진 위치에 배치된다. 그러면 공기 분사 노즐(55c)로부터 분사되는 공기 흐름에 의해 버너 유닛(13')을 냉각하는 동시에 내측 튜브(52)의 주벽부(52a)도 냉각될 수 있다.
또한 공기 분사 노즐(55c)의 수량은 일 예이며, 공기 흐름 및 배기 가스의 효과가 발휘될 수 있는 범위 내에서 적절하게 설정된다. 또한 공기 분사 노즐(55c) 및 버너 유닛(13')은 각각 일정한 간격으로 설치할 필요는 없다. 이러한 공기 분사 노즐(55c)에 있어서, 그 내부 공간이 공기 유로(Ra)에 연통되며, 제1 팬(2)으로부터 압송되어 공기 흡입구(51i)로부터 공기 유로(Ra)로 유입된 공기가 예컨대, 도 30에 나타내는 파선 화살표와 같이 공기 분사 노즐(55c)을 통해 주벽부(52a)의 내부 공간, 즉 연소 공간에 분사된다. 또한 주벽부(52a)의 통풍구(52f)를 통해 연소 공간 내에도 분사된다.
버너 유닛(13')은 주로 버너부(13a), 통체(13c) 및 플레이트(13d)로 구성된다. 버너 유닛(13')은 버너부(13a)의 분출 방향을 연소 공간을 향해 내측 튜브(52)의 통축(J)과 실질적으로 평행하게 연소 공간 내에 돌출되도록 기단부(51b)의 버너 설치구(51h)에 설치된다. 버너부(13a)에는, 예를 들어 단부에 원뿔대 형상의 노즐부가 구비되는 동시에, 연료를 공급하는 연료 파이프(90)가 연결된다. 버너부(13a)의 반경 방향 주위는 원통형의 통체(13c)에 의하여 덮여있다. 통체(13c)와 같이 연소통(80)은 예를 들어, 원통 형상으로 형성되어 있으며, 연료 파이프(90)의 연결 측에 위치하는 기단부(80a)가 공기 유로(Ra)에 노출되도록 배치된다. 그러면 공기 유로(Ra)를 흐르는 공기 흐름에 의해 연소통(80)의 기단부(80a)가 냉각되기 때문에 연소통(80)의 열에 의한 열화나 취성의 진행을 늦추는 것이 가능하다.
또한 연소통(80)은 연소통(80)이나 그 선단부(80b)가 연결부(51d)(배관의 상류측)와 연결부(51f)(배관의 하류측)를 최단 거리로 연결하는 가상 경로(Rv)의 범위 밖에 위치하도록 배치된다. 연소 공간을 흐르는 배기 가스의 흐름에 연소통(80) 및 선단부(80b)가 저항하지 않도록 하여 배기 가스의 압력 손실의 증가를 억제하기 때문이다. 또한, 도 29에서 가상 경로(Rv) 내에 존재하는 것처럼 보이는 2개의 버너 유닛(13')은 실제로 가상 경로(Rv)보다 해당 도면 좌표계의 Y축 화살표의 선단 방향으로 배치되는 것에 유의하라.
또한 연소통(80)은 버너부(13a)의 연료 분출 방향에 위치하는 연소통(80)의 선단부(80b)는 경사 기둥의 단부 형상, 즉 연소통(80)의 통축에 직각이 아닌, 예를 들면, 45도 기울여져 개구된다. 즉, 선단부(80b)는 원형이 아닌 타원형으로 개구된다. 본 제5 실시예에서는, 도 29에 나타낸 바와 같이, 내측 튜브(52)의 통축(J) 방향으로 연소통(80)의 선단부(80b)의 개구가 향하도록 6개의 버너 유닛(13')을 배치하고 있다. 이는, 연소통(80)의 통벽의 축방향 길이가 짧은 단측부가 내측 튜브(52)의 통축(J) 방향을 향하며, 반면에 연소통(80)의 통벽의 축방향 길이가 긴 장측부가 내측 튜브(52)의 주벽부(52a) 방향을 향한다. 따라서, 버너부(13a)의 화염으로부터의 직접적인 복사열 등은, 연소통(80)의 장측부로 인하여 내측 튜브(52)의 주벽부(52a)를 향하는 복사 전열량을 감소시킴에 따라 내측 튜브(52) 온도의 상승을 억제할 수 있다.
또한 버너부(13a)의 화염에서 연료가 연소하여 발생하는 고온의 연소 가스는 연소통(80)의 장측부보다 단측부 부근(단측부)을 흐르는 것이 단거리로 통체에서 방출된 내측 튜브의 중심쪽으로 향한다(도 30에 나타내는 연소통(80)의 가는 파선 화살표). 따라서 연소통(80)의 중심 부근이나 장측부 부근(장측부)을 흐르는 연소 가스를 내측 튜브(52)의 통축(J)(중심 측)으로 유인하는 것이 가능하다(도 30에 나타내는 연소통(80) 내부의 미세 일점 쇄선의 화살표 및 미세 이점 쇄선 화살표). 따라서 고온의 연소 가스를 내측 튜브(52)의 주벽부(52a)측보다 통축(J) 측으로 포집할 수 있으므로, 내측 튜브(52)의 온도 상승을 더욱 억제 할 수 있다.
또한 연소통(80)은 그 기단부(80a)에 여러 통기구(82)가 형성된다. 제5 실시예의 버너 유닛(13')에서도 연소통(80)의 기단부(80a)가 버너 유닛(13')의 플레이트(13d)와 외측 튜브(51)의 연결부(51d)에 직접 접촉하지 않도록 기단부(80a), 플레이트(13d)와 연결부(51d) 사이에 틈새부(Sc)를 형성할 수 있도록 버너 유닛(13')을 외측 튜브(51)에 장착 가능하게 구성한다. 상기 틈새부(Sc)는 좁기 때문에 연소통(80) 내로 유입하여 연소에 기여하는 공기량을 증가시킬 필요에서 연소통(80)에 여러 통기구(82)를 마련하고 있다.
또한, 본 제5 실시예에서는 전술 한 바와 같이, 제1 팬(2)에서 압송된 공기 흡입구(51i)에서 공기 유로(Ra)로 유입된 공기는 예를 들면, 주벽부(52a)의 통풍구(52f)를 통해 연소 공간 내에도 분사된다(도 30에 표시된 점선 화살표). 보다 구체적으로는 연소통(80)의 선단부(80b)의 배기 가스 하류측 근방에서 내측 튜브(52)의 통축(J) 방향으로 기류가 분사된다. 따라서 연소통(80)에서 방출된 고온 가스를 통풍구(52f)로부터 분사되는 공기 흐름에 의해 내측 튜브(52)의 통축(J) 방향으로 밀어내는 것이 가능하다. 따라서 고온의 연소 가스를 보다 효율적으로 통축(J) 측에 포집하는 것이 가능하게 되므로, 내측 튜브(52)의 온도 상승을 더욱 억제할 수 있다. 따라서 내측 튜브(52)의 내벽에 캐스터블 등의 내화재를 설치할 필요가 없어지고, 배기 가스 가열 장치(50)(의 노의 본체)의 경량화가 가능하게 된다.
제1 팬(2), 제1 흡기 포트(4)는 상술한 제1 실시예 및 제4 실시예의 경우와 거의 동일하게 구성된다. 따라서 이러한 구성에 관하여는 제1 및 제4 실시예에서 설명된 내용을 거의 인용할 수 있다. 또한, 제1 팬(2)에서 압송된 공기는 제1 흡기 덕트(6)를 통해 외측 튜브(51)의 흡기구(51i)로 이송된다. 그러면 공기 흡입구(51i)에서 공기 유로(Ra)로 유입된 공기는 내측 튜브(52)의 외부면에 접촉하여 내측 튜브(52)를 공기 냉각하는 것을 가능하게 한다. 또한, 배기 가스 가열 장치(50)에 관하여 도면에 도시하지 않았지만, 베이스 프레임에 설치된다.
이와 같이 본 제5 실시예의 배기 가스 가열 장치(50)는 내측 튜브(52)의 통축(J)이 상하 방향(각 도면 좌표계의 Z 축 방향)으로 기립된 노의 본체(외측 튜브(51) 및 내측 튜브(52))를 구성하고 있다. 또한 버너 유닛(13')을 노의 본체의 상단에 설치함으로써 버너부(13a)에서 아래(중력 방향)를 향해 화염이 형성되도록 구성하고 있다. 따라서 제1 실시예의 가스 처리 장치(10, 10a), 제2 실시예의 배기 가스 가열 장치(20, 20A ~ 20E) 및 제3 실시예의 배기 가스 가열 장치(30)와 같이, 노의 본체가 가로(각 그림에 나타내는 좌표계에서 XY 평면의 확산 방향)에 배치되는 경우에 비해 배기 가스 가열 장치(50)의 폭을 작게 하는 것이 가능하다. 즉, 노의 본체의 소형화가 가능하다.
따라서 예를 들어, 선박의 기관실과 보일러실처럼 비교적 면적이 좁은 장소에도 높이 방향으로 여유가 있는 경우에는 당해 배기 가스 가열 장치(50)를 설치하는 것이 가능하다. 또한 디젤 엔진(외부 기관)에서 배출되는 배기 가스가 흐르는 배관이 상하 방향으로 레이아웃(배치)되는 경우에는 그러한 기설의 배관 도중에 상기 배기 가스 가열 장치(50)를 개재시켜 탈질 촉매가 충분히 활성 온도에 이르도록 배기 가스 온도를 상승시키는 것이 가능하다. 즉, 개장(retrofit)에 쉽게 대응할 수 있다. 또한, 해당 배기 가스 가열 장치(50)는 노의 본체의 소형화와 함께 송풍팬도 한 대로 충분하다. 따라서 제1 실시예의 가스 처리 장치(10, 10A), 제2 실시예의 배기 가스 가열 장치(20, 20A ~ 20E) 및 제3 실시예의 배기 가스 가열 장치(30)에 비해 필요한 송풍팬의 수량이 한 대로 감소됨으로써 , 노체의 경량화 뿐만 아니라, 배기 가스 가열 장치(50)의 경량화가 가능하다.
또한, 본 제5 실시예의 배기 가스 가열 장치(50)를 수평으로 배치하여도 좋다. 즉, 설치 장소의 바닥에 내측 튜브(52)의 통축(J)이 거의 평행(각 도 좌표계의 X 축 또는 Y 축 방향)하도록 노의 본체(외측 튜브(51) 및 내측 튜브(52)를 가로로 배치하여도 좋다. 따라서 배기 가스가 노의 본체(외측 튜브(51) 및 내측 튜브(52)의 통축(J) 방향을 따라 흐르기 때문에 제1 실시예의 가스 처리 장치(10,10A), 제2 실시예의 배기 가스 가열 장치(20), 20A ~ 20E) 및 제3 실시예의 배기 가스 가열 장치(30)에 비해 통축(J) 방향의 길이(축 길이)가 작다. 따라서 제1 실시예의 가스 처리 장치(10) 등보다 작도록 장착에 필요한 면적이 제공될 경우, 수평으로 설치할 필요가 있다.
또한, 상술한 회전 날개부(70)의 구성을 기술적 사상의 창작의 내용으로부터 파악하면 다음과 같이 표현할 수 있다. 또한, 회전 날개부(70)는 아래의 "회전 날개 장치"의 일 예이며, 연결부(51f)의 내부 공간은 아래의 "외측 튜브 내 공간 "의 일 예이다. 또한 링 플레이트(73)는 아래 "유지부"의 일 예이며, 배출부(52e)는 아래 "내측 튜브의 하류측 단부"의 일 예이다. 공기 유로(Ra)는 아래 "공기 유통 공간"의 일 예이다.
"내부에 연소 공간을 형성하고, 외부 기관의 배기 가스가 흐르는 배관의 상류측으로부터 배출된 배기 가스가 상기 연소 공간을 통해 상기 배관의 하류측으로 유입 가능하게 상기 배관 상류측 및 상기 배관의 하류측에 각각 연통된 내측 튜브와
상기 내측 튜브를 덮는 동시에 상기 내측 튜브 사이에 외부에서 유입되는 공기가 유동 가능하도록 공기 유통 공간을 형성하는 외측 튜브와,
상기 내측 튜브를 관통하여 상기 연소 공간에 연료를 공급 가능하게 설치되는 버너를 포함하고,
상기 배기 가스의 하류측에 위치하는 상기 외측 튜브의 하류측 단부에 상기 배관의 하류측과 상기 연소 공간과를 연통시키는 외측 튜브 내 공간을 가지며, 상기 배기 가스의 하류 측에 위치하는 상기 내측 튜브의 하류측 단부 및 상기 외측 튜브의 하류측 단부 사이에는 상기 공기 유통 공간과 상기 외측 튜브 내의 공간을 연통하는 틈새부가 형성된 연소 장치에 설치되는 회전 날개 장치로서
유체에 선회류를 제공할 수 있는 복수의 블레이드가 환형으로 배치되는 날개 부와,
상기 복수의 블레이드를 환형으로 유지하는 동시에 내부에 공간부를 형성하는 유지부를 구비하고,
상기 회전 날개 장치는 상기 외측 튜브의 공간 내에 설치되고,
상기 연소 공간으로부터 상기 내측 튜브의 하류측 단부의 축중심 부분 및 상기 축중심 부분의 주위를 흐르는 배기 가스는 상기 공간부를 유통하여 상기 배관의 하류 측에 유입되고,
상기 연소 공간으로부터 상기 내측 튜브의 하류측 단부의 주변 부분 및 상기 주변 부분의 주변을 흐르는 배기 가스 및 상기 공기 유통 공간으로부터 상기 간극 부를 통해 상기 외부 통 내의 공간에 유입되는 상기 공기는, 상기 날개부를 유통하여 상기 배관의 하류측에 유입되는 것을 특징으로 하는 회전 날개 장치. "
<제5 실시예의 변형예 1>
배기 가스 가열 장치(50)의 변형예 1로서, 예를 들어, 도 32 및 도 33과 같이 연소통(80)의 선단부(80b)가 내측 튜브(52)의 통축(J) 방향으로 비스듬하게 향하도록 버너 유닛(13')를 외측 튜브(51)에 설치 구성을 채택 할 수 있다. 그러면 버너부(13a)의 화염에서 연료가 연소하여 발생하는 고온의 연소 가스가 가상 경로(Rv)를 흐르는 배기 가스의 방향으로 연소통(80)으로부터 방출할 수 있으므로 고온의 연소 가스와 배기 가스와의 혼합을 효율적으로 촉진할 수 있다. 또한, 전술한 배기 가스 가열 장치(50)와 실질적으로 동일한 구성 부분에는 동일한 부호를 붙이고 그에 대한 설명은 생략한다. 또한, 도 32는 도 29에 상당하는 모식적인 단면도이다.
도 32 및 도 33에 나타낸 바와 같이, 배기 가스 가열 장치(50)의 변형예 1에서 외측 튜브(51) 및 내측 튜브(52)의 각각에 테이퍼부(53, 54)를 형성한다. 보다 구체적으로는 외측 튜브(51)의 기단부(51b) 및 주벽부(51a) 사이에 테이퍼부(53)를 설치하고, 또한 내측 튜브(52)의 기단부(52b)와 주벽부(52a) 사이에 테이퍼부(54)를 형성한다. 그리고, 외측 튜브(51)의 테이퍼부(53)에 플랜지부(84)를 통해 버너 유닛(13')을 고정한다. 테이퍼부(54)에는 연소통 관통구(54a)가 형성되며, 이 연소 통 관통구(54a)에 연소통(80)을 삽입함으로써 내측 튜브(52)의 통축(J)에 대하여 사선으로 연소통(80)이 연소 공간으로 돌출한다.
본 제5 실시예의 변형예 1에서는 테이퍼부(53,54)의 경사 각도와 연소통(80)의 선단부(80b)에 기울어져 형성된 개구의 각도를 일치시킨다. 그러면, 버너 유닛(13')을 외측 튜브(51)의 테이퍼부(53)에 대해 거의 수직(직각)으로 고정하며, 도 32와 같이 연소통(80)의 비스듬한 개구의 개구면의 윤곽선 및 가상 경로(Rv)의 경계선(이점 쇄선)을 거의 평행 또는 동일 선상에 배치할 수 있다. 본 제5 실시예의 변형예 1에서는 연소통(80)의 선단부80b)가 상류관과 하류관을 최단 거리로 연결하는 가상 경로(Rv)의 범위에 들어가지 않도록 가상 경로(Rv)의 범위를 벗어나도록 위치시킨다. 이는, 상류관에서 하류관으로 향하는 배기 가스의 흐름에 대해 통체(13c)(연소통(80))가 저항하게 어렵기 때문에 연소 공간과 배관을 흐르는 배기 가스의 압력 손실의 증가를 억제할 수 있다.
이와 같이 본 제5 실시예의 변형예 1에서는 내측 튜브(52)의 통축(J)에 대하여 대각선이 되도록 연소통(80)의 선단부(80b)를 연소 공간으로 돌출시킨다. 즉, 선단부(80b)를 연소 공간의 안쪽 방향으로 향하도록 한다. 이렇게 하면 가상 경로(Rv)를 흐르는 배기 가스의 방향으로 연소통(80)에서 고온의 연소 가스를 방출시킬 수 있기 때문에 고온의 연소 가스 및 배기 가스의 혼합을 효율적으로 촉진시킬 수 있다. 또한 고온의 연소 가스는 내측 튜브(52)의 주벽부(52a)에서 멀어지는 방향으로 연소통(80)으로부터 방출된다. 한편, 고온의 연소 가스보다 온도가 낮은 배기 가스가 가상 경로(Rv)를 흐른다. 따라서 주벽부(52a)가 냉각되기 쉬워진다.
[제 6 실시예]
이어, 본 발명의 연소 장치를 세로형 타입의 배기 가스 가열 장치에 적용한 더욱 다른 예로서, 제6 실시예를 도 34 내지도 38을 참고로 설명한다. 제6 실시예의 배기 가스 가열 장치(60)도 제2 실시예의 배기 가스 가열 장치(20), 제3 실시예의 배기 가스 가열 장치(30), 제4 실시예의 배기 가스 가열 장치(40) 및 제5 실시예의 배기 가스 가열 장치(50) 뿐만 아니라, 예를 들면, 디젤 엔진(외부 기관)의 배기 가스가 흐르는 배관(100)의 중간에 연결하여 탈질 촉매가 충분히 활성 온도로 이르도록 배기 가스 온도를 상승시키는 가열 장치이며, 선박에 탑재되는 선박의 연소 장치이다.
배기 가스 가열 장치(60)는 노의 본체가 수직 원통형인 점, 이 버너 유닛(13")의 원주 상에 배치되는 점, 또한 버너 유닛(13")가 연소통(80)을 갖추고 있다는 점, 송풍 팬(1)이 한 개인 점에 대해서는 제5 실시예의 배기 가스 가열 장치(50)와 공통된다. 그러나 버너부(13a)의 연료 분출 방향이 배기 가스가 흐르는 방향에 대해 반대인 점과, 배기 가스 하류측에 배출 튜브(63)을 갖추고 있는 점 등은 제5 실시예의 배기 가스 가열 장치(50)와 다르다. 또한, 제5 실시예의 배기 가스 가열 장치(50)와 실질적으로 동일한 구성 부분에는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
도 34 내지 도 37에 나타낸 바와 같이, 배기 가스 가열 장치(60)는 주로 외측 튜브(51), 내측 튜브(62), 복수의 버너 유닛(13"), 제1 팬(2) 등으로 구성된다.
본 제6 실시예에서는 배기 가스는 연결부(51f)로부터 외측 튜브(51)의 내측 튜브(62) 내로 유입되어 연결부(51d)에서 유출한다. 즉, 연결부(51f)의 플랜지부(51g)에 상류관(100a)이 연결되고, 연결부(51d)의 플랜지부(51e)에 하류관(100b)이 연결되어 도 34 및 도 37의 지면 아래에서 지면에 향하는 방향(각 도면에 나타내는 좌표계의 Z축 화살표 끝 방향)에 배기 가스가 흐른다. 따라서 배기 가스 하류 측에 나중에 설명하는 배출 튜브(63)가 내측 튜브(62) 내에서 연결부(51d) 내로 돌출되도록 설치된다. 따라서 배기 가스가 흐르는 배관의 하류관과 후술하는 공기 유로(Ra)와이 연통하지 않도록 구성된다. 이에 대해 배기 가스 상류측 연결부(51f)는 그 기단부가 외측 튜브(51)의 선단부(51c)의 개구부 주위에 연결되어 내측 튜브(62)에는 돌출되어 있지 않다.
내측 튜브(62)는 외측 튜브(51)의 내부에 수용되는 동시에 내부에 연소 공간을 형성하는 통체이다. 내측 튜브(62)는 외측 튜브(51)와 마찬가지로 바닥이 원통 형상으로 형성된다. 내측 튜브(62)는 원통형의 주벽부(52a)의 일단 측이 안으로 절곡된 플랜지 형상을 이루는 원형 고리 모양의 기단부(52b)에 의해 포위되도록 개구되어 있으며, 내측 튜브(62)의 타단 측은 테이퍼부(62a)를 통해 안으로 절곡된 플랜지 형상을 이루는 원형 고리의 선단부(52c)에 의해 포위하도록 개방하고 있다. 즉, 내측 튜브(62)는 양단이 개구하고, 주벽부(52a)와 선단부(52c)의 연결 부분을 사방에서 모따기를 한 것과 같은 테이퍼부(62a)가 설치된다. 또한 내측 튜브(62)의 기단부(52b)는 배출 튜브(63)이 삽입되는 관통구(52d)가 형성된다. 이와 같이 내측 튜브(62)를 구성하여 외측 튜브(51) 및 내측 튜브(62)의 사이에는 공기 유로(Ra)가 형성된다.
배출 튜브(63)는 하류관(100b)에 연결되는 연결부(51d)의 내경보다 작은 직경의 원통형으로 형성되는 통체이며, 강판으로 구성된다. 배출 튜브(63)은 바닥이나 뚜껑도 없으며 그 축 방향 길이는 내측 튜브(62)의 축 길이의 예를 들어, 50 % 이상 80 % 이하로 설정된다. 본 제6 실시예에서는 배출 튜브(63)은 배출단(63a) 측이 내측 튜브(62)의 기단부(52b)의 관통구(52d)를 관통하고 그 통축(N)은 내측 튜브(62)의 통축 (J)과 겹치는(동축임)하도록 배치된다. 그리고 연결부(51d)에 배출단(63a)이 위치하고, 또한 내측 튜브(62)에 도입단(63b)이 위치하도록 배출 튜브(63)은 외측 튜브(51)의 기단부(51b)(또는 내측 튜브(62)의 기단부(52b))에 고정되는 구조(미도시)로 고정된다. 따라서 본 제6 실시예에서는 배출 튜브(63)의 도입단(63b)은 내측 튜브(62)의 통축(J) 방향의 중앙 부근에 위치한다. 연결부(51d) 및 배출 튜브(63) 사이에는 공기 유로(Ra)에 연통하는 틈새부(Se)가 형성된다
내측 튜브(62)의 기단부(52b)(내측 튜브의 기단 플레이트(55))는 배출 튜브(63)의 주위를 둘러싸도록 복수의 버너 유닛(13") 및 복수의 공기 분사 노즐(55d)이 설치된다. 내측 튜브의 기단 플레이트(55)는 원반 형상의 부재이며, 내측 튜브(62)의 주벽부(52a), 테이퍼부(62a) 및 선단부(52c) 함께 연소 공간을 형성한다. 본 제6 실시예에서는 내측 튜브의 기단 플레이트(55)(기단부(52b))는 주벽부(52a)와 일체로 성형된다. 주벽부(52a)와는 별도로 내측 튜브의 기단 플레이트(55)를 구성하고 주벽부(52a)에 고정되는 구조(미도시)에 의해 고정하여도 좋다.
제6 실시예의 배기 가스 가열 장치(60)는 배출 튜브(63)이 관통하는 관통구(52d)의 주위, 즉 배출 튜브(63)의 주위를 둘러싸도록 내측 튜브의 기단 플레이트(55)와 동심의 둘레에 연소 공간 측에 향해 돌출하는 복수의 공기 분사 노즐(55d)이 형성되고, 또한 이러한 공기 분사 노즐(55d)의 주위를 둘러싸 동심원의 둘레에 연소 공간 측을 향해 돌출하는 복수의 공기 분사 노즐(55e)이 형성된다. 본 제6 실시예에서는 공기 분사 노즐(55d, 55e)이 모두 6개의 위치에 형성된다. 6개의 공기 분사 노즐(55d)은 원주상에 등간격으로 배치되어 있으며, 상기 원주보다 큰 직경의 둘레에 같은 간격으로 설치되는 6개의 연소통 관통구(55a)를 지름 방향으로 형성하는 것 같이 더 큰 직경의 둘레 상에 6개의 공기 분사 노즐(55e)이 등간격으로 배치된다.
즉, 공기 분사 노즐(55d, 55e) 및 연소통 관통구(55a)는 각각 직경이 다른 원주 상에 예를 들어, 모두 내측 튜브의 기단 플레이트(55)의 중심각 60 ° 간격으로 설치된다. 연소통 관통구(55a)에는 연소통(80)이 삽입된다. 그러면 공기 분사 노즐(55d, 55e)로부터 분사되는 공기류에 의해 버너 유닛(13")를 냉각하고, 또한 공기 분사 노즐(55e)로부터 분사되는 공기류에 의해 내측 튜브(62)의 주벽부(52a)도 냉각된다. 또한 공기 분사 노즐은 제5 실시예의 공기 분사 노즐(55c)과 같이, 관통구(52d)를 둘러싼 원주에 내측 튜브의 기단 플레이트(55)의 중심각 30 ° 간격으로 6개의 공기 분사 노즐(55d)(또는 공기 분사 노즐(55e)) 및 6개의 버너 유닛(13")을 교대로 배치하여도 좋다.
또한 공기 분사 노즐(55d, 55e)의 수량은 일 예이며, 공기 흐름 및 배기 가스의 효과가 발휘될 수 있는 범위 내에서 적절하게 설정된다. 또한 공기 분사 노즐(55d, 55e) 및 버너 유닛(13")은 각각 일정한 간격으로 설치할 필요는 없다. 이러한 공기 분사 노즐(55d, 55e)은 그 내부 공간가 공기 유로(Ra)에 연통하는 제1 팬(2)에서 압송된 공기 흡입구(51i)로부터 공기 유로(Ra)로 유입된 공기는 예컨대, 도 38에 나타내는 파선 화살표와 같이 공기 분사 노즐(55d, 55e)을 통해 주벽부(52a)의 내부 공간, 즉 연소 공간에 분사된다.
버너 유닛(13")은 버너부(13a)의 연료 분출 방향이 배기 가스가 흐르는 방향에 대해 반대인 점과 통체의 길이가 다른 점을 제외하고는 제5 실시예의 버너 유닛(13')과 마찬가지로 구성된다. 즉, 도 37 및 도 38에 나타낸 바와 같이, 버너 유닛(13")의 통체(13"c)에 해당한다. 연소통(80)은 그 선단부(80b)가 내측 튜브(62)의 통축(J) 방향의 중앙보다 선단부(52c) 측에 위치하도록 연소통(80)의 축방향 길이가 설정된다. 보다 구체적으로는 통체(13"c)는 버너부(13a)의 화염이 연소통(80)의 선단부(80b)에서 분출되지 않을 정도의 길이를 가지며, 배출 튜브(63)의 도입단(63b)을 넘어 선단부(80b)가 개방되며, 내측 튜브(62)의 테이퍼부(62a)의 위치에 선단부(80b)가 도달하기 전 사이의 길이로 설정된다.
본 제6 실시예의 버너 유닛(13")에서도 내측 튜브(62)의 통축(J) 방향으로 연소통(80)의 선단부(80b)의 개구가 향하도록 6개의 버너 유닛(13")을 배치하고 있다. 이는 연소통(80)의 통벽의 축방향 길이가 작은 단측부가 내측 튜브(62)의 통축(J) 방향을 향하고, 연소통(80)의 통벽의 축 방향 길이가 긴 장측부가 내측 튜브(62)의 주벽부(52a) 방향을 향하도록 한다. 따라서 버너부(13a)의 화염으로부터 직접적인 복사열 등이 연소통(80)의 장측부에 의해 내측 튜브(62)의 주벽부(52a) 방향으로 향하는 복사 전열량을 감소시켜, 내측 튜브(62) 온도의 상승을 억제할 수 있다.
도 38에 나타낸 바와 같이, 버너부(13a)의 화염에서 연료가 연소하여 발생하는 고온의 연소 가스는 연소통(80)의 장측부보다 단측부 부근(단측부)을 흐름에 따라 짧은 거리로 통체로부터 방출된 내측 튜브의 중심측(도면 상의 점선 화살표)으로 향하도록 한다. 따라서 연소통(80)의 중심 부근이나 장측부 부근(장측부)을 흐르는 연소 가스를 내측 튜브(62)의 통축(J)(중심 측)으로 유인하는 것이 가능하다(도면 상의 점선 화살표 및 미세 이점 쇄선 화살표). 따라서 고온의 연소 가스를 내측 튜브(62)의 주벽부(52a) 측보다 통축(J) 측에 포집할 수 있으므로, 내측 튜브(62)의 온도 상승을 더욱 억제 할 수 있다.
본 제6 실시예에서는 전술한 바와 같이, 연소통(80)(통체(13"c))의 선단부(80b)가 내측 튜브(62)의 통축(J) 방향 중앙보다 선단부(52c) 측에 위치한다. 따라서 연결부(51f)에서 내측 튜브(62)에 유입된 배기 가스(도 38의 굵은 실선 화살표)는 내측 튜브(62)의 배기 가스 상류측에서 버너부(13a)로부터 방출되는 연소 가스(도면 상의 점선 화살표, 미세 일점 쇄선 화살표 및 자세한 이점 쇄선 화살표)와 혼합된다. 이로 인해 복사열 등과 연소 가스의 흐름과 배기 가스의 흐름이 같은 방향인 제5 실시예의 배기 가스 가열 장치(50)에 비해 버너부(13a)에서 방출되는 연소 가스의 진행 방향의 수직 성분과 배기 가스의 진행 방향의 수직 성분이 역방향이 대향한다. 따라서 연소 가스와 배기 가스가 충돌하여 발생하는 대류 혼합이 촉진되기 때문에 혼합에 소요되는 거리가 짧아지고 연소 가스와 배기 가스를 효율적으로 혼합시키는 것이 가능하다(제5 실시예 배기 가스 가열 장치(50)와 연소 가스의 흐름과 배기 가스의 흐름이 같은 방향인 경우에는 두 가스의 혼합에 필요한 거리가 길어짐). 따라서 배기 가스의 온도의 균일 정도가 높아지는 때문에 배기 가스의 온도 편차를 억제할 수 있다. 또한 제5 실시예의 배기 가스 가열 장치(50)에 비해 연소 가스 및 배기 가스의 혼합에 필요한 공간의 협소화가 가능하기 때문에, 내측 튜브(62)를 작게 수 있으며, 나아가서는 노의 본체(외측 튜브(51) 및 내측 튜브(62))와 배기 가스 가열 장치(60)의 크기를 작게 만들 수 있다.
또한, 본 제6 실시예에서는 내측 튜브(62)의 배기 가스 하류에는 외측 튜브(51)의 연결부(51d)의 내경보다 작은 내경을 갖는 배출 튜브(63)이 하류관(100b)에 연통하도록 설치된다. 따라서 배기 가스 하류측에서 공기 분사 노즐(55d, 55e) (특히 공기 분사 노즐(55d))에서 분사되어 내측 튜브(62)를 냉각하는 저온의 공기가 하류관(100b)에 유입되는 것을 방지한다. 따라서 공기 분사 노즐(55d, 55e)(특히 공기 분사 노즐(55d))로부터 분사되는 저온의 공기에 의해 내측 튜브(62)의 배기 가스 하류 부근을 흐르는 배기 가스의 온도가 저하되는 것을 억제할 수 있다 . 또한 배출 통(63)은 내측 튜브(62)의 주벽부(52a) 측보다 중심 측을 흐르는 배기 가스가 더 포집된다. 따라서 온도 편차가 적은 배기 가스를 하류관(100b)로 유출시킬 수 있다.
또한, 상술한 각 실시예는 원통형의 연소통(80)을 예시하고 설명했지만, 통체이면, 예를 들면, 단면 형상이 사각형, 육각형과 팔각형 모양 등의 다각형의 각통 모양의 연소통 이라도 좋다.
또한, 상술한 각 실시예에 있어서는 연소통(버너)의 개수를 6개로 구성된 배기 가스 가열 장치를 예시하고 있는 것이 있지만, 연소 통(버너)의 개수는 5개 이하이어도 7개 이상(예를 들어, 2 개, 3 개, 8 개 또는 10 개 등)이어도 좋다. 즉, 연소통(버너)의 개수는 선택적이다(단수 개이거나 복수 개라도 좋다). 연소통(버너)의 개수는 예를 들어, 필요한 열량에 맞도록 설정된다.
또한, 상술한 각 실시예에 있어서는 여러 연소통(버너)을 동일한 원주상에 배치된 배기 가스 가열 장치를 예시하고 있는 것이 있지만, 동일한 원주상에 배치하는 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어 바둑판처럼 매트릭스 형태로 복수의 연소 통(버너)을 배치해도 좋다. 또한 여러 연소통(버너)을 불규칙하게 배치해도 좋다.
또한, 상술 한 각 실시예에 있어서는, 6개의 연소통의 길이(축 길이)가 모두 같은 길이로 설정되어 배기 가스 가열 장치를 예시하고 있는 것이 있지만, 연소 통(버너)의 길이(축 길이)는 각각 다르다 해도 좋고, 같은 길이의 연소통이 한 세트 또는 복수 세트로 있어도 좋다. 예를 들어, 6개의 연소통의 길이(축 길이)가 모두 다른 있어도 좋고, 또한 동일한 길이의 것이 2 개씩으로 3 세트 존재하거나 동일한 길이로 3 개씩으로 2 세트 존재하여도 좋다. 따라서 예를 들어, 연소 소음의 원인이 될 수 있는 연소통의 음향 공명을 억제할 수 있다.
또한, 상술한 각 실시예에 있어서는, 6개의 연소통의 내경이 모두 같은 값으로 설정되는 배기 가스 가열 장치를 예시하고 있는 것이 있지만, 연소통의 내경은 각각 다를 수 있으며, 동일한 내경의 것이 한 세트 또는 복수 세트 있어도 좋다. 예를 들어, 6개의 연소통의 내경이 전부 다른 것이어도 좋고, 또한 동일한 내경의 것이 2개씩으로 3 세트 존재하거나 동일한 직경의 것이 3 개씩으로 2 세트 존재하거나하여도 좋다 . 따라서 예를 들어, 연소 소음의 원인이 될 수 있는 연소통의 음향 공명을 억제하면서 필요한 전체 열량을 확보하는 것이 가능하다
또한, 상술한 각 실시예에 있어서는 연소통(20, 80, 120)처럼 축길이가 비교적 길고, 또한 그 선단의 개구를 반경 방향의 한쪽 측면에 펼쳐지는 형태로 구성한 것을 예시하고 설명했다. 그러나 이러한 형태의 연소통(20, 80, 120)에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 캐스터블을 통 형상으로 형성하고, 또한 그 선단 형상을 반경 방향의 한쪽 측면을 향해 개구 형상을 갖는 연소통을 구성해도 좋다. 따라서, 상술한 각 실시예의 연소통(20, 80, 120)과 비교할 때, 버너부(13a)의 화염의 직접적인 복사열 등과 버너의 화염에서 연료가 연소하여 발생하는 고온의 연소 가스를 내측 튜브(52, 62)의 중심 부근(통축(J) 근처)로 향하는 것이 가능하게 되고, 온도 편차가 적은 배기 가스를 하류관(100b)으로 유출시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예를 상세하게 설명했지만, 이들은 예시에 불과하며, 특허 청구 범위를 한정하는 것은 아니다. 특허 청구 범위에 기재된 기술은 상술 한 구체적인 예를 다양하게 변형 또는 변경 한 것이 포함된다. 또한, 본 명세서 또는 도면에 설명한 기술 요소는 단독으로 또는 다양한 조합에 의해 기술적 유용성을 발휘하는 것이며, 출원시의 청구항에 기재된 조합에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 명세서 또는 도면에 예시 한 기술은 복수의 목적을 동시에 달성하는 것이며, 그 중 하나의 목적을 달성하는 것 자체로 기술적 유용성을 갖는다.
10,10A ... 가스 처리 장치(연소 장치)
20,20A ~ 20E, 30,40,50,60 ... 배기 가스 가열 장치(연소 장치)
11,21,31,41,51,61 ... 외측 튜브
12,22,32,42,52,62 ... 내측 튜브
12b, 22a, 42a, 52a ... 주벽부(내측 튜브의 주벽)
12b, 22b, 42b, 52b ... 기단부(내측 튜브의 일단 측)
13,13 ', 13 ", 33 ... 버너 유닛
13a, 33a ... 버너부(버너)
14,103 ... 내화재
15,23 ... 외측 튜브의 기단 플레이트
16,24,25,55 ... 내측 튜브의 기단 플레이트
16b, 24b, 25b, 55c, 55d, 55e ... 공기 분사 노즐
17,32a, 32b ... 버너 홀더
18,48 ... 배기관
19 ... 배기관
22d ... 유입부(유입구)
22e ... 유출부(유출구)
26,29 ... 배기 가스 분사부
26d, 29d ... 가스 분사 노즐
38 ... 배기 가스 분사관
51d ... 연결부(배관의 하류 측에 연결되는 연결부)
63 ... 배출 튜브(제2 내측 튜브)
80 ... 연소통(통체)
90 ... 연료 파이프
100 ... 배관(외부 기관의 배기 가스가 유통하는 배관)
100a ... 상류 파이프(배관의 상류측)
100b ... 하류 파이프(배관의 하류측)
J, L, M, N ... 통축
Ra, Rb ... 공기 유로(공간부)
Rv ... 가상 경로
Sc ... 틈새부

Claims (17)

  1. 내부에 연소 공간을 형성하는 내측 튜브;
    상기 내측 튜브의 주벽 및 상기 내측 튜브의 일단측 사이에 외부로부터 유입되는 공기가 유통 가능하도록 공간부를 형성하고 상기 내측 튜브를 덮는 외측 튜브; 및
    상기 일단측의 버너 관통공을 관통하여 상기 연소 공간 내에 연료를 공급 가능하도록 상기 외측 튜브에 부착된 버너를 포함하는 연소 장치로서,
    외부 기관의 배기 가스가 유통하는 기설치된 배관에 대하여 상기 배관의 배치를 변경하지 않고, 배관 경로에 있어서 상기 배관의 상류측 및 하류측이 상기 내측 튜브의 통축 중앙보다 상기 내측 튜브의 타단측 내에 각각 연통되고, 상기 상류측으로부터 배출된 상기 배기 가스가 상기 연소 공간을 경유하여 상기 하류측으로 유입되는 것과 함께 상기 연소 공간 내에서 가열되는 것을 특징으로 하는 연소 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 버너의 주위에 연소용 공기를 공급하는 버너 주위 공간부를 포함하고,
    상기 내측 튜브의 일단측에는, 상기 공간부를 유통하는 공기를 상기 내측 튜브의 내주면을 따라 상기 내주면을 냉각하는 공기로서 상기 버너 주위 공간부와는 별도로 상기 연소 공간 내에 분사 가능한 공기 분사구 또는 공기 분사 노즐이 제공된 것을 특징으로 하는 연소 장치.
  3. 제1항 및 제2항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 배관의 상류측 및 하류측이 직선 형상으로 배치되는 경우, 상기 내측 튜브에는,
    상기 배관과 직교하는 방향 또는 상기 배관과 교차하는 방향으로 상기 통축을 향해 배치되는 동시에, 상기 배관의 상류측으로부터 배출된 상기 배기 가스가 상기 연소 공간을 관통하여 상기 하류측으로 유입 가능하도록 유입구와 유출구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연소 장치.
  4. 제1항 및 제2항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 내측 튜브의 일단측에는, 외부 기관으로부터 유입된 배기 가스로서, 연소중인 상기 연소 공간의 온도보다 온도가 낮은 배기 가스를 상기 내측 튜브의 내주면을 따라 상기 연소 공간에 분사할 수 있는 배기 가스 분사구 또는 배기 가스 분사 노즐을 갖는 배기 가스 분사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소 장치.
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  12. 제1항 및 제2항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 배관의 상류측 및 하류측이 직교 형상으로 배치되어 있는 경우,
    상기 내측 튜브는,
    상기 통축은 상기 배관의 상류측 및 하류측 중 어느 하나에 동축으로 배치되고 상기 배관의 상류측 및 하류측 중 나머지 하나에 직교하거나 교차하는 방향에 배치되거나,
    또는 상기 통축이 상기 배관의 상류측 및 하류측 양쪽에 직교하거나 교차하는 방향에 배치되고,
    상기 상류측으로부터 배출된 상기 배기 가스가 상기 연소 공간을 관통하여 상기 하류측으로 유입 가능하게 유입구 및 유출구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연소 장치.
  13. 내부에 연소 공간을 형성하는 통체; 및
    상기 통체의 일단측의 버너 관통공을 관통하여 상기 연소 공간 내에 연료를 공급 가능하도록 상기 일단측에 부착된 버너를 포함하는 연소 장치로서,
    외부 기관의 배기 가스가 유통하는 기설치된 배관에 대하여 상기 배관의 배치를 변경하지 않고, 배관 경로에 있어서 상기 배관의 상류측 및 하류측이 상기 통체의 통축 중앙보다 상기 통체의 타단측 내에 각각 연통되고, 상기 상류측으로부터 배출된 상기 배기 가스가 상기 연소 공간을 경유하여 상기 하류측으로 유입됨과 함께 상기 연소 공간 내에서 가열되는 것을 특징으로 하는 연소 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 버너의 주위에 연소용 공기를 공급하는 버너 주위 공간부를 포함하고,
    상기 통체의 일단측에는, 외부로부터 유입된 공기를 상기 통체의 내주면을 따라 상기 내주면을 냉각하는 공기로서 상기 버너 주위 공간부와는 별도로 상기 연소 공간 내에 분사 가능한 공기 분사구 또는 공기 분사 노즐이 제공된 것을 특징으로 하는 연소 장치.
  15. 제13항 및 제14항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 배관의 상류측 및 하류측이 직선 형상으로 배치되는 경우, 상기 통체에는,
    상기 배관과 직교하는 방향 또는 상기 배관과 교차하는 방향으로 상기 통축을 향해 배치되는 동시에, 상기 배관의 상류측으로부터 배출된 상기 배기 가스가 상기 연소 공간을 관통하여 상기 하류측으로 유입 가능하도록 유입구와 유출구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연소 장치.
  16. 제13항 및 제14항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 배관의 상류측 및 하류측이 직교 형상으로 배치되어 있는 경우,
    상기 통체에는,
    상기 통축은 상기 배관의 상류측 및 하류측 중 어느 하나에 동축으로 배치되고 상기 배관의 상류측 및 하류측 중 나머지 하나에 직교하거나 교차하는 방향에 배치되거나,
    또는 상기 통축이 상기 배관의 상류측 및 하류측 양쪽에 직교하거나 교차하는 방향에 배치되고,
    상기 상류측으로부터 배출된 상기 배기 가스가 상기 연소 공간을 관통하여 상기 하류측으로 유입 가능하게 유입구 및 유출구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연소 장치.
  17. 제13항 및 제14항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 통체의 일단측에는, 외부 기관으로부터 유입된 배기 가스로서, 연소중인 상기 연소 공간의 온도보다 온도가 낮은 배기 가스를 상기 통체의 내주면을 따라 상기 연소 공간에 분사할 수 있는 배기 가스 분사구 또는 배기 가스 분사 노즐을 갖는 배기 가스 분사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소 장치.
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