KR200417952Y1 - 연소장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 연소장치에 관한 것이다. 본 고안은 내부 선단에 연소실(11)이 형성되는 하우징(10)과, 상기 하우징(10)의 후단에 설치되어 점화플러그(15)를 구비하고 별도의 연료를 연소시켜 적어도 동작초기에 연소실(11) 내부를 예열하며 점화를 수행하는 점화연소부(13)와, 상기 연소실(11)의 내부에 설치되어 연소실(11) 내부의 열에 의해 연료를 과열시키는 예열탱크(20)와, 상기 예열탱크(20)를 지나온 연료와 외부에서 공급된 공기를 혼합하여 전달받아 상기 연소실(11) 내부로 분사하는 분사노즐(32)과, 상기 분사노즐(32)에 모인 액체상태의 연료를 상기 연소실(11)의 열로 다시 과열시켜 상기 분사노즐(32)로 전달하는 재생예열부(40)를 포함하여 구성된다. 이와 같은 구성을 가지는 본 고안에 의한 연소장치에서는 연소실 내부로 과열되어 기체로 된 연료가 안정적으로 공급되어 연소가 쉽고도 신뢰성 있게 이루어지고, 과열되지 않은 연료를 다시 예열하여 사용하므로 공급된 연료의 완전연소가 가능하게 되며, 연소실에서 공기와 연료가 와류를 형성하면서 연소되므로 연소효율이 높아지는 이점이 있다.

연소, 예열탱크, 액체연료, 완전연소, 재생

Description

연소장치{Combustion apparatus}

도 1은 본 고안에 의한 연소장치의 바람직한 실시예의 요부 구성을 보인 분해사시도.

도 2는 본 고안 실시예의 내부 구성을 보인 단면도.

도 3은 본 고안 실시예를 구성하는 예열탱크의 구성을 보인 사시도.

도 4는 본 고안 실시예의 내부에서 연료와 공기가 유동되는 것을 보인 동작상태도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10: 하우징 11: 연소실

13: 점화연소부 14: 점화가이드

14': 지지레그 15: 점화플러그

16: 점화연료공급관 18: 연소공기공급관

20: 예열탱크 22: 연소연료주입관

24: 연소연료공급관 26: 공기연료혼합부

29: 연통공 30: 노즐연통관

32: 분사노즐 34: 분사공

36: 교반날개 40: 재생예열부

42: 재생주입관 44: 재생공급관

본 고안은 연소장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연소실로 공급되는 연료의 상태를 완전연소가 가능하도록 하여 연소효율을 높인 연소장치에 관한 것이다.

액체연료를 기화시켜 공기와 혼합하여 연소시키는 연소장치에서는 기화된 연료의 상태와 혼합된 공기의 비율이 연소효율에 많은 영향을 미친다. 즉, 연소실에서 연료가 완전연소될 수 있는 상태로 연소실로 공급되는 것이 중요하다.

하지만, 종래에는 노즐을 통해 연소실 내부로 분사되는 연료의 온도가 연소실 내부의 온도보다 상대적으로 낮아 연료가 연소실의 내부에서 쉽게 분산되지 못해 상대적으로 연소효율이 떨어지는 문제점이 있다.

이와 같이 연소실 내부에서는 완전연소가 이루어지기 어렵고, 노즐에 의해 연료와 공기가 지속적으로 공급되므로, 미처 연소되지 못한 연료와 공기가 연소장치 외부로 배출될 수 있다. 이와 같이 되면 연소효율이 떨어지고 불완전 연속에 의한 대기오염이 문제된다.

따라서, 본 고안의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 연소실로 공급되는 연료를 예열하여 완전연소가 가능한 상태로 만들 어 안정적으로 공급하여 주는 것이다.

본 고안의 다른 목적은 연소실로 연료를 분사하는 분사노즐에서 액체상태의 연료를 뽑아내어 다시 예열시켜 완전연소가 가능한 상태로 만들어주는 것이다.

본 고안의 또 다른 목적은 연소실의 내부에서 공기와 연료가 와류를 형성하면서 연소되도록 하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안의 특징에 따르면, 본 고안은 내부 선단에 연소실이 형성되는 하우징과, 상기 하우징의 후단에 설치되어 점화플러그를 구비하고 별도의 연료를 연소시켜 적어도 동작초기에 연소실 내부를 예열하며 상기 별도의 연료가 연소하는 불꽃에 의해 점화를 수행하는 점화연소부와, 상기 연소실의 내부에 설치되어 연소실 내부의 열에 의해 연료를 과열시키는 예열탱크와, 상기 예열탱크를 지나온 연료와 외부에서 공급된 공기를 혼합하여 전달받아 상기 연소실 내부로 분사하는 분사노즐과, 상기 분사노즐에 모인 액체상태의 연료를 상기 연소실의 열로 다시 과열시켜 상기 분사노즐에서 사용할 수 있도록 하는 재생예열부를 포함하여 구성된다.

상기 하우징의 내부에는 공기연료혼합부가 더 구비되는데, 상기 공기연료혼합부는 상기 예열탱크와 연소연료공급관을 통해 연결되어 과열되어 전달되는 연료를 공급받고, 외부에서 상기 하우징의 내부로 연장된 연소공기공급관을 통해 공기를 전달받아 공기혼합연료를 형성한다.

상기 공기연료혼합부에서 연장되어 공기혼합연료를 전달하는 혼합연료공급관이 상기 분사노즐의 중앙을 관통하여 설치되고, 상기 혼합연료공급관은 상기 연소 실의 내부에 설치되어 상기 분사노즐로 공기혼합연료를 공급하는 노즐연통관에 의해 둘러싸이도록 구성된다.

상기 노즐연통관은 그 외주면을 둘러 경사지게 설치된 교반날개에 의해 상기 하우징의 내부에 지지되는데, 상기 교반날개는 상기 연소실의 내부의 화염에 와류를 형성하고 상기 노즐연통관으로 열을 전달한다.

상기 예열탱크는 상기 연소실의 내벽을 둘러 설치되는 것으로, 액체연료를 공급하는 연소연료공급관이 중력방향 하부에 연결되고, 과열된 기체상태의 연료를 분사노즐쪽으로 전달하는 재생공급관이 중력방향 상부에 연결된다.

상기 재생예열부는 상기 노즐연통관의 외면을 둘러 설치되는 것으로, 상기 분사노즐과 재생주입관을 통해 연통되고, 상기 공기연료혼합부와 재생공급관을 통해 연통된다.

상기 점화연소부로는 연료로서 가스가 공급되고, 상기 연소연료주입관으로는 액체상태의 경유와 벙커씨유가 공급된다.

이와 같은 구성을 가지는 본 고안에 의한 연소장치에서는 연소실 내부로 과열되어 기체로 된 연료가 안정적으로 공급되어 연소가 쉽고도 신뢰성 있게 이루어지고, 과열되지 않은 연료를 다시 예열하여 사용하므로 공급된 연료의 완전연소가 가능하게 되며, 연소실에서 공기와 연료가 와류를 형성하면서 연소되므로 연소효율이 높아지는 이점이 있다.

이하 본 고안에 의한 연소장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 1에는 본 고안에 의한 연소장치의 바람직한 실시예의 요부 구성을 보인 분해사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 본 고안 실시예의 내부 구성을 보인 단면도가 도시되어 있으며, 도 3에는 본 고안 실시예를 구성하는 예열탱크의 구성이 사시도로 도시되어 있다.

이들 도면에 도시된 바에 따르면, 하우징(10)은 원통형상으로 구성되는 것으로, 내부에 연소실(11)이 형성된다. 상기 하우징(10)은 반드시 원통형상으로 되어야 하는 것은 아니나, 원통형상으로 되는 것이 바람직하다.

상기 하우징(10)의 선단은 전방으로 개구되어 있다. 상기 하우징(10)의 후단에는 점화연료나 연소연료 및 공기를 공급하기 위한 구성들이 연결된다. 상기 하우징(10)의 내부에는 상기 연소실(11)로 공기가 빠른 속도로 공급되도록 공기안내부(12)가 구비된다. 상기 공기안내부(12)는 상기 하우징(10)의 다른 부분, 예를 들면 연소실(11)보다 그 내경이 상대적으로 작게 형성된다.

상기 입구프레임(12)의 내부 후단에는 점화연소부(13) 설치된다. 상기 점화연소부(13)는 연소장치의 동작초기에 상기 연소실(11) 내부에서의 연소를 위한 초기조건을 설정함과 동시에 연소연료에 점화하는 역할을 한다.

상기 점화연소부(13)에는 일측으로만 개구되는 통형상의 점화가이드(14)가 구비된다. 상기 점화가이드(14)는 상기 연소실(11) 방향으로 개구된다. 상기 점화가이드(14)는 상기 하우징(10)의 내부에 지지레그(14')에 의해 지지된다.

상기 점화가이드(14)의 외부에서 내부로는 점화플러그(15)가 설치된다. 상기 점화플러그(15)는 상기 점화연소부(13)에서의 점화를 위한 불꽃을 제공하는 역할을 한다.

상기 점화가이드(14)의 내부로 점화연료를 점화연료공급관(16)이 제공한다. 상기 점화연료공급관(16)은 상기 점화가이드(14)의 내부로 점화연료를 제공하는 것으로, 다수개가 상기 점화가이드(14)의 후단을 둘러 설치될 수도 있다. 상기 점화연료공급관(16)을 통해 공급되는 점화연료로는 LPG와 같은 가스가 사용되는 것이 바람직하다.

상기 점화가이드(14)의 중앙을 관통하여 상기 하우징(10)의 후단에서 선단을 향해 연장되도록 연소공기공급관(18)이 설치된다. 상기 연소공기공급관(18)은 아래에서 설명될 연소연료와 혼합되어 연소될 연소공기를 공급하는 역할을 한다.

상기 하우징(10)의 선단 내부에는, 도 3에 잘 도시된 바와 같은, 예열탱크(20)가 설치된다. 상기 예열탱크(20)는 열전달율이 좋은 금속으로 만들어지는 것이다.상기 예열탱크(20)는 예를 들면 서로 직경이 다른 원통관의 양단에서 원통관 사이의 공간이 외부로 폐쇄되도록 구성한 것이다. 따라서,상기 원통관 사이의 공간에 연료가 채워질 수 있다.

상기 예열탱크(20)의 중력방향 하부에는 연소연료주입관(22)이 연결되어 있다. 상기 연소연료주입관(22)은 도시된 실시예에서는 상기 하우징(10)의 후단에서 하우징(10)의 내부를 통해 상기 예열탱크(20)와 연결되어 있다. 하지만, 상기 연소연료주입관(22)은 상기 하우징(10)의 외부에서 내부로 관통하여 상기 예열탱크(20)와 연결될 수도 있다.

상기 예열탱크(20)는 또한 연소연료공급관(24)이 연결된다. 상기 연소연료공 급관(24)은 상기 예열탱크(20)에서 예열되어 과열된 연료를 아래에서 설명될 공기연료혼합부(26)로 과열된 연료를 공급하는 역할을 한다. 상기 연소연료공급관(24)은 상기 예열탱크(20)의 중력방향 상부에 연결되는 것이 바람직하다. 이는 예열탱크(20)의 내부에서 과열되어 형성된 기체상태의 연료만을 공급받을 수 있도록 하기 위함이다.

상기 연소공기공급관(18)과 연통되게 상기 하우징(10)의 내부에 공기연료혼합부(26)가 설치된다. 상기 공기연료혼합부(26)는 상기 점화가이드(14)의 전방에 설치된다. 상기 공기연료혼합부(26)로는 상기 연소공기공급관(18)을 통해 연소에 필요한 연소공기가 공급되고, 상기 연소연료공급관(24)을 통해 과열된 연소연료가 공급된다.

상기 공기연료혼합부(26)에는 상기 연소실(11) 방향으로 연장되게 혼합연료공급관(28)이 연통되어 설치된다. 상기 혼합연료공급관(28)을 통해서는 상기 공기연료혼합부(26)에서 혼합된 연소연료와 연소공기(이하 '공기혼합연료'라 한다)가 유동된다. 상기 혼합연료공급관(28)의 선단 외주면을 둘러서는 다수개의 연통공(29)이 형성된다. 상기 연통공(29)은 공기혼합연료를 배출하는 역할을 한다.

상기 혼합연료공급관(28)을 둘러싸도록 노즐연통관(30)이 설치된다. 상기 노즐연통관(30)은 상기 하우징(10)의 연소실(11) 중앙에 위치된다. 상기 노즐연통관(30)의 내부로는 상기 혼합연료공급관(28)의 연통공(29)을 통해 공기혼합연료가 전달된다.

상기 노즐연통관(30)의 후단에는 분사노즐(32)이 구비된다. 상기 분사노즐 (32)은 상기 노즐연통관(30)으로 전달된 공기혼합연료를 상기 연소실(11)로 분사하는 역할을 한다. 상기 분사노즐(32)은 소정의 직경을 가지는 원통상으로 그 일면 가장자리를 둘러 다수개의 분사공(34)이 형성되어 있다. 상기 분사공(34)을 통해 공기혼합연료가 연소실(11)로 분사된다. 참고로 상기 분사노즐(32)의 중앙을 관통하여서는 상기 혼합연료공급관(28)이 통과한다.

상기 노즐연통관(30)의 외면을 둘러서는 교반날개(36)가 설치된다. 상기 교반날개(36)는 상기 연소실(11) 내부에서 공기혼합연료와 상기 하우징(10)의 후단에서 별도의 팬조립체에 의해 공급되는 공기를 교반하여 와류를 일으키면서 연소되도록 한다. 상기 교반날개(36)는 상기 하우징(10)의 연장방향에 대해 소정 각도 기울어지도록 설치된다.

상기 교반날개(36)는 또한 상기 노즐연통관(30)을 상기 하우징(10)의 내부에 지지하는 역할과 연소실에서 발생하는 열을 전달하는 역할도 한다. 상기 노즐연통관(30)은 상기 분사노즐(32), 혼합연료공급관(28), 점화연소부(13)와 실질적으로 일체로 된다. 따라서, 이들 일체로 된 구성은 상기 지지레그(14') 및 상기 교반날개(36)에 의해 하우징(10)의 내부에 설치된다. 물론, 설계조건에 따라서는 이들의 지지를 위한 별도의 구성을 더 구비할 수도 있다.

재생예열부(40)는 상기 분사노즐(32)로 공급된 공기혼합연료중에서 기화되지 않은 연료를 다시 예열하여 과열시키는 역할을 하는 것이다. 상기 재생예열부(40)는 상기 노즐연통관(30)의 선단을 코일원통형상으로 둘러 설치되는 것이다. 상기 재생예열부(40)는 일측이 재생주입관(42)을 통해 상기 분사노즐(32)의 하단부와 연 통되고, 타측이 재생공급관(44)을 통해 상기 공기연료혼합부(26)와 연통된다.

따라서, 상기 분사노즐(32)의 하단부에 낙하되어 있던 액체상태의 연료는 상기 재생주입관(42)을 통해 상기 재생예열부(40)로 공급되고, 상기 재생예열부(40)에서 과열되어 상기 재생공급관(44)을 통해 상기 공기연료혼합부(26)로 공급된다.

이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 고안에 의한 연소장치의 작용을 상세하게 설명한다.

본 고안의 연소장치에서는 본격적인 연소 전에 상기 점화연소부(13)에서 먼저 연소가 일어난다. 상기 점화연소부(13)로는 상기 점화연료공급관(16)을 통해 가스와 공기가 혼합된 연료가 공급된다. 상기 가스는 상기 점화플러그(15)에 의해 점화되어 연소된다. 이때, 상기 점화가이드(14)는 상기 가스가 연소되면서 발생하는 화염을 상기 연소실방향으로 안내한다. 따라서, 상기 점화연소부(13)에서의 연소에 의해 상기 연소실(11) 및 주변에 있는 부품들이 가열된다.

상기 연소실(11) 내부의 온도가 미리 정해진 값 이상으로 되면, 상기 예열탱크(20)의 내부로 상기 연소연료주입관(22)을 통해 연료를 공급한다. 상기 연료는 상기 예열탱크(20)의 내부에서 열을 전달받아 과열되어 기체상태로 되어 상기 연소연료공급관(24)을 통해 상기 공기연료혼합부(26)로 전달된다. 이때, 상기 연료의 온도는 대략 800℃정도이다. 참고로 상기 연소연료주입관(22)을 통해 주입되는 연료는 경유 또는 벙커씨유이다. 즉, 액체상태의 연료이다.

이와 동시에 상기 연소공기공급관(18)을 통해서도 공기를 공급하기 시작한다. 따라서, 상기 예열탱크(20)에서 과열되어 기체상태로 된 연료와 상기 연소공기 공급관(18)을 통해서 공급된 공기는 상기 공기연료혼합부(26)에서 혼합되어 공기혼합연료로 되어 혼합연료공급관(28)을 따라 유동된다.

상기 혼합연료공급관(28)의 선단에 형성된 연통공(29)을 통해 공기혼합연료가 상기 노즐연통관(30)의 내부로 유동된다. 이와 같은 과정에서 상기 연소실(11) 내부는 상대적으로 높은 온도이므로 공기혼합연료는 계속하여 열을 전달받는 상태이다.

상기 노즐연통관(30)으로 전달된 공기혼합연료는 상기 분사노즐(32)의 분사공(34)을 통해 상기 연소실(11)로 분사된다. 이와 같이 분사되는 공기혼합연료는 상기 점화연소부(13)에서 제공하는 화염에 의해 점화되어 연소된다. 이때, 상기 하우징(10)의 내부로는 별도의 팬조립체에 의해 공기가 공급되는데, 상기 공기는 상기 공기안내부(12)가 다른 부분에 비해 상대적으로 유동단면적이 좁으므로 신속하게 유동되어 상기 연소실(11)로 전달되면서 상기 분사공(32)을 통해 토출되는 공기혼합연료의 연소를 돕는다. 이와 같은 연소과정에서 상기 교반날개(36)는 화염이 와류를 형성하도록 공기가 공기혼합연료에 더 잘 혼합되도록 하면서 연소되도록 한다. 이때 상기 연소실(11)의 온도는 대략 1300℃에서 1350℃ 정도로 된다.

한편, 상기 분사노즐(32)에서 공기혼합연료가 분사되면서 연소가 시작되면, 상기 점화연소부(13)에서는 더 이상 연소가 일어나지 않아도 된다. 따라서, 상기 점화연소부(13)로 점화연료공급관(16)을 통한 가스의 공급을 차단하면 된다. 물론, 점화연소부(13)에서도 계속하여 연소가 일어나도록 하여도 상관없다.

그리고, 상기 점화연소부(13)에서 더 이상 연소가 일어나지 않더라도, 상기 예열탱크(20)로 계속하여 공급되는 연료는 상기 분사노즐(32)에서 분사되는 공기혼합연료가 연소되어 발생되는 열에 의해 가열된다.

그리고, 상기 분사노즐(32)에서 일부의 연료가 응축될 수도 있는데, 이와 같은 액체상태의 연료는 자중에 의해 상기 분사노즐(32)의 하부로 낙하되고, 상기 재생주입관(42)을 통해 상기 재생예열부(40)로 전달된다. 상기 재생예열부(40)에서 상기 연소실(11) 내부의 열에 의해 다시 가열된 연료는 상기 재생공급관(44)을 통해 상기 공기연료혼합부(26)로 다시 전달되어, 공기와 혼합되고, 위에서 설명된 과정을 거쳐 연소된다.

물론, 본 고안에서는 상기 예열탱크(20)의 중력방향 상부에 재생공급관(44)이 설치되어 기체상태의 연료만을 분사노즐(32)쪽으로 공급하기는 하나, 일부 분사노즐(32)로 전달되는 과정에서 연료가 응축될 수도 있어 상기 재생예열부(40)를 두고 있다.

본 고안의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 고안의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

위에서 상세히 설명한 바와 같이 본 고안에 의한 연소장치에서는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

먼저, 본 고안에서는 연소실로 공급되는 액체연료를 과열시켜 쉽게 연소될 수 있는 기체상태로 만들어주므로 연소실 내에서 연료의 완전연소가 일어나게 되어 연소장치의 효율이 높아지는 효과가 있다.

그리고, 본 고안에서는 분사노즐에 응축되어 모인 액체상태의 연료를 뽑아내어 다시 예열시켜 사용하므로, 공급된 연료의 완전연소가 가능하게 되어 열효율을 높일 수 있고 대기오염을 낮출 수 있는 효과도 있다. 물론, 본 고안에서는 예열탱크의 상부에 재생공급관을 설치하여 기체상태로 과열된 연료만을 공급하므로 액체상태의 연료가 분사노즐로 전달되는 양이 극히 미세하다.

또한 본 고안에서는 교반날개를 두고 연소실의 내부에서 공기와 연료가 와류를 형성하면서 연소되도록 한다. 따라서, 연소실에서 공기와 연료가 와류를 형성하면서 연소되므로 연소효율이 높아지는 효과도 있다.

Claims (7)

1. 내부 선단에 연소실이 형성되는 하우징과,

   상기 하우징의 후단에 설치되어 점화플러그를 구비하고 별도의 연료를 연소시켜 적어도 동작초기에 연소실 내부를 예열하며 상기 별도의 연료가 연소되는 불꽃에 의해 점화를 수행하는 점화연소부와,

   상기 연소실의 내부에 설치되어 연소실 내부의 열에 의해 연료를 과열시키는 예열탱크와,

   상기 예열탱크를 지나온 연료와 외부에서 공급된 공기를 혼합하여 전달받아 상기 연소실 내부로 분사하는 분사노즐과,

   상기 분사노즐에 모인 액체상태의 연료를 상기 연소실의 열로 다시 과열시켜 상기 분사노즐에서 사용할 수 있도록 하는 재생예열부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 연소장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징의 내부에는 공기연료혼합부가 더 구비되는데, 상기 공기연료혼합부는 상기 예열탱크와 연소연료공급관을 통해 연결되어 과열되어 전달되는 연료를 공급받고, 외부에서 상기 하우징의 내부로 연장된 연소공기공급관을 통해 공기를 전달받아 공기혼합연료를 형성함을 특징으로 하는 연소장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 공기연료혼합부에서 연장되어 공기혼합연료를 전달하는 혼합연료공급관이 상기 분사노즐의 중앙을 관통하여 설치되고, 상기 혼합연료 공급관은 상기 연소실의 내부에 설치되어 상기 분사노즐로 공기혼합연료를 공급하는 노즐연통관에 의해 둘러싸이도록 구성됨을 특징으로 연소장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 노즐연통관은 그 외주면을 둘러 경사지게 설치된 교반날개에 의해 상기 하우징의 내부에 지지되는데, 상기 교반날개는 상기 연소실의 내부의 화염에 와류를 형성하고 상기 노즐연통관으로 열을 전달함을 특징으로 하는 연소장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 예열탱크는 상기 연소실의 내벽을 둘러 설치되는 것으로, 액체연료를 공급하는 연소연료공급관이 중력방향 하부에 연결되고, 과열된 기체상태의 연료를 분사노즐쪽으로 전달하는 재생공급관이 중력방향 상부에 연결됨을 특징으로 하는 연소장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 재생예열부는 상기 노즐연통관의 외면을 둘러 설치되는 것으로, 상기 분사노즐과 재생주입관을 통해 연통되고, 상기 공기연료혼합부와 재생공급관을 통해 연통됨을 특징으로 하는 연소장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 점화연소부로는 연료로서 가스가 공급되고, 상기 연소연료주입관으로는 액체상태의 경유와 벙커씨유가 공급됨을 특징으로 하는 연소장치.

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