KR20090025272A - Combustor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 예를 들어, 가정용 소형 연소전지 시스템의 연소 개질(改質)장치용 고온가스를 얻기 위한 연소기에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD This invention relates to the combustor for obtaining the hot gas for the combustion reformer of a small-sized combustion cell system, for example.
이러한 종류의 연소기로부터 발생하는 연소가스는, 공해물질 즉, NOx 및 미연분(未燃分)이 없는 것, 그리고 완전연소에 의해 잔류산소량이 적은 것이 바람직하다.The combustion gas generated from this type of combustor is preferably free from pollutants, that is, NOx and unburned powder, and a small amount of residual oxygen due to complete combustion.
종래, 이러한 종류의 연소기에서는, (1) 공기와 연료를 폭발한계범위내의 농도로 혼합하고, 이 혼합가스를 전기 스파크 등의 착화수단으로 착화하여 화염을 형성하며, 그 후에는 상기 공기와 연료의 혼합가스를 계속하여 연소시키도록 한 연소기, (2) 예열된 공기중에 연료를 혼합하여 이루어지는 예열혼합가스를 연소촉매에 의해 연소시키도록 한 연소기, (3) 주연소기의 가열관 바깥쪽을 보조연소기로 항상 연료의 착화온도 이상으로 가열하고, 주연소기에서는 상기 가열된 가열관에 연료와 공기의 혼합가스를 접촉시켜 계속해서 연소시키도록 한 연소기, (4) 연료의 착화온도 이상으로 가열된 관에 연료와 공기의 혼합가스를 접촉시켜 연소시킨 연소가스를 관의 끝에서 유턴(U-turn)시켜 관을 가열함으로써 계속해서 연소시키도록 한 연소기(일본특허공개 평10-26309호 공보) 등이 알려져 있다.Conventionally, in this type of combustor, (1) air and fuel are mixed at concentrations within the explosive limits, and the mixed gas is ignited by ignition means such as an electric spark to form a flame. Combustor for continuously burning mixed gas, (2) Combustor for combusting preheated mixed gas formed by mixing fuel in preheated air by combustion catalyst, (3) Auxiliary combustor outside the heating tube of main combustor (4) Combustor which is always heated above the ignition temperature of the fuel, and in the main combustion chamber, the mixed gas of fuel and air is brought into contact with the heated heating tube to continue combustion. Combustor which U-turns the combustion gas made by contacting the mixed gas of fuel and air at the end of the tube to continue combustion by heating the tube (Japanese Patent Laid-Open) Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-26309).
상기 종래의 연소기는, 현재 개발이 진행되고 있는 가정용 소형 연료전지 시스템의 연료개질장치에 사용하는 보일러의 연소기로서 만족할 만한 것이 못되었다.The conventional combustor has not been satisfactory as a combustor of a boiler for use in a fuel reformer of a domestic small fuel cell system currently being developed.
그 이유는, 이러한 종류의 장치에 사용되는 연소기는, 소형이며 연소실의 용적이 작은 것이 요구되는데다가, 주위 벽면의 온도가 110~180℃ 정도의 낮은 온도일 필요가 있기 때문에, 매우 연소에 불리한 제약조건하에 있으면서, NOx 농도가 낮아진 완전연소가 요구되기 때문이다.The reason for this is that a combustor used in this kind of apparatus is required to be small in size and small in the combustion chamber, and that the temperature of the surrounding wall needs to be as low as 110 to 180 ° C, which is very disadvantageous for combustion. This is because complete combustion with a low NOx concentration is required under the conditions.
또한, 연소실의 용적이 작다는 것은 압력변동을 받기 쉬운 것을 의미하며, 화염 연소의 경우에는 압력변동에 의해 연료의 흐름이 일시적으로 멈추어 화염이 소실되어 연소가 정지되고 증기가 발생하지 않게 되는 경우가 있기 때문이다.In addition, the small volume of the combustion chamber means that it is susceptible to pressure fluctuations, and in the case of flame combustion, the flow of fuel temporarily stops due to the pressure fluctuations, and the flame is lost, so that combustion is stopped and steam is not generated. Because there is.
그 때문에, 개질촉매부에서 S/C(수증기/탄소)의 비가 적당한 값보다 작아져서 탄소의 석출이 발생하고, 연료개질장치 전체가 정지해 버리게 된다.As a result, the ratio of S / C (water vapor / carbon) in the reforming catalyst portion becomes smaller than a suitable value, and precipitation of carbon occurs, causing the entire fuel reforming device to stop.
또한, 상기와 같은 가정용 소형 연료전지 시스템에서는, 기체연료와 액체연료의 사용이 요구된다. 운전 시작시에는 보조 점화기를 사용하지 않을 수 없지만, 운전 개시후에는 이 보조연소기를 가능한 한 단시간내에 필요하지 않은 상태로 하고, 또한 압력변동 등의 외란이 있어도 연소가 정지하지 않는 방법을 채용할 필요가 있다.In addition, in the small household fuel cell system as described above, the use of gaseous fuel and liquid fuel is required. Although the auxiliary igniter cannot be used at the start of operation, it is necessary to adopt a method in which the auxiliary combustor is not necessary as soon as possible after the start of operation, and the combustion does not stop even if there is a disturbance such as pressure fluctuation. There is.
본 발명은 상기에 감안하여 이루어진 것으로, 공해물질인 NOx의 발생 및 미연분의 잔류가 없고 소형이며 게다가 작은 외란이 있어도 안정적으로 연소가스를 얻을 수 있도록 한 연소기를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a combustor capable of stably obtaining combustion gas even when there is no generation of NOx that is a pollutant and residual of unburned dust, and small size and small disturbance.
제1 발명은 점화기를 구비한 벤투리관(venturi)형 연료·공기혼합기의 하류에 산화촉매기능을 가지는 세라믹 연소통을 배치한 연소기이다.1st invention is the combustor which arrange | positioned the ceramic combustion cylinder which has an oxidation catalyst function downstream of the venturi-type fuel-air mixture provided with an igniter.
제2 발명은 제1 발명에 있어서, 벤투리관형 연료·공기혼합기의 선단에 혼합기체가 세라믹 연소통 안에서 와류(渦流)하도록 하는 와류발생기를 설치한 연소기이다.2nd invention is the combustor which provided the vortex generator which makes a mixed gas vortex in a ceramic combustion cylinder at the front-end | tip of a venturi tube type fuel-air mixer in 1st invention.
제3 발명은 제1 발명 또는 제2 발명에 있어서, 세라믹 연소통 하류의 선단부분을 머리부가 폐쇄된 원통형상의 덮개부재로 덮고, 또한 이 세라믹 연소통의 선단 주위에 더욱이 연소실을 형성하며, 이 덮개부재의 원통형상 기단부에 연소가스 유출구멍을 설치한 연소기이다.According to the first or second invention, in the third invention, the tip of the downstream portion of the ceramic combustion cylinder is covered with a cylindrical cover member whose head is closed, and further a combustion chamber is formed around the tip of the ceramic combustion cylinder. It is a combustor provided with the combustion gas outlet hole in the cylindrical base end part of a member.
제4 발명은 제3 발명에 있어서, 덮개부재의 외주면에 방사촉진성 도료를 도포한 연소기이다.4th invention is the combustor which applied radiation promoting paint on the outer peripheral surface of a cover member in 3rd invention.
제5 발명은 제3 발명 또는 제4 발명에 있어서, 세라믹 연소통과 덮개부재의 기단부 사이에 산화촉매층을 설치한 연소기이다.5th invention is the combustor which provided the oxidation catalyst layer between the ceramic combustion cylinder and the base end part of a cover member in 3rd invention or 4th invention.
제1 발명에 따르면, 예를 들어, 현재 개발이 진행되고 있는 가정용 소형 연료전지 시스템의 연료개질장치에 사용하는 보일러의 연소기로서 바람직한 소형 연소실을 가지는 동시에, 연소효율이 좋고 안정적으로 연소가 가능한 연소기를 얻을 수 있다.According to the first invention, for example, a combustor having a small combustion chamber which is preferable as a combustor of a boiler for use in a fuel reformer of a small fuel cell system for home use, which is currently being developed, and at the same time has a high combustion efficiency and stable combustion. You can get it.
제2 발명에 따르면, 혼합기체가 산화촉매에 충분히 접촉하기 때문에, 보다 안정적으로 연소할 수 있는 연소기를 얻을 수 있다.According to the second invention, since the mixed gas sufficiently contacts the oxidation catalyst, a combustor capable of burning more stably can be obtained.
제3 발명에 따르면, 세라믹 연소통으로부터 유출된 연소가스가 덮개부재로 구성되는 연소실에서 더욱 그 연소가 촉진된다.According to the third invention, combustion is further promoted in the combustion chamber in which the combustion gas flowing out from the ceramic combustion cylinder is constituted by the lid member.
제4 발명에 따르면, 덮개부재의 외면으로부터 방사열을 피가열부에 방사할 수 있기 때문에, 피가열부의 가열을 촉진시킬 수 있다.According to the fourth aspect of the invention, since the radiant heat can be radiated from the outer surface of the lid member to the portion to be heated, the heating of the portion to be heated can be promoted.
제5 발명에 따르면, 덮개부재안의 연소실로부터 관통구멍(through-hole)을 통하여 외부로 유출되는 연소가스가 산화기능을 가지는 촉매층을 통과하기 때문에, 가령 세라믹 연소통 안에서 연소한 연소가스 안에 미연분이 잔류하고 있었다고 하여도, 이 촉매층을 통과하는 동안에 이 미연분을 완전히 연소시킬 수 있다.According to the fifth invention, since the combustion gas flowing out from the combustion chamber in the cover member to the outside through the through-hole passes through the catalyst layer having an oxidizing function, unburned dust remains in the combustion gas combusted in a ceramic combustion cylinder, for example. Even if it is, this fine powder can be completely burned while passing through this catalyst layer.
도 1은 본 발명에 따른 연소기의 제1 실시예의 요부를 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing the main parts of a first embodiment of a combustor according to the present invention.
도 2는 도 1의 제1 실시예의 연소기가 사용된 보일러의 일실시예를 나타내는 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing an embodiment of a boiler in which the combustor of the first embodiment of FIG. 1 is used.
도 3은 본 발명에 따른 연소기의 제2 실시예와, 그것을 구비한 보일러의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.3 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the combustor according to the present invention and another embodiment of the boiler provided therewith.
본 발명의 제1 실시예를 도 1 및 도 2에 근거하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 연소기의 요부를 나타내는 단면도이고, 도 2는 본 발명의 연소기를 사용한 보일러의 일례를 나타내는 단면도이다.A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is sectional drawing which shows the principal part of the combustor of this invention, and FIG. 2 is sectional drawing which shows an example of the boiler which used the combustor of this invention.
도 1에서 도면부호 1은 동심원형상으로 배치된 내통(2)과 외통(3)으로 이루어지는 보일러 본체, 도면부호 4는 이 보일러 본체(1)의 하단부에 설치한 본 발명에 따른 연소기로서, 이 연소기(4)에서 발생한 고온의 연소가스가 보일러 본체(1) 의 내통(2)의 내면측에 공급됨으로써 내통(2)의 내면이 가열되어, 동심원형상으로 배치된 내통(2)과 외통(3) 사이에 형성된 열매체재킷(5) 안에 공급된 물(증발매체)이 가열되어 고온의 스팀을 발생하도록 되어 있다. 보일러 본체(1)의 하단에는 증발매체용 열매체재킷(5)을 닫는 보일러 하부 플랜지(6)가 일체결합되어 있고, 이 보일러 하부 플랜지(6)에 연소기(4)의 외주부에 일체로 설치한 연소기 플랜지(7)가 볼트(8)와 너트(9)로 결합됨으로써, 연소기(4)가 보일러 본체(1)의 하단부에, 연소기(4)의 최상부에 위치하는 덮개부재(10)가 보일러 본체(1)의 내통(2) 안에 돌입한 상태로 결합되도록 되어 있다.In Fig. 1, reference numeral 1 denotes a boiler body composed of an
연소기(4)는, 상기 연소가스가 분출하는 세라믹 연소통(14)을 포함하는 연소부(11)와, 이 연소부(11)에 연료와 공기를 혼합한 연료/공기혼합기체를 공급하는 연료공급부(12)로 이루어져 있다.The
연소부(11)는, 가장 위쪽으로서 내측에 연소실(13)을 구성하는 연소실 형성용 덮개부재(10)와, 이 덮개부재의 축심부에 배치되고 상단을 연소실(13) 안에 해방한 세라믹 연소통(14)과, 이 세라믹 연소통의 하부 외측을 둘러싸도록 하여 배치된 세라믹스로 구성된 단열체(15a, 15b, 15c)와, 이 단열체들을 둘러싸는 프레임부재(16)로 이루어져 있으며, 프레임부재(16)는 연소기 플랜지(7)에 고정되어 있다.The
상기 덮개부재(10)는 종(bell) 모양(혹은 차통(茶筒) 덮개모양)으로 되어 있으며, 상기 단열체(15a, 15b, 15c)에 덮힌 상태로 설치되어 있고, 이것의 원통형상 기단부에는 상하방향으로 긴 슬릿형상의 관통구멍(연소가스 유출구멍)(17)이 설치되어 있다. 그리고, 덮개부재(10)의 내부에는 상기 관통구멍(17)의 높이까지 산화 기능을 가지는 세라믹스 소입자로 이루어지는 촉매층(18)이 설치되어 있다. 상기 세라믹 연소통(14)의 상단은 연소실(13) 안에서 덮개부재(10)의 천장 내면과의 사이에 소정의 간격(L)을 가지는 동시에, 상기 촉매층(18)의 윗면에 대하여 소정의 높이(H)를 가지고 있으며, 세라믹 연소통(14)의 상단으로부터 유출되는 연소가스는 연소실(13)로부터 촉매층(18) 사이를 통과하여 관통구멍(17)으로부터 보일러 본체(1)의 내통(2) 안으로 유출하도록 되어 있다.The
연료공급부(12)는 그 상단부에 설치한 설치플랜지(21)를 사이에 두고 볼트(22)에 의해 상기 연소부(11)의 아랫면에 패킹(packing)을 통하여 고정되어 있다.The
설치플랜지(21)에는 이것을 관통하도록 벤투리관형 혼합기(23)가 장착되어 있다. 이 벤투리관형 혼합기(23)의 출구부는 상기 연소부(11)의 세라믹 연소통(14)과 동심(同心)형상이며 그 출구직경은 세라믹 연소통(14)의 내경과 대략 같은 직경으로 되어 있고, 이것의 출구단이 세라믹 연소통(14)의 하단에 대접하도록 되어 있다. 그리고, 이러한 대접부(對接部)에는 와류발생기(24)가 설치되어 있다. 이 와류발생기(24)는 벤투리관형 혼합기(23)로부터의 혼합기류를 원주방향을 향하게 하는 즉, 세라믹 연소통(14)의 내주면에 따르는 와류를 발생시키는 형상으로 되어 있다.The
벤투리관형 혼합기(23)의 스로트(throat)부의 내주면에는 복수개의 연료분출구멍(25)이 설치되어 있다. 이 연료분출구멍(25)은 벤투리관형 혼합기(23)의 스로트부에 설치한 연료 매니폴드(25a)를 통하여 연료공급구(26)에 접속되어 있다.On the inner circumferential surface of the throat portion of the venturi
벤투리관형 혼합기(23)의 축심부에는 점화기의 점화막대도관(27)이 설치되어 있다. 이 점화막대도관(27)은 그 상단부가 와류발생기(24)의 중앙에 장착되고 그 하단부가 벤투리관형 혼합기(23)의 아래쪽으로 돌출되어 설치되어 있다. 그리고, 이 점화막대도관(27)에는 점화막대(28)를 그 선단이 점화막대도관(27)보다 돌출하도록 끼워넣고 있다.An
벤투리관형 혼합기(23)의 기단부에는 크로스(cross)형 파이프 이음매(pipe joint)(29)가 접속되어 있고, 상기 점화막대도관(27)의 하단부는 이 파이프 이음매(29) 안에 위치되어 있다. 그리고, 이 파이프 이음매(29)의 상기 벤투리관형 혼합기(23)와의 접속구의 연장선과 직교하는 방향의 2개의 접속구 중 한쪽이 점화기용 전원막대 접속구로 되어 있고, 그곳에서부터 점화기용 전원막대(30)가 삽입되어, 그 선단이 파이프 이음매(29) 안에서 상기 점화막대(28)에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 상기 2개의 접속구 중 다른쪽에 연소용 공기공급구(31)가 접속되어 있다. 또한, 파이프 이음매(29)의 벤투리관형 혼합기(23)와의 접속구의 연장선상의 접속구에 벤투리관형 혼합기(23) 안을 투시할 수 있게 한 연소상태 감시구(32)가 접속되어 있다.A
도 1에 나타낸 보일러 본체(1)에 대한 연소기(4)의 작용을 아래에 설명한다.The operation of the
연료공급부(12)의 공기공급구(31)로부터 연소용 공기를 공급하는 동시에, 연료공급구(26)로부터 공급되는 연료를 연료분출구(25)로부터 벤투리관형 혼합기(23)의 스로트부에 분출함으로써, 이 공기와 연료는 이 스로트부로부터 벤투리관형 혼합기(23)의 출구에 이르는 동안에 혼합되어 연료/공기혼합기체(이하, '혼합기체'라고 함)가 되어 벤투리관형 혼합기(23)의 출구로부터 세라믹 연소통(14) 안으로 유 입한다. 이 때, 세라믹 연소통(14) 안에 유입하는 혼합기체는 와류발생기(24)에 의해 세라믹 연소통(14)의 내주면에 따른 와류가 되어 있다. 그리고, 이 상태에서 점화기용 전원막대(30)에 통전하여 점화막대(28)의 선단에 스파크를 형성하여 상기 혼합기체를 점화한다.While supplying combustion air from the
이에 의해, 혼합기는 연소를 개시한다. 그리고, 이 점화후에는 혼합기체의 연료와 공기의 혼합비율의 농담에도 영향을 받는데, 2분 이내에 불꽃을 멈추게 하여도 세라믹 연소통(14)이 산화촉매로서 기능하는 온도 이상으로 가열되어 있으면 상기 연소는 계속된다.Thereby, the mixer starts combustion. After the ignition, the mixing ratio of fuel and air of the mixed gas is also affected. The combustion is carried out if the
상기 연소에 액체연료(예를 들어, 등유)를 사용하는 경우, 이 연료자체는 상온 상태에서 공급되는데, 연소용 공기는 200~250℃ 정도로 예열하여 공급한다. 이 실시예의 구성에서는 기체연료도 사용할 수 있다.When liquid fuel (for example, kerosene) is used for the combustion, the fuel itself is supplied at room temperature, and the combustion air is preheated and supplied at about 200 to 250 ° C. Gas fuel can also be used in the structure of this embodiment.
점화된 혼합기체는 연소를 개시하고, 그 연소가스는 세라믹 연소통(14)의 내부를 그 내주벽에 따라 위쪽으로 흐른다. 그 결과, 세라믹 연소통(14) 자체는 촉매활성온도 이상으로 승온되게 된다. 그 결과, 세라믹 연소통(14)이 승온된 시점에서 점화막대(28)에 의한 점화를 정지하여도, 벤투리관형 혼합기(23)로부터의 혼합기체가 촉매활성온도 이상으로 승온된 세라믹 연소통(14)의 내주면에 접촉함으로써, 이 혼합기체에 바로 산화반응이 발생하여 연소가 계속되게 된다.The ignited mixed gas starts combustion, and the combustion gas flows upwardly along the inner circumferential wall of the
이와 같은 연소는 세라믹 연소통(14)의 위쪽(하류측)으로 갈수록 심해지며, 세라믹 연소통(14)의 상단부에서 혼합기체의 대부분이 연소된다. 한편, 이 때의 연소상태는 세라믹 연소통(14)의 길이에 따라 영향을 받는다. 이로부터 이 세라믹 연 소통(14)의 길이는 연료공급부(12)로부터 공급되는 혼합기체의 대부분이 연소되는 길이로 설계한다.Such combustion is aggravated toward the upper side (downstream side) of the
세라믹 연소통(14)에 공급되는 혼합기체는 같은 농도로 혼합되어 있기 때문에, 이 세라믹 연소통(14) 안에서의 연소반응은 매우 빠르다. 예를 들어, 혼합기체의 이론연소온도가 1400~1600℃ 정도일 때는 7/1000초 정도의 연소속도를 나타낸다. 그 때문에, 세라믹 연소통(14)의 재질은 아래에 나타내는 성질을 가지는 것이 바람직하다.Since the mixed gas supplied to the
즉, 상술한 산화기능을 가지는 세라믹 연소통(14)에 필요한 조건은, (1) 내열충격성이 강한 것, (2) 촉매활성온도가 낮은 것, (3) 방사율이 높은 것, (4) 고온에서의 기계적 강도가 높은 것, (5) 열전도도가 높은 것이다.That is, the conditions necessary for the
이와 같은 성질을 가지는 세라믹스로서는 SiC, Si3N4, ZrO2 및 ZrO2에 5~20%의 다른 금속산화물을 첨가한 것 등이 적합하다.As ceramics having such properties, those in which 5-20% of other metal oxides are added to SiC, Si 3 N 4 , ZrO 2, and ZrO 2 are suitable.
SiC, Si3N4의 Si의 비산화물의 세라믹스는 촉매활성온도가 640~645℃로 비교적 높은데, 그 이외에는 상기 조건을 만족하기 때문에 실용상 충분히 사용가능하다. 또한, ZrO2 단독은 촉매활성온도가 465℃를 나타내는데, CoO, Cr2O3, MnO2, La2O3, SnO2, Y2O3, TbO2 및 MgO를 5%에서 20%까지 혼합한 것은 촉매활성온도를 330℃에서 497℃ 정도까지 떨어뜨리는 것이 가능하다(제9회 촉매연소에 관한 심포지움(1990년 5월 25일)에서 발표된 'ZrO2 복합산화물에 의한 촉매연소' 참조).The non-oxide ceramics of SiC and Si 3 N 4 Si have a relatively high catalytic activity temperature of 640 to 645 ° C. Other than that, the above conditions are satisfied, and therefore, they can be sufficiently used practically. In addition, ZrO 2 alone shows a catalytic activity temperature of 465 ° C., which mixes CoO, Cr 2 O 3 , MnO 2 , La 2 O 3 , SnO 2 , Y 2 O 3 , TbO 2 and MgO from 5% to 20%. It is possible to lower the catalytic activity temperature from 330 ° C to 497 ° C (see 'Catalysis of ZrO 2 Composite Oxides', presented at the 9th Symposium on Catalytic Combustion (May 25, 1990)). .
상술한 (1) 내열충격성이 강한 것이 필요한 이유는, 연소속도가 빠르기 때문에, 세라믹 연소통(14)의 내측으로부터 받은 열량의 변화가 크기 때문이다. 즉, 세라믹 연소통(14)이 받는 열량의 변화가 크면 세라믹 연소통(14) 자체의 온도변화가 크고, 세라믹 연소통(14)의 두께를 두껍게 하면 세라믹 연소통(14) 내부의 온도차가 커져서 세라믹 연소통(14)이 열충격으로 파괴되어 버리기 때문이다. 이것을 방지하기 위하여, (5) 열전도도가 높은 것이 요구되는 것이다. 또한, 열전도도가 높은 것은, 연소가스의 하류측에서 받은 열을 상류측으로 전달하는데 적합하고, 또한 (3) 방사율이 높은 것도 마찬가지의 작용효과를 발휘한다.The reason why the above-mentioned (1) heat shock resistance is necessary is because the combustion speed is high, and the change in the amount of heat received from the inside of the
세라믹 연소통(14) 안에서 발생한 연소가스는 세라믹 연소통(14)의 선단으로부터 연소실(13)로 유입하고, 이 연소실(13)을 구성하는 덮개부재(10)의 내면에 따라 아래쪽으로 방향을 바꾸어, 촉매층(18)을 통하여 관통구멍(17)으로부터 보일러 본체(1)의 내통(2) 안으로 유출된다.The combustion gas generated in the
이 때, 연소되는 연소가스는, 이것이 통과하는 유로의 용적이 작고 냉벽면으로 감싸져 있는 경우에는 연소가 불충분해져 이 연소가스 안에 미연분이 남아버릴 우려가 있는데, 이 연소부(11)에서는 세라믹스 연소통(14)으로부터의 연소가스가 덮개부재(10)로 구성된 비교적 큰 공간으로 되어 있는 연소실(13)에 유입하기 때문에, 연소가 충분히 속행되고 고온(1500~1700℃)이 되어 연소가스의 미연분은 거의 완전히 연소된다.At this time, when the combustion gas to be burned has a small volume of the flow path through which it passes and is surrounded by a cold wall surface, combustion may be insufficient and unburned dust may remain in the combustion gas. Since the combustion gas from the
그리고, 상기 연소실(13) 안의 연소가스는, 이 연소실(13)을 구성하고 있는 덮개부재(10)의 내면에 따라 아래쪽으로 흐름을 바꾸어 촉매층(18)을 통과한 후에 관통구멍(17)으로부터 보일러 본체(1)의 내통(2) 안으로 유입하고, 이 내통(2)의 내면을 가열한다. 그리고, 이 때 연소가스가 촉매층(18)의 세라믹스 소입자에 접촉함으로써, 연소가스 안의 미연분이 완전 연소된다. 그리고, 이 촉매층(18)의 존재에 의해 연료와 연소용 공기의 압력변동에 의해 연소가 정지하는 것이 방지된다.Then, the combustion gas in the
상기 촉매층(18)을 구성하는 산화기능을 가지는 세라믹스 소입자는 SiC의 중공입자가 유리하다.Ceramic small particles having an oxidation function constituting the
상기 실시예에 나타낸 연소기(4)에 대하여, 가정용 연료전지 시스템의 스팀발생용 연소기로서의 일례의 각 부재의 치수를 들면, 세라믹 연소통(14)의 내경은 20mm, 두께는 2.5mm, 길이는 40mm이며, 또한 덮개부재(10)의 내경은 50mm, 그리고 도 1에 나타낸 H의 치수는 10mm, L의 치수는 15mm이다.With respect to the
이상, 도 1에 나타낸 연소기는 가정용 연료전지 시스템의 스팀발생기용 보일러 본체(1)에 적용한 예를 나타내는 것으로, 이 보일러 본체(1)의 열촉매재킷(5)에 충만한 물이 비등(沸騰)되어 발생한 스팀이 열촉매재킷(5)의 상부에 접속한 스팀관으로부터 도출되는 것이다. 이 경우, 덮개부재(10)를 장기간 사용하기 위해서는, 고온가스로부터 받은 열을 가능한 한 열촉매재킷(5)측으로 전열할 필요가 있는데, 이 실시예에서는 강제(鋼製) 덮개부재(10)의 외주면에 방사촉진성 도료 예를 들어, 방사율이 92% 이상인 방사도료를 도포함으로써, 연소부(11)에서 이론연소온도 1600℃의 연소가스가 발생하여도 덮개부재(10)의 벽부의 온도를 950℃ 이하로 할 수 있기 때문에, 이 방사촉진성 도료를 도포함으로써 덮개부재(10)가 장기간 사용에 견딜 수 있게 된다.1 shows an example in which the combustor shown in FIG. 1 is applied to the boiler main body 1 for the steam generator of the domestic fuel cell system, and water filled in the
도 2는 본 발명에 따른 연소기(4)를 이용한 보일러의 일실시예를 나타내는 것으로, 보일러 본체(1)의 내통(2) 안이면서 연소부(11)의 위쪽에 다수개의 물관(33, 33,…)으로 이루어지는 열교환부(34)를 배치한 구성으로 되어 있다. 한편, 내통(2)의 내측에 배기관(40)이 접속되어 있다.Figure 2 shows an embodiment of a boiler using a
열교환부(34)의 위쪽에는 물받이탱크(35)가 설치되어 있고, 이 물받이탱크(35)에 물 공급관(36)이 접속되어 있다. 그리고, 열교환부(34)의 각 물관(33)의 입구부(33a)는 물받이탱크(35)에 접속되어 있고, 출구부가 출구실(37)에 접속되어 있다. 이 출구실(37)은 열교환부(34)를 지지하는 지지판(39)의 상부와 물받이탱크(35)의 바닥부 사이에 형성된 공간으로서, 보일러 본체(1)의 열매체재킷(5)으로부터 기액혼합상태로 증발하여 온 것과 열교환부(34)의 출구로부터 기액혼합상태로 증발하여 온 것이 모두 출구실(37)에서 기액분리된다. 그리고, 출구실(37)이 도관(38)으로 열매체재킷(5)의 하부에 연결되어 있기 때문에, 분리된 액체상태의 매체(뜨거운 물)는 순환하여 증발하기 위한 열을 흡수한다. 한편, 액체가 대부분 분리된 기액혼합의 증기는 보일러 본체(1)의 내통(2)과 물받이탱크(35)의 외통부 사이의 공간을 상승하여 물받이탱크(35)의 상부에서 기액분리되며, 분리된 증기는 증기추출관(41)으로부터 외부로 내보내지고, 분리된 뜨거운 물은 물받이탱크(35)에 모인다.A
이와 같은 보일러에서는, 연소기(4)의 연소부(11)로부터 보일러 본체(1)의 내통(2) 안으로 유입한 연소가스의 열은, 내통(2)의 내면으로부터 열매체재킷(5)에 직접 작용하는 동시에, 열교환부(34)에서도 열교환되어 열매체재킷(5)에 공급되는 물을 예열할 수 있고, 연소부(11)에 발생한 연소가스의 열을 유효하게 사용할 수 있다.In such a boiler, the heat of the combustion gas which flowed into the
상기 실시예에 있어서, 연소기(4)의 연소부(11)에서 세라믹 연소통(14)의 길이를 적당히 함으로써, 그곳에서만 연료공급부(12)의 벤투리관형 혼합기(23)로부터 공급된 혼합기체를 미연분이 거의 없는 상태로까지 연소시킬 수 있는 경우에는, 연소실(13)을 구성하기 위한 덮개부재(10)를 생략할 수 있다(덮개부재(10)를 생략한 실시예에 대해서는 후술).In the above embodiment, by adjusting the length of the
또한, 상기 덮개부재(10)를 구비한 경우에도, 이 덮개부재(10) 안에 구성되는 연소실에서의 연소가 이루어져서 연소가스 안의 미연분이 완전히 연소된다면, 덮개부재(10)의 관통구멍(17)을 막도록 하여 들어간 촉매층(18)은 없어도 된다.Also, even when the
이상의 실시예에서는 세라믹 연소통(14)의 출구측에 덮개부재(10)가 설치되어 있었는데, 상술한 바와 같이 연소기(4)의 연소부(11)에서 세라믹 연소통(14)의 길이를 적당하게 함으로써, 그곳에서만 연료공급부(12)의 벤투리관형 혼합기(23)로부터 공급된 혼합기체를 미연분이 거의 없는 상태로까지 연소시킬 수 있는 경우에는, 연소실(13)을 구성하기 위한 덮개부재(10)를 생략할 수 있다. 이것을 제2 실시예로서 도 3에 나타낸다. 도 3에 나타내는 제2 실시예에서는, 세라믹 연소통(14)의 출구측이 내부에 세라믹 연소통(14)으로부터의 연소가스를 반경방향 바깥쪽으로 도출하기 위한 다수개의 안내통로(19)를 구비한 단열체(15d)에 의해 폐쇄되어 있다. 이 단열체(15d)로부터 원주방향 바깥쪽으로 도출된 연소가스는, 도 3의 위쪽으로 배출되는 과정에서, 내통(2)과 외통(3) 사이의 공간안에 다수개의 수직하강물 관(42)이 원주방향으로 간격을 두고 배치되어 이루어지는 보일러 본체(1)의 내통(2)과 이 보일러 본체(1)의 중앙영역에 배치된 다수개의 물관(33)의 각 외벽을 가열한다.In the above embodiment, the
한편, 도 3의 제2 실시예에서는, 도 1의 제1 실시예와 달리 세라믹 연소통(14)이 산화촉매로서 기능하는 온도 이상이 되는 것을 기대할 수 없는 연소부(11)의 상류영역에 대해서는 세라믹 연소통(14)을 생략하고, 대신에 그 생략한 부분에 단열체(15a)가 세라믹 연소통(14)의 내경과 같은 직경인 연소로를 형성하였다. 이와 같은 구조는 세라믹 연소통의 재료비를 절약할 수 있기 때문에 비용적으로 유리하다. 또한, 이러한 구조는 개질기의 가열용, 또는 고형산화물을 이용하는 연료전지 개시시의 가열용으로서도 사용할 수 있다.On the other hand, in the second embodiment of FIG. 3, unlike the first embodiment of FIG. 1, the upstream region of the
본 명세서 안에 기재되어 있음.Described herein.
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