KR102626794B1 - 연소 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 천연가스를 활용한 수소제조 개질기에 사용되는 연소 장치에 관한 것으로, 구체적으로 연소로 내부가 고온으로 유지되어야 하는 시스템에서, 연소 장치가 같이 가열되는 현상으로 인해 연소 장치 내부에서 자연 발화가 발생하여 역화가 발생하는 것을 방지하기 위한 연소 장치를 제공하기 위한 것이다.
Description
본 발명은 천연가스를 활용한 수소제조 개질기에 사용되는 연소 장치에 관한 것으로, 구체적으로 연소로 내부가 고온으로 유지되어야 하는 시스템에서, 연소 장치가 같이 가열되는 현상으로 인해 연소 장치 내부에서 자연 발화가 발생하여 역화가 발생하는 것을 방지하기 위한 연소 장치에 관한 것이다.
수소제조 시스템 전체의 운영조건에서, 극한 흡열 반응을 하는 SMR(steam methane reforming) 반응에 필요한 반응열을 공급해 주기 위해서 개질기 내부에 버너(burner)가 설치된다. 이로 인해 개질기 전체의 분위기 온도가 매우 높으며, 최고 온도가 800 ~ 900℃까지도 올라가는 매우 극한 온도 조건일 수 있다.
이때, 연소의 효율을 높이기 위하여 대부분의 경우 연소의 원료가 되는 연료 가스(fuel gas)와 공기(air)가 혼합된 상태로 버너에 공급될 수 있다. 이와 같이, 예혼합된 가스가 공급되는 버너가 수소 제조 개질기에 적용되었을 경우, 버너의 가열로 인하여 역화가 발생할 수 있다. 상세하게는 버너 내/외부 표면이 버너 내부에 있는 연료 가스(fuel gas)의 자연발화점 이상까지 가열되었을 경우 미리 혼합된 공기와 함께 버너 내부에서 연소가 발생할 수 있다.
한국등록특허 제10-1624359호에는 "배기가스 배출이 개선된 수증기 개질 반응을 이용한 수소발생장치"에 대한 기술이 개시되고 있다.
본 발명은 천연가스를 활용한 수소제조 개질기에 사용되는 연소 장치에 관한 것으로, 구체적으로 연소로 내부가 고온으로 유지되어야 하는 시스템에서, 연소 장치가 같이 가열되는 현상으로 인해 연소 장치 내부에서 자연 발화가 발생하여 역화가 발생하는 것을 방지하기 위한 연소 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 연소 장치는 개질기 내부에서 상하방향으로 연장되고 연료 가스를 연소시키는 연소부; 상기 연소부의 상단부에 연결되며 상기 연소부로 상기 연료 가스를 공급하는 연료 공급 배관; 상기 연료 공급 배관의 외주면을 둘러싸는 단열 소재의 단열부; 및 상기 단열부의 외주면을 둘러싸는 에어 공급 배관;을 포함하며,상기 단열부의 외주면과 상기 에어 공급 배관의 내주면이 서로 이격되어 제 1 유로를 형성하고 있을 수 있다.
본 발명의 연소 장치에서 상기 연료 가스는 가연성 가스 및 제1 에어가 혼합된 혼합 가스이고, 상기 가연성 가스는 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄, 수소 및 일산화탄소 중 하나 이상을 포함하며, 상기 제1 에어는 산소를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 연소 장치는 상기 제1 유로를 통해 제2 에어가 상기 개질기 내부로 공급되고, 상기 제2 에어의 온도는 상기 가연성 가스의 발화점보다 낮으며, 20℃ 보다 높은 것일 수 있다.
본 발명의 연소 장치에서 상기 에어 공급 배관의 하단부는 상기 연소부의 상단부보다 더 상측에 위치하고, 상기 단열부의 하단부보다 더 하측에 위치하며, 상기 제1 유로를 통해 제2 에어가 공급되고, 상기 제2 에어는 상기 에어 공급 배관의 하단부 측 내주면에 의해 가이드되어 상기 개질기의 하측 방향으로 분사되는 것일 수 있다.
본 발명의 연소 장치에서 상기 연료 공급 배관, 상기 단열부 및 상기 에어 공급 배관은 원통형의 배관이고, 상기 연료 공급 배관, 상기 단열부 및 상기 에어 공급 배관의 길이 방향에 대해 수직한 단면이 서로 동심원이 되는 것일 수 있다.
본 발명의 연소 장치에서 상기 연료 공급 배관은, 내부 공급 배관과, 상기 내부 공급 배관과 이격된 상태로 상기 내부 공급 배관 둘러싸는 외부 공급 배관을 포함하는 이중 배관으로 형성되고, 상기 내부 공급 배관의 내부 공간을 통해 상기 연료 가스가 상기 연소부로 공급되며, 상기 내부 공급 배관의 외주면과 상기 외부 공급 배관의 내주면으로 형성되는 제2 유로를 통해 상기 가연성 가스의 발화점보다 낮은 온도의 제3 에어가 상기 개질기의 내부로 공급되고, 상기 제3 에어는 상기 연료 공급 배관의 하단부에서 상기 개질기의 하측 방향으로 분사되는 것일 수 있다.
본 발명의 연소 장치에서 상기 연소부의 상단부는 상기 내부 공급 배관의 하단부와 결합되고, 상기 외부 공급 배관의 하단부는 상기 연소부의 상단부 보다 더 상측에 위치하며, 상기 제3 에어는 상기 연소부에서 발생하는 연소 후의 고온의 연소 가스를 상기 연료 공급 배관으로부터 멀어지게 밀어내도록 분사되는 것일 수 있다.
본 발명의 연소 장치에서 상기 연소부의 상단부는 상기 외부 공급 배관의 하단부와 결합되고, 상기 제3 에어는 상기 연료 공급 배관의 하부가 상기 가연성 가스의 발화점이하의 온도로 유지되도록 분사되는 것일 수 있다.
본 발명의 연소 장치에서 상기 내부 공급 배관의 내부 압력은 상기 제2 유로에서의 압력보다 높은 것일 수 있다.
본 발명의 연소 장치는 개질기 내부에서 상하방향으로 연장되고 연료 가스를 연소시키는 연소부; 및 상기 연소부의 상단부에 연결되며 상기 연소부로 상기 연료 가스를 공급하는 연료 공급 배관을 포함하고, 상기 연료 가스는 가연성 가스 및 제1 에어가 혼합된 혼합 가스이며, 상기 연료 공급 배관은 내부 공급 배관과, 상기 내부 공급 배관과 이격된 상태로 상기 내부 공급 배관 둘러싸는 외부 공급 배관을 포함하는 이중 배관으로 형성되고, 상기 내부 공급 배관의 내부 공간을 통해 상기 연료 가스가 상기 연소부로 공급되며, 상기 내부 공급 배관의 외주면과 상기 외부 공급 배관의 내주면으로 형성되는 제2 유로를 통해 상기 가연성 가스의 발화점보다 낮은 온도의 제3 에어가 상기 개질기의 내부로 공급되고, 상기 제3 에어는 상기 연료 공급 배관의 하단부에서 상기 개질기의 하측 방향으로 분사되는 것일 수 있다.
본 발명의 연소 장치에서 상기 연소부는 원통형의 메탈 파이버 버너(metal fiber burner)인 것일 수 있다.
본 발명의 연소 장치는 연소 장치 내부 가스의 가열 현상으로 인해 연소 장치 내부에서 발생하는 자연 발화 현상을 줄일 수 있어, 연소의 안정성, 개질 시스템의 안전성, 지나친 과열로 인한 재료 수명 저하를 줄여 연소 장치의 수명을 증가 시킬 수 있다. 또한, 연소 방향을 조정하여 개질기 내부의 열 흐름을 조절하고, 반응 관으로의 열 공급 측면에 있어서, 가열이 필요한 부분에 더 집중적으로 열을 보낼 수 있을 것이다.
본 발명의 연소 장치는 제1 유로를 통해 제2 에어를 개질기 내부로 공급하여 개질기 내부에서 연소부와 인접한 연료 공급 배관의 국부 영역을 냉각시키고, 연소부에서 발생하는 연소 가스 및 불꽃이 연료 공급 배관 측으로 향하는 것을 방지하여, 연료 공급 배관에서 역화 및 발화 현상이 발생하는 것을 막을 수 있다.
본 발명의 연소 장치는 제2 에어의 분사에 의해서 역화 현상의 '히트 소스'가 되는 연소 가스가 연료 공급 배관으로 접근하는 것을 차단하고, 제2 에어가 '히트 싱크'의 역할을 하여 연료 공급 배관의 온도가 발화점 이상으로 높아지는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 연소 장치는 연료 공급 배관이 내부 공급 배관과, 외부 공급 배관을 포함하는 이중 배관으로 형성되며, 제3 에어가 연료 가스가 흐르는 내부 공급 배관의 외주면에 접촉하여 흐르면서, 내부 공급 배관이 발화점 이하로 유지되도록 하여 내부 공급 배관의 내부에서 역화 및 발화 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 연소 장치는 제3 에어가 연소부에서 발생하는 연소 후의 고온의 연소 가스를 상기 연료 공급 배관으로부터 멀어지게 밀어내도록 분사됨으로써, 대류 현상에 의해서 연료 공급 배관이 가열되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 연소 장치는 제3 에어의 분사 압력을 조절하여 연소부의 각 위치에서 연료 가스가 연소부의 내부에서 외부로 분사되는 양을 조절하여 연소부의 길이 방향 상에서 연소가 골고루 이루어지도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 연소 장치를 나타내는 평면도이다.
도 2는 본 발명의 연소 장치의 일 실시예를 나타내는 종단면도이다.
도 3은 도 2의 연소 장치의 A-A 단면은 나타내는 횡단면도이다.
도 4는 본 발명의 연소 장치의 다른 실시예를 나타내는 종단면도이다.
도 5는 도 4의 연소 장치의 A-A 단면은 나타내는 횡단면도이다.
도 6은 본 발명의 연소 장치의 또 다른 실시예를 나타내는 종단면도이다.
도 7은 도 6의 연소 장치의 A-A 단면은 나타내는 횡단면도이다.
도 8은 본 발명의 연소 장치의 또 다른 실시예를 나타내는 종단면도이다.
도 9는 도 8의 연소 장치의 A-A 단면은 나타내는 횡단면도이다.
도 10은 본 발명의 연소 장치의 또 다른 실시예를 나타내는 종단면도이다.
도 11은 도 10의 연소 장치의 A-A 단면은 나타내는 횡단면도이다.
도 2는 본 발명의 연소 장치의 일 실시예를 나타내는 종단면도이다.
도 3은 도 2의 연소 장치의 A-A 단면은 나타내는 횡단면도이다.
도 4는 본 발명의 연소 장치의 다른 실시예를 나타내는 종단면도이다.
도 5는 도 4의 연소 장치의 A-A 단면은 나타내는 횡단면도이다.
도 6은 본 발명의 연소 장치의 또 다른 실시예를 나타내는 종단면도이다.
도 7은 도 6의 연소 장치의 A-A 단면은 나타내는 횡단면도이다.
도 8은 본 발명의 연소 장치의 또 다른 실시예를 나타내는 종단면도이다.
도 9는 도 8의 연소 장치의 A-A 단면은 나타내는 횡단면도이다.
도 10은 본 발명의 연소 장치의 또 다른 실시예를 나타내는 종단면도이다.
도 11은 도 10의 연소 장치의 A-A 단면은 나타내는 횡단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
본 발명의 설명에 있어서, 유의하여야 할 점은 용어 "중심", "상", "하" "좌", "우", "수직", "수평", "내측", "외측", “일면”, “타면” 등이 지시한 방위 또는 위치 관계는 도면에서 나타낸 방위 또는 위치 관계, 또는 평소에 본 발명 제품을 사용할 시 배치하는 방위 또는 위치관계에 기초한 것이고, 본 발명의 설명과 간략한 설명을 위한 것일 뿐, 표시된 장치 또는 소자가 반드시 특정된 방위를 가지고 특정된 방위로 구성되거나 조작되어야 하는 것을 제시 또는 암시하는 것이 아니므로 본 발명을 제한하는 것으로 이해해서는 아니 된다.
이하, 도 1 내지 도 11을 참조하여, 본 발명의 연소 장치(100)에 대해서 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 연소 장치(100)는 천연가스 개질형 수소제조 시스템에 적용되는 것일 수 있다. 구체적으로는, 개질 반응을 위한 개질기(20) 내부에 설치되는 것으로, 흡열반응에 필요한 열 에너지를 공급하기 위한 것일 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 연소 장치(100)는 개질기(20)의 하부로 연장되도록 개질기(20) 상부의 천장에 설치될 수 있다.
본 발명의 연소 장치(100)는 개질기(20) 내부에서 상하방향으로 연장되고 연료 가스를 연소시키는 연소부(110), 연소부(110)의 상단부에 연결되며 연소부(110)로 연료 가스를 공급하는 연료 공급 배관(130), 연료 공급 배관(130)의 외주면을 둘러싸는 단열 소재의 단열부(150), 단열부(150)의 외주면을 둘러싸는 에어 공급 배관(170)을 포함할 수 있다.
연소부(110)는 원통형의 메탈 파이버 버너(metal fiber burner)일 수 있다. 메탈 파이버 버너는 예혼합된 연료 가스의 배출을 위한 타공판과, 연소부(110)의 외측 표면 전체에서 연소가 균일하게 될 수 있도록 연소 가스를 연소부(110)의 외측 표면 전체에 연료 가스를 퍼트리는 금속계 재질의 금속 매트로 형성될 수 있다. 즉, 연소부는 연료 가스가 공급되는 내부 공간이 형성되도록 타공판으로 틀이 형성되고, 금속 매트가 타공판을 둘러싸며, 금속 매트 상에 불꽃이 형성될 수 있다.
연소부(110)는 개질기(20) 상부의 천장을 관통하여 삽입된 연료 공급 배관(130)에 결합되어 개질기(20) 내부에 설치될 수 있다. 예를 들어, 연소부(110)는 상하 방향(도 1 내지 도 11에 도시된 Z 축 방향)으로 연장되는 형상이며, 연소부(110)의 상단부가 개질기(20) 천장에서부터 연장되어 내려오는 연료 공급 배관(130)의 하단부에 결합될 수 있다. 연료 공급 배관(130)을 통해 연소부(110)의 내부로 연료 가스가 공급되고, 연소부(110) 내부로 공급된 연료 가스는 연소부(110)의 타공판을 통과하여 연소부(110)의 외부로 분출되며, 분출된 연소 가스는 금속 매트에 의해 연소부(110) 외측 표면에 골고루 퍼져 연소될 수 있다.
연료 공급 배관(130)은 상술한 바와 같이, 개질기(20)의 천장을 관통하여 개질기(20) 내부로 일단부가 삽입될 수 있다. 개질기(20) 내부에서 연료 공급 배관(130)은 하측 방향으로 연장되며, 연료 공급 배관(130)의 하단부에 연소부(110)의 상단부가 결합될 수 있다. 따라서, 연소부(110)는 개질기(20) 내부에서 연료 공급 배관(130)에 의해 개질기(20)의 천장에 매달리는 구조로 설치될 수 있다.
연료 공급 배관(130)으로 공급되는 연료 가스는 가연성 가스 및 제1 에어가 혼합된 혼합 가스일 수 있다. 가연성 가스는 산소와 결합하여 연소될 수 있는 가연성 물질을 포함하는 가스로, 예를 들어, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄, 수소 및 일산화탄소 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 제1 에어는 산소를 포함하는 가스일 수 있다. 즉, 연료 가스는 가연성 물질과 산소를 포함하는 가스로, 가연성 물질의 발화점 이상 온도가 되면 바로 연소될 수 있는 상태의 가스일 수 있다.
도 2 및 도 11에 도시된 바와 같이, 단열부(150)는 원통형 형성일 수 있고, 연료 공급 배관(130)의 길이 방향과 평행한 방향으로 연장되며, 연료 공급 배관(130)을 감싸, 연료 공급 배관(130)의 열이 주변 구조물 및 연료 가스 등의 열과 교환되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 단열부(150)는 관 형상이고, 연료 공급 배관(130)이 단열부(150)의 내부에 삽입되는 구조일 수 있다. 단열부(150)는 도 2에 도시된 바와 같이, 개질기(20)의 천장을 관통하여 마련될 수도 있고, 도 4에 도시된 바와 같이, 개질기(20)의 내부에만 마련될 수도 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 에어 공급 배관(170)은 연료 공급 배관(130)의 길이 방향과 평행한 방향으로 연장되는 배관일 수 있다. 연료 공급 배관(130), 단열부(150) 및 에어 공급 배관(170)은 원통형의 배관일 수 있다. 연료 공급 배관(130), 단열부(150) 및 에어 공급 배관(170)은 길이 방향에 대해 수직한 단면 상에서 서로 동심원을 형성할 수 있다. 에어 공급 배관(170)은 개질기(20) 천장을 관통하여 형성될 수 있다. 에어 공급 배관(170)의 내경은 단열부(150)의 외측 면과 에어 공급 배관(170)의 내측면 사이에 공간이 형성될 수 있도록 단열부(150)의 외경보다 더 크게 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 연소 장치(100)는 단열부(150)의 외주면과 에어 공급 배관(170)의 내주면이 서로 이격되어 형성되는 제1 유로(180)를 포함할 수 있다.
제1 유로(180)를 통해 제2 에어가 개질기(20) 내부로 공급될 수 있다. 제2 에어는 개질기(20) 내부에서 연소부(110)와 인접한 연료 공급 배관(130)의 국부 영역을 냉각시키고, 연소부(110)에서 발생하는 연소 가스 및 불꽃이 연료 공급 배관(130) 측으로 향하는 것을 방지할 수 있다. 제2 에어는 가연성 가스의 발화점 이하 상온 이상의 온도로 개질기(20) 내부에 주입될 수 있다. 예를 들어, 제2 에어는 20 ℃ 내지 400 ℃의 온도로 개질기 내부에 주입될 수 있다. 역화를 방지하기 위해서 제2 에어는 발화점보다 낮은 온도로 공급되며, 과도한 냉각으로 연소부(110)에서의 연소를 방해하는 것을 방지하기 위해서 적어도 상온보다 높은 온도로 분사될 수 있다.
본 발명에서 연소 가스는 연소부(110)의 외측 표면에서 연료 가스가 발화점 이상의 온도가 되어 연소 반응을 일으킨 후에 생성되는 고온의 가스를 의미할 수 있다. 개질기(20)의 외부에 위치하는 에어 공급 배관(170)에는 에어 공급 배관(170) 내부로 제2 에어를 주입하는 제2 에어 주입부(181)가 마련될 수 있다.
에어 공급 배관(170)의 하단부는 연소부(110)의 상단부보다 더 상측에 위치하고, 단열부(150)의 하단부보다 더 하측에 위치할 수 있다. 제1 유로(180)를 통해 공급되는 제2 에어는 에어 공급 배관(170)의 하단부 측 내주면에 의해 가이드되어 개질기(20)의 하측 방향으로 분사될 수 있다. 제2 에어가 제1 유로(180)의 하단부에서 하측 방향으로 분사되면서, 연소부(110)의 외측 표면에서 생성된 고온의 연소 가스가 상승하여 연료 공급 배관(130) 측으로 향하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 대류에 의한 열 전달을 차단하여 연료 공급 배관(130)이 발화점 이상으로 가열되는 것을 방지할 수 있다.
에어 공급 배관(170)의 하단부의 형상은 원뿔 형, 나팔 형, 원통 형, 요철 형 등 다양한 형상으로 제작될 수 있다. 에어 공급 배관(170)의 하단부의 형상에 따라 제2 에어의 분사 방향이 결정될 수 있으며, 제2 에어의 분사 방향을 제어하여 개질기(20) 내부 가스의 유동을 제어할 수 있다. 따라서, 가스의 유동에 따라 열 또한 같이 이동하게 되며, 열이 집중 요구되는 영역으로 열을 집중시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 연소 장치(100)는 제2 에어의 분사에 의해서 역화 현상의 '히트 소스'가 되는 연소 가스가 연료 공급 배관(130)으로 접근하는 것을 차단하고, 제2 에어가 '히트 싱크'의 역할을 하여 연료 공급 배관(130)의 온도가 발화점 이상으로 높아지는 것을 방지할 수 있다.
도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 연료 공급 배관(130)은 이중 배관으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 연료 공급 배관(130)은 내부 공급 배관(131)과, 내부 공급 배관(131)과 이격된 상태로 내부 공급 배관(131) 둘러싸는 외부 공급 배관(133)을 포함하는 이중 배관일 수 있다.
내부 공급 배관(131)의 내부 공간으로 연료 가스가 상기 연소부(110)로 공급되고, 내부 공급 배관(131)의 외주면과 외부 공급 배관(133)의 내주면으로 형성되는 제2 유로(140)를 통해 가연성 가스의 발화점보다 낮은 온도의 제3 에어가 개질기(20)의 내부로 공급될 수 있다.
제3 에어는 제2 유로(140)를 통해 개질기(20) 내부로 공급되고, 연료 공급 배관(130)의 하단부에서 개질기(20)의 하측 방향으로 분사될 수 있다. 내부 공급 배관(131) 및 외부 공급 배관(133)은 개질기(20)의 천장을 관통하여 일단부가 개질기(20)의 내부로 삽입될 수 있다. 개질기(20) 외부의 외부 공급 배관(133)에는 제3 에어를 제2 유로(140)로 주입하는 제3 에어 주입부(141)가 형성될 수 있다. 제3 에어는 연료 가스가 흐르는 내부 공급 배관(131)의 외주면에 접촉하여 흐르면서, 내부 공급 배관(131)이 발화점 이하로 유지되도록 하여 내부 공급 배관(131)의 내부에서 역화 및 발화 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 연소부(110)의 상단부는 내부 공급 배관(131)의 하단부와 결합될 수 있다. 따라서, 제3 에어는 연소부(110)의 외측으로 분사될 수 있다. 더 구체적으로, 외부 공급 배관(133)의 하단부는 연소부(110)의 상단부보다 더 상측에 위치하며, 제3 에어는 연소부(110)에서 발생하는 연소 후의 고온의 연소 가스를 상기 연료 공급 배관(130)으로부터 멀어지게 밀어내도록 분사될 수 있다. 따라서, 대류 현상에 의해서 연료 공급 배관(130)이 가열되는 것을 방지할 수 있다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 연소부(110)의 상단부는 외부 공급 배관(133)의 하단부와 결합되고, 제3 에어는 상기 연료 공급 배관(130)의 하부가 가연성 가스의 발화점이하의 온도로 유지되도록 분사될 수 있다. 내부 공급 배관(131)의 하단부는 연소부(110)의 상단부보다 높은 위치에 위치할 수 있다. 내부 공급 배관(131)의 내부 압력은 제2 유로(140)에서의 압력보다 높을 수 있다. 제3 에어의 압력이 과도하게 높을 경우, 연료 가스가 연소부(110) 내부에서 외부로 분사되는 것을 방해할 수 있기 때문에, 제3 에어의 분사 압력은 적정한 수준 유지될 수 있다. 경우에 따라서는 제3 에어의 분사 압력을 조절하여 연소부(110)의 각 위치에서 연료 가스가 연소부(110)의 내부에서 외부로 분사되는 양을 조절하여 연소부(110)의 길이 방향 상에서 연소가 골고루 이루어지도록 할 수 있다. 예를 들어, 제3 에어의 분사 압력은 내부 공급 배관(131)의 하단부에서의 연료 가스의 압력의 100% 내지 110%일 수 있다.
도 8 및 도 9는 도 2의 연소 장치(100)와 도 4의 연소 장치(100)가 결합된 타입의 연소 장치(100)를 나타낸다. 도 8의 연소 장치(100)는 제2 에어 및 제3 에어가 모두 연소부(110) 외측으로 분사되는 타입이다. 이 경우, 두 지점에서 분사되는 제2 에어 및 제3 에어로 연소부(110)에서 발생하는 연소 가스 및 불꽃의 방향을 섬세하게 제어할 수 있다. 따라서, 개질기(20) 내부의 가스 흐름 또한 제2 에어 및 제3 에어의 분사 방향에 의해 제어될 수 있다. 또한, 제2 에어 및 제3 에어 중 하나에 문제가 발생하더라도 역화 방지의 기능을 계속 유지할 수 있다.
도 10 및 도 11은 도 2의 연소 장치(100)와 도 6의 연소 장치(100)가 결합된 타입의 연소 장치(100)를 나타낸다. 도 10의 연소 장치(100)는 제2 에어가 연소부(110)의 외측에서 분사되고, 제3 에어는 연소부(110)의 내측에서 분사되는 타입이다. 이 경우, 제2 에어는 연소부(110)의 외부에서 연소 가스의 흐름을 제어하고, 제3 에어는 연료 공급 배관(130)에 직접 접촉하여 효과적으로 연료 공급 배관(130)을 냉각할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
20...개질기 100...연소 장치
110...연소부 130...연료 공급 배관
131...내부 공급 배관 133...외부 공급 배관
140...제2 유로 141...제3 에어 주입부
150...단열부 170...에어 공급 배관
180...제1 유로 181...제2 에어 주입부
110...연소부 130...연료 공급 배관
131...내부 공급 배관 133...외부 공급 배관
140...제2 유로 141...제3 에어 주입부
150...단열부 170...에어 공급 배관
180...제1 유로 181...제2 에어 주입부
Claims (11)
- 개질기 내부에서 상하방향으로 연장되고 연료 가스를 연소시키는 연소부;
상기 연소부의 상단부에 연결되며 상기 연소부로 상기 연료 가스를 공급하는 연료 공급 배관;
상기 연료 공급 배관의 외주면을 둘러싸는 단열 소재의 단열부; 및
상기 단열부의 외주면을 둘러싸는 에어 공급 배관;을 포함하고,
상기 단열부의 외주면과 상기 에어 공급 배관의 내주면이 서로 이격되어 제 1 유로를 형성하며,
상기 연료 가스는 가연성 가스 및 제1 에어가 혼합된 혼합 가스이고,
상기 가연성 가스는 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄, 수소 및 일산화탄소 중 하나 이상을 포함하며,
상기 제1 에어는 산소를 포함하고,
상기 에어 공급 배관의 하단부는 상기 연소부의 상단부보다 더 상측에 위치하고, 상기 단열부의 하단부보다 더 하측에 위치하며,
상기 제1 유로를 통해 제2 에어가 공급되고,
상기 제2 에어는 상기 에어 공급 배관의 하단부 측 내주면에 의해 가이드되어 상기 개질기의 하측 방향으로 분사되는 것인 연소 장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제1 유로를 통해 제2 에어가 상기 개질기 내부로 공급되고,
상기 제2 에어의 온도는 상기 가연성 가스의 발화점보다 낮으며, 20℃ 보다 높은 것인 연소 장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 연료 공급 배관, 상기 단열부 및 상기 에어 공급 배관은 원통형의 배관이고,
상기 연료 공급 배관, 상기 단열부 및 상기 에어 공급 배관의 길이 방향에 대해 수직한 단면이 서로 동심원이 되는 것인 연소 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 연료 공급 배관은,
내부 공급 배관과,
상기 내부 공급 배관과 이격된 상태로 상기 내부 공급 배관 둘러싸는 외부 공급 배관을 포함하는 이중 배관으로 형성되고,
상기 내부 공급 배관의 내부 공간을 통해 상기 연료 가스가 상기 연소부로 공급되며,
상기 내부 공급 배관의 외주면과 상기 외부 공급 배관의 내주면으로 형성되는 제2 유로를 통해 상기 가연성 가스의 발화점보다 낮은 온도의 제3 에어가 상기 개질기의 내부로 공급되고,
상기 제3 에어는 상기 연료 공급 배관의 하단부에서 상기 개질기의 하측 방향으로 분사되는 것인 연소 장치.
- 제6항에 있어서,
상기 연소부의 상단부는 상기 내부 공급 배관의 하단부와 결합되고,
상기 외부 공급 배관의 하단부는 상기 연소부의 상단부 보다 더 상측에 위치하며,
상기 제3 에어는 상기 연소부에서 발생하는 연소 후의 고온의 연소 가스를 상기 연료 공급 배관으로부터 멀어지게 밀어내도록 분사되는 것인 연소 장치.
- 제6항에 있어서,
상기 연소부의 상단부는 상기 외부 공급 배관의 하단부와 결합되고,
상기 제3 에어는 상기 연료 공급 배관의 하부가 상기 가연성 가스의 발화점이하의 온도로 유지되도록 분사되는 것인 연소 장치.
- 제8항에 있어서,
상기 내부 공급 배관의 내부 압력은 상기 제2 유로에서의 압력보다 높은 것인 연소 장치.
- 삭제
- 제1항, 제3항, 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연소부는 원통형의 메탈 파이버 버너(metal fiber burner)인 것인 연소 장치.
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