KR200266791Y1 - 오일버너의 벤츄리형 물혼합 기구 - Google Patents

Abstract

본 고안은 탱크(11), 필터(12), 펌프(13), 버너 컨트롤러(35)를 이용하여 적량의 연료를 이송하는 연료공급수단; 상기와 독립적인 탱크(21), 필터(22), 펌프(23)를 이용하여 물을 이송하는 급수수단: 상기 급수수단을 통한 물의 유량을 조절하도록 솔레노이드 밸브(24)와 유량 조절기(25)를 구비하는 조절수단; 상기 연료공급수단의 연료와 급수수단의 물을 혼합하여 노즐(34)로 보내는 혼합기(30); 및 상기 버너 컨트롤러(35)의 제어신호를 입력하고 상기 급수수단의 펌프(23) 및 조절수단의 솔레노이드 밸브(24)에 출력하여 물의 혼합량을 제어하는 메인 컨트롤 유니트(40)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 연비향상 및 질소산화물과 분진의 배출을 감소시켜 오일버너에 의한 환경오염을 방지하는 효과가 있다.

Description

오일버너의 벤츄리형 물혼합 기구{VENTRI-TYPE WATER MIXING DEVICE FOR OIL BURNER}

본 고안은 버너의 벤츄리형 물혼합 기구에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 질소산화물과 분진의 배출을 감소시켜 버너에 의한 환경오염을 방지하고 연비를 향상하는 오일버너의 벤츄리형 물혼합 기구에 관한 것이다.

버너는 가장 널리 사용되는 열동력의 하나로서 선박 및 산업용 보일러, 소각기, 스팀발생기 등으로 사용된다. 사용량은 산업발전과 함께 비례적으로 증가하는 추세에 있으며 용도에 따라 다양화되고 있다.

그러나 환경에 관한 사회적 관심사가 증대되면서 질소산화물과 분진의 배출이 엄격히 규제되고 있으며 점점 강화되는 추세이다. 이러한 규제 만족을 위하여 버너에 고급연료를 사용하게 되고 사용자 및 국가적으로 경제적 손실을 초래하게 된다. 그럼에도 불구하고 강화되는 규제의 만족을 위해서는 고급오일의 사용과 함께 새로운 기술의 개발이 긴급하게 요구되고 있는 실정이다.

버너에서 질소산화물의 생성은 주로 공기중의 질소가 고온에서 산소와 반응하여 형성되는데, 이를 억제하기 위해서는 연소초기영역의 산소농도, 화염온도, 연소가스의 고온체류시간을 낮게 유지해야 한다. 산소농도를 줄이기 위하여 과잉공기를 줄이면 질소산화물은 줄어들지만 분진을 급속하게 증가시키게 되고, 화염온도를 저감시키기 위하여 배기재순환 등의 기술을 사용하면 역시 분진의 증가를 초래하게 된다. 일반적으로 질소산화물 저감기술들은 주로 노내의 연소특성을 악화시킴으로써 분진 및 연비의 악화를 가져오게 된다.

물혼합 연료 기술은 질소산화물과 분진의 저감을 동시에 추구할 수 있는 기술로서 받아드려지고 있으며 많은 기술들이 개발되고 있다. 물혼합 연료를 분사하면 도 1에서 보여주는 것처럼 물/오일 혼합액적이 미세폭발하게 되며 이때 물이 증발하면서 주위의 화염온도를 감소시키게 되며 이는 국부적인 연소온도를 감소시켜 질소산화물의 발생을 억제한다. 동시에 미세폭발과 함께 미립화된 오일은 순간적으로 완전연소되면서 분진의 발생을 억제하게 된다.

그러나 이러한 미세폭발의 효과를 충분히 가져오기 위해서는 유화제의 첨가 없이 물액적의 크기가 10 ㎛ 내외로 미세하게 혼합되어야할 필요가 있다. 이를 위하여 여러 가지의 기술들이 개발되고 있다. 초음파를 이용하여 노즐을 고진동시키는 방법, 혼합기구를 모터로 회전하는 방법 및 초음파와 모터를 동시에 적용하는 방법 등이 제시되고 있는 데, 이러한 방법들은 혼합기의 용적이 크고 가격이 비싸지는 문제가 있으며, 기술적으로는 부피가 크기 때문에 분사기와 가깝게 설치하는 것이 불가능하다는 단점을 가지고 있다.

분사기와 혼합기의 거리가 멀리 떨어져 있는 경우에는 혼합기에서 혼합된 물액적들이 다시 상호 결합함으로서 분사되는 시점에서는 큰 액적으로 변하게 되어 연소 불안정의 원인이 되는 문제가 발생하게 되는데, 이를 피하기 위하여 유화제를 혼합하여 사용하게 되지만 이는 연료와의 추가적인 운전비용을 부가하게 되는 또 다른 문제점을 초래한다.

즉, 버너에서 질소산화물과 분진을 동시에 저감하기 위한 기술로서 물혼합 연료의 사용이 권장되지만, 물혼합 기술은 분사시에 물혼합 정도를 높이면서 동시에 혼합장치를 간단화하여 제작 및 사용에 따른 비용을 저감하는 새로운 기술의 개발이 필요하다.

그러므로 본 고안의 목적은 상기한 점에 착안하여 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 와류충돌을 이용하여 질소산화물과 분진의 배출을 감소시켜 버너에 의한 환경오염을 방지하고 연비를 향상하는 오일버너의 벤츄리형 물혼합 기구를 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 물혼합 연료의 연소상태를 나타내는 사진,

도 2는 본 고안에 따른 기구의 배관 및 배선 상태를 나타내는 구성도,

도 3은 도 2의 주요부를 정면에서 확대하여 나타내는 구성도,

도 4는 도 2의 주요부를 측면에서 확대하여 나타내는 구성도,

도 5는 본 고안에 따른 기구의 제어 상태를 나타내는 예시도,

도 6은 본 고안에 따른 기구에 의한 물액적을 나타내는 사진.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

11, 21 : 탱크 12, 22 : 필터

13, 23 : 펌프 24 : 솔레노이드 밸브

25 : 유량 조절기 30 : 혼합기

30a : 충돌형 벤츄리 34 : 노즐

35 : 버너 컨트롤러 40 : 메인 컨트롤 유니트

이러한 목적을 달성하기 위해 본 고안은 탱크(11), 필터(12), 펌프(13), 버너 컨트롤러(35)를 이용하여 적량의 연료를 이송하는 연료공급수단; 상기와 독립적인 탱크(21), 필터(22), 펌프(23)를 이용하여 물을 이송하는 급수수단: 상기 급수수단을 통한 물의 유량을 조절하도록 솔레노이드 밸브(24)와 유량 조절기(25)를 구비하는 조절수단; 상기 연료공급수단의 연료와 급수수단의 물을 혼합하여 노즐(34)로 보내는 혼합기(30); 및 상기 버너 컨트롤러(35)의 제어신호를 입력하고 상기 급수수단의 펌프(23) 및 조절수단의 솔레노이드 밸브(24)에 출력하여 물의 혼합량을 제어하는 메인 컨트롤 유니트(40)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 고안의 다른 특징으로서, 상기 혼합기(30)는 강하게 압축된 물이 연료와 충돌하도록 T자 유로인 충돌형 벤츄리(30a)를 구비하고, 스월형 유로가 형성된 도관(33)을 통하여 노즐(34)에 연결된다.

본 고안의 또 다른 특징으로서, 상기 메인 컨트롤 유니트(40)는 점화단계에서 연료 공급을 먼저 개시한 다음 수 초후 물을 공급하고, 소염단계에서 물 공급을먼저 차단한 다음 수 초후 연료의 공급을 차단하는 알고리즘을 수행한다.

이에 따라 본 고안은 모터를 사용하지 않고 자연유동을 이용하는 크기가 매우 작은 혼합장치를 적용하여 연료분사직전에 이를 장착하여 물과 혼합함으로써 혼합된 물 액적의 혼합정도를 향상할 수 있으며, 일반 혼합장치에서 모터의 사용이나 유화제의 사용에 의한 버너운전비용을 제거함으로서 사용비용을 줄일 수 있는 경제적인 장치의 구현이 가능하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.

도 2는 본 고안에 따른 기구의 배관 및 배선 상태를 나타내는 구성도이고, 도 3은 도 2의 주요부를 정면에서 확대하여 나타내는 구성도이고, 도 4는 도 2의 주요부를 측면에서 확대하여 나타내는 구성도이다.

본 고안은 오일버너에 장착하여 사용하는 시스템으로, 연료공급수단, 급수수단, 조절수단이 혼합기(30)와 함께 배관 연결된다. 연료공급수단은 탱크(11), 필터(12), 펌프(13), 버너 컨트롤러(35)로 구성되어 적량의 연료를 이송하는 통상의 기구이다. 급수수단은 상기와 독립적인 탱크(21), 필터(22), 펌프(23)를 이용하여 물을 이송한다. 조절수단은 상기 급수수단을 통한 물의 유량을 조절하도록 솔레노이드 밸브(24)와 유량 조절기(25)를 구비하는데, 솔레노이드 밸브(24)는 필터(22)와 펌프(23) 사이에 유량 조절기(25)는 펌프(23)의 하류에 배치된다. 혼합기(30)는 상기 연료공급수단의 연료와 급수수단의 물을 혼합하여 노즐(34)로 보내도록 부호 31 내지 33의 도관을 이용하여 배관 연결된다.

연료 탱크(11)에 저장된 연료가 필터(12)와 펌프(13)를 거처 혼합기(30)로 공급되는 동시에 물 탱크(21)에 저장된 물이 필터(22), 솔레노이드 밸브(24), 펌프(23)를 거쳐 유량 조절기(25)로 들어간다. 유량 조절기(25)에서는 실험에 의한 최적의 물량을 조절기(26)로 조절하여 적정량의 물을 혼합기(30)로 공급한다. 솔레노이드 밸브(24)는 물 혼합을 사용하지 않을 때 연료의 역류를 방지하여 점화 안정성을 이루고, 유량 조절기(25)는 물혼합의 양을 정확하게 유지하고 조절하기 위해 사용하여 물혼합 연료의 안정적이고 지속적인 생산이 이루어져서 점화 및 화염의 안정성에 큰 역할을 한다. 혼합기(30)에 공급된 연료와 물은 충돌형 벤츄리(30a)에서 충돌하면 물혼합 연료가 생성된다. 혼합된 연료가 노즐(34)까지 이르는 동안 안정성을 유지할 수 있도록 스월형 도관(33)을 통과하도록 구성된다.

또, 본 고안에 따르면 상기 버너 컨트롤러(35)의 제어신호를 입력하고 상기 급수수단의 펌프(23) 및 조절수단의 솔레노이드 밸브(24)에 출력하여 물의 혼합량을 제어하는 메인 컨트롤 유니트(40)가 사용된다. 버너에 달려있는 버너 컨트롤러(35)에서 점화시기와 소염시기의 신호를 메인 컨트롤 유니트(40)에 전달하여 점화시와 소염시의 기름과 물의 공급, 일반 운전 구간에서의 물 혼합량을 미리 실험에 의하여 주어진 최적성능의 데이터를 이용하여 제어하도록 한다. 상세한 제어의 설명은 후술하는 도 5를 참조한다.

본 고안의 핵심부품인 혼합기(30)의 작용을 살피면, 펌프(13)에서 공급되는 압축 오일(혼합전 연료)이 도관(31)을 통하여 들어오면 충돌형 벤츄리(30a)에 이르면 오일의 유속은 빨라지고 압력은 떨어지게 된다. 이때 하부에서는 유량조절기(25)를 통과한 물이 도관(32)을 통하여 충돌형 벤츄리(30a)의 목부로 공급된다. 목부를 통과한 강한 압력의 물이 충돌형 벤츄리(30a)에서 오일과 충돌하여 미세한 액적의 물 혼합 연료가 만들어진다. 이때의 물 혼합 연료가 노즐(34)까지 스월형 유로를 지닌 도관(33)을 통과하면서 작은 크기의 물 액적이 유지될 수 있는 바, 혼합 연료의 회전과 혼합을 반복할 수 있도록 함으로서 모터에 의한 강제적인 혼합방법을 사용하지 않고도 충분히 정도가 높은 물 혼합 연료가 생성된다.

도 5는 본 고안에 따른 기구의 제어 상태를 나타내는 예시도가 도시된다.

메인 컨트롤 유니트(40)는 버너 컨트롤러(35)에서 점화, 소염신호와 연소상태를 받아서 펌프(13)(23)와 솔레노이드 밸브(24)를 제어한다. 버너의 점화신호가 주어지면 연료 펌프(13)를 작동하여 버너에 연료를 공급하여 원활한 점화를 이루도록 한다. 실험에 의한 적정 시간후에 물 펌프(23)와 솔레노이드 밸브(24)를 개방하여 물혼합 연료를 생생하고 버너에 공급시킨다. 소염시에는 역으로 연료 펌프(13)를 일정시간 더 가동하여 혼합기(30) 및 기타 부분에 잔류하는 물을 제거함으로서 부식 및 다음 작동시에 원활히 점화 될 수 있도록 한다. 도 5는 이러한 작동의 타이밍을 순차적으로 예시하고 있다.

도 6은 본 고안에 따른 기구에 의한 물액적을 나타내는 광학현미경사진으로서 오일내에 존재하는 물 액적의 크기분포를 보여준다. 액적의 크기가 3 ㎛에서 15 ㎛정도의 분포를 나타내며 이는 버너연소에서 가장 좋은 물 혼합 크기이다.

이와 같이 본 고안의 물혼합 기구는 안정되고, 정도가 높은 물혼합 에멀젼 연료를 분사함으로써 연소실내의 온도를 낮게 하여 질소산화물의 발생을 억제하며,동시에 물 혼합 연료액적의 미세폭발과 분무연료주위의 유동활성화에 의한 연소특성향상과 분진의 저감을 도모한다.

또한 일반적으로 사용하는 모터에 의한 강제혼합장치를 제거하고 자연 와류혼합식의 간단한 혼합장치를 사용함으로서 혼합위치를 분사기와 가깝게 위치하여 미세액적으로 혼합된 물의 재결합 현상을 최소화하며 유화제의 첨가를 제외함으로서 버너의 운전비용을 줄이고 제품의 가격을 낮게 유지할 수 있도록 한다.

이상의 구성 및 작용에 따르면 본 고안은 연비향상 및 질소산화물과 분진의 배출을 감소시켜 오일버너에 의한 환경오염을 방지하는 효과가 있다.

본 고안은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 고안의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 고안의 실용신안등록청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

Claims (3)

1. 탱크(11), 필터(12), 펌프(13), 버너 컨트롤러(35)를 이용하여 적량의 연료를 이송하는 연료공급수단;

   상기와 독립적인 탱크(21), 필터(22), 펌프(23)를 이용하여 물을 이송하는 급수수단:

   상기 급수수단을 통한 물의 유량을 조절하도록 솔레노이드 밸브(24)와 유량 조절기(25)를 구비하는 조절수단;

   상기 연료공급수단의 연료와 급수수단의 물을 혼합하여 노즐(34)로 보내는 혼합기(30); 및

   상기 버너 컨트롤러(35)의 제어신호를 입력하고 상기 급수수단의 펌프(23) 및 조절수단의 솔레노이드 밸브(24)에 출력하여 물의 혼합량을 제어하는 메인 컨트롤 유니트(40)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 오일버너의 벤츄리형 물혼합 기구.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 혼합기(30)는 강하게 압축된 물이 연료와 충돌하도록 T자 유로인 충돌형 벤츄리(30a)를 구비하고, 스월형 유로가 형성된 도관(33)을 통하여 노즐(34)에 연결되는 것을 특징으로 하는 오일버너의 벤츄리형 물혼합 기구.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 메인 컨트롤 유니트(40)는 점화단계에서 연료 공급을 먼저 개시한 다음 수 초후 물을 공급하고, 소염단계에서 물 공급을 먼저 차단한 다음 수 초후 연료의 공급을 차단하는 알고리즘을 수행하는 것을 특징으로 하는 오일버너의 벤츄리형 물혼합 기구.