KR20120010581A - 보일러 버너용 에멀젼 연료 점화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보일러 버너용 에멀젼 연료 점화 장치에 관한 것으로, 선단에 에멀젼 연료를 보일러 연소챔버에 분사할 수 있는 소구경의 분사구가 형성되고 분사구 후방에는 상기 분사구보다 직경이 확장된 공동이 형성된 에멀젼 연료 분사노즐과, 에멀젼 연료 예열교반 탱크 하부와 상기 에멀젼 연료 분사노즐의 공동 사이를 연결하고 중간에는 에멀젼 연료 분사노즐 방향으로 에멀젼 연료를 추진할 수 있는 펌프가 마련된 제1에멀젼유로와, 상기 제1에멀젼유로와 독립되어 마련되고, 상기 에멀젼 연료 분사노즐의 공동과 상기 에멀젼 연료 예열교반 탱크 상부를 연결하고 중간에는 제1전자밸브가 마련된 제2에멀젼유로와, 상기 에멀젼 연료 분사노즐 주위에 설치되고 점화트랜스에서 유기된 고전압으로 스파크를 발생하는 점화기와, 상기 점화기 배후에 마련되고, 가스관에 의하여 액화석유가스(LPG) 또는 액화천연가스(LNG)를 저장한 가스저장통에 연결되어 액화석유가스(LPG) 또는 액화천연가스(LNG)를 상기 점화기 측으로 분사하는 가스 분사노즐과, 상기 가스관에 마련된 제2전자밸브과, 사용자가 보일러를 켜면, 상기 제1에멀젼유로의 펌프를 구동하여 예열교반 탱크에서 예열된 에멀젼 연료를 에멀젼 연료 분사노즐측으로 공급함과 동시에, 상기 제2에멀젼유로의 제1전자밸브를 일정시간 열어 에멀젼 연료가 에멀젼 연료 분사노즐의 분사구를 통해 분사되지 않고 예열교환 탱크로 복귀하게 하고, 상기 제2에멀젼유로의 제1전자밸브가 열려 있는 동안 상기 가스관의 제2전자밸브를 열어 상기 가스 분사노즐에서 액화석유가스(LPG) 또는 액화천연가스(LNG)가 상기 점화기측으로 분사되게 하고, 상기 가스관의 제2전자밸브가 열려있는 동안 상기 점화트랜스에 전원을 투입하여 점화기에서 스파크가 발생하게 하는 콘트롤러를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

보일러 버너용 에멀젼 연료 점화 장치{IGNITING APPARATUS FOR BOILER EMULSION FUEL}

본 발명은 보일러 버너용 에멀젼 연료 점화 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 액체연료(중질유, 경질유, 중질유와 경질유의 혼합유, 이들의 혼합유 등을 포함, 이하 같음)와 물을 정해진 비율로 혼합 및 교반하여 만든 에멀젼 연료를 보일러 연료로 사용할 때, 버너의 에멀젼 연료 분사노즐에서 착화가 용이하게 일어날 수 있게 한 보일러 버너용 에멀젼 연료 점화 장치에 관한 것이다.

액체연료에 물을 혼합하여 분산시킨 에멀젼 연료를 난방유나 보일러유로 사용할 필요가 점점 커지고 있다. 액체연료와 물은 서로 용해되지 않지만, 미량의 촉매와 함께 액체연료와 물을 일정비율(예를 들어 액체연료:물 = 70질량% ~ 90질량% : 30질량% ~ 10질량%)로 혼합하여 교반하면, 물이 미세한 수적 상태로 액체연료에 분산되어 에멀젼 연료가 된다. 미량의 촉매는 미리 액체연료에 넣을 수도 있고, 물에 넣을 수도 있다. 이렇게 얻은 에멀젼 연료는 연소시 완전연소하기 때문에 에멀젼화 되지 않은 액체연료에 비해 연소시 배출되는 유해배출가스(일산화탄소,황산화물,질소산화물,먼지등)가 현저히 적고 따라서 친환경적으로 난방유나 보일러유로 사용될 수 있다.

그러나, 에멀젼 연료를 보일러 등의 연료로 사용하기 위해서는 보일러 기동시 보일러 버너의 점화기에 의하여 착화가 이루어져야 하는 데, 에멀젼 연료는 물이 많이 포함되어 있고 발화점이 높을 뿐만 아니라 기동 초기에 분사노즐의 분사구 통과시 적절히 무화되기 어렵기 때문에, 점화기에 의한 착화가 잘 이루어지지 않고 빈번히 실패하는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 에멀젼 연료의 착화 불량 문제를 해결하기 위하여 안출 된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 에멀젼 연료를 사용하는 보일러 버너의 착화시 버너의 분사노즐 및 주변 공기를 충분히 예열하여 분사노즐의 분사구를 통과하는 에멀젼 연료가 적절히 무화(霧化) 되게 함으로써 에멀젼 연료의 착화가 실패 없이 이루어질 수 있는 보일러 버너용 에멀젼 연료 점화 장치를 제공하는 데 있다.

상술한 본 발명의 과제는, 보일러 버너용 에멀젼 연료 점화 장치를, 선단에 에멀젼 연료를 보일러 연소챔버에 분사할 수 있는 소구경의 분사구가 형성되고 분사구 후방에는 상기 분사구보다 직경이 적어도 5배 이상 확장된 공동이 형성된 에멀젼 연료 분사노즐과, 에멀젼 연료 예열교반 탱크 하부와 상기 에멀젼 연료 분사노즐의 공동 사이를 연결하고 중간에는 에멀젼 연료 분사노즐 방향으로 에멀젼 연료를 추진할 수 있는 펌프가 마련된 제1에멀젼유로와, 상기 제1에멀젼유로와 독립되어 마련되고, 상기 에멀젼 연료 분사노즐의 공동과 상기 에멀젼 연료 예열교반 탱크 상부를 연결하고 중간에는 제1전자밸브가 마련된 제2에멀젼유로와, 상기 에멀젼 연료 분사노즐 주위에 설치되고 점화트랜스에서 유기된 고전압으로 스파크를 발생하는 점화기와, 상기 점화기 배후에 마련되고, 가스관에 의하여 액화석유가스(LPG) 또는 액화천연가스(LNG)를 저장한 가스저장통에 연결되어 액화석유가스(LPG) 또는 액화천연가스(LNG)를 상기 점화기 측으로 분사하는 가스 분사노즐과, 상기 가스관에 마련된 제2전자밸브과, 사용자가 보일러를 켜면, 상기 제1에멀젼유로의 펌프를 구동하여 예열교반 탱크에서 예열된 에멀젼 연료를 에멀젼 연료 분사노즐측으로 공급함과 동시에, 상기 제2에멀젼유로의 제1전자밸브를 일정시간 열어 에멀젼 연료가 에멀젼 연료 분사노즐의 분사구를 통해 분사되지 않고 예열교환 탱크로 복귀하게 하고, 상기 제2에멀젼유로의 제1전자밸브가 열려 있는 동안 상기 가스관의 제2전자밸브를 열어 상기 가스 분사노즐에서 액화석유가스(LPG) 또는 액화천연가스(LNG)가 상기 점화기측으로 분사되게 하고, 상기 가스관의 제2전자밸브가 열려있는 동안 상기 점화트랜스에 전원을 투입하여 점화기에서 스파크가 발생하게 하는 콘트롤러를 포함하여 구성함으로써 해결된다.

상술한 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 제2에멀젼 유로의 제1전자밸브가 열려 있는 일정시간 동안, 예열된 에멀젼 연료가 에멀젼 연료 분사노즐의 분사구를 통하여 분사됨이 없이, 예열교반탱크와 에멀젼 연료 분사노즐간을 순환하면서, 에멀젼 분사노즐을 예열하고, 가스 분사노즐에 의하여 분사된 가스연료가 점화기의 스파크에 의하여 우선 착화하여 에멀젼 분사노즐 및 노즐 주변을 가열함으로써, 제2에멀젼 유로의 제1전자밸브를 닫아 에멀젼 연료가 에멀젼 연료 분사노즐의 분사구를 통해 분출할 때 에멀젼 연료가 착화되기 쉬운 상태로 가열 및 무화(霧化) 되므로, 에멀젼 연료가 실패 없이 착화 되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 보일러 버너용 에멀젼 연료 점화 장치의 구성도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하면서, 본 발명의 구체적인 실시 예를 상세히 설명한다.

도 1에는 도시되지 않았지만, 본 발명에 따른 보일러 버너용 에멀젼 연료 점화 장치의 주변에는 액체연료를 저장하는 액체연료 탱크와, 물을 저장하는 물 탱크와, 이들 탱크에 저장된 액체연료 및 물을 일정 비율로 계량하여 소량씩 자동으로 예열교반탱크에 투입하는 액체 연료 자동 공급 장치 및 물 자동 공급 장치가 마련된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 예열교반탱크(1)에는 액체연료 투입구(11) 및 물 투입구(9)가 마련되고, 액체 연료 자동 공급 장치 및 물 자동 공급 장치는 이 투입구(11)들을 통하여 액체연료 및 물을 소량씩 일정한 비율로 공급한다.

액체연료 또는 물에는 미량의 촉매를 혼합한다. 상기 촉매는 에멀젼 연료가 유수분리 되는 것을 막아 주거나, 에멀젼 연료의 완전 연소를 촉진하거나, 유황산화물 또는 질소산화물의 생성을 억제시키는 물질들로, 예를 들어 망간, 콜로이드상 자성산화철, 또는 이들과 동일 유사한 기능을 수행하는 에멀젼 연료유 첨가제이다. 촉매는 액체연료의 종류에 따라 혼합연료100%(액체연료+물)에 대하여 0.3중량% - 0.5중량%의 비율로 혼합된다. 상기 액체연료는 중질유, 경질유, 이들의 혼합유 등으로, 액체연료 탱크에 물과 분리된 채 저장되기 때문에, 예열교반탱크(1)에 투입되기 전에는 에멀젼화가 진행되지 않는다. 상기 예열교반 탱크(1)에서의 가열시간을 단축하고, 정량씩 이송하는 과정에서 유동성을 좋게 하기 위해서, 액체연료는 액체연료 자동 공급 장치 이전 단계에서 보조탱크에서 미리 어느 정도 가열될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 예열교반 탱크(1)에는 일정비율로 유입된 물 및 액체연료를 교반하여 에멀젼화하는 교반팬(5)과, 상기 교반팬(5)을 구동하는 교반모터(3)와, 에멀젼 연료를 예열하는 히터(7)가 마련된다.

상기 히터(7)에 의한 에멀젼 연료 예열 온도는 사용하는 액체연료의 종류에 따라 다르지만, 예를 들어, 액체연료로 벙커C유를 사용할 경우 약 85℃~90℃까지 예열이 가능하다. 이 이상의 온도로 예열하는 것이 바람직하지만, 물이 벙커C유에 섞이기 때문에 물의 증발로 인하여 90℃ 이상으로 예열하는 것은 어렵다. 예열교반 탱크(1)에서 만들어진 에멀젼 연료는 필터(13) 및 펌프(15)를 거쳐 보일러 버너의 에멀젼 연료 분사노즐(17)에 공급된다.

에멀전 연료가 에멀젼 연료 분사노즐(17)에서, 분사되어 무화되면서 착화가 이루어지기 위해서는, 분사시 예열온도 이상으로 가열되어야 한다. 예를 들어, 액체연료가 벙커C유인 경우 에멀젼 연료 분사노즐(17)에서 적어도 90℃~110℃ 이상으로 가열되어야 분사구(19)를 통과할 때 충분히 분산되고 무화되어, 공기와의 접촉빈도 및 접촉 양이 많아지고, 착화에 이르게 된다. 착화가 이루어진 후에는 에멀젼 연료 분사노즐(17) 및 주변 온도가 쉽게 연소를 유지할 수 있는 온도를 유지하지만, 보일러를 중단한 후 다시 기동하는 초기에는 에멀젼 연료 분사노즐(17)이 식어 있기 때문에 에멀젼 연료 분사노즐(17)을 착화 온도까지 예열할 필요가 있다.

본 발명의 특징은, 에멀젼 연료 분사노즐(17) 및 그 주변 온도를 에멀젼 연료가 단시간(30초 내지 40초) 이내에 착화 되어 연소 상태를 유지할 수 있는 온도로 높여 주기 위하여, 에멀젼 연료 분사노즐(17) 선단에 에멀젼 연료를 보일러 연소챔버에 분사할 수 있는 소구경의 분사구(19)를 형성하고 분사구 후방에는 상기 분사구(19)보다 직경이 확장된 공동(20)을 형성하고, 보일러 시동 초기 일정시간(30초 내지 40초) 동안, 공동(20)과 예열교반 탱크(1)간에 예열된 에멀젼 연료가 순환하게 함과 동시에, 점화기(35) 배후에서 점화기(35)측으로, 예열 없이 비교적 저온에서 점화할 수 있는 가스연료(액화석유가스 또는 액화천연가스)를 분사하여 연소시키는 데 있다.

이를 위하여 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 보일러 버너용 에멀젼 연료 점화 장치는, 선단에 에멀젼 연료를 보일러 연소챔버(27)에 분사할 수 있는 소구경의 분사구(19)가 형성되고 분사구(19) 후방에는 상기 분사구(19)보다 직경이 확장된 공동(20)이 형성된 에멀젼 연료 분사노즐(17)과, 에멀젼 연료 예열교반 탱크(1) 하부와 상기 에멀젼 연료 분사노즐(17)의 공동(20) 사이를 연결하고 중간에는 에멀젼 연료 분사노즐(17) 방향으로 에멀젼 연료를 추진할 수 있는 펌프(15)가 마련된 제1에멀젼유로(P1)와, 상기 제1에멀젼유로(P1)와 독립되어 마련되고, 상기 에멀젼 연료 분사노즐(17)의 공동(20)과 상기 에멀젼 연료 예열교반 탱크(1) 상부를 연결하고 중간에는 제1전자밸브(S1)가 마련된 제2에멀젼유로(P2)를 포함한다. 후술하는 바와 같이, 상기 펌프(15)는 보일러가 가동되는 동안 계속 구동하여 에멀젼 연료를 에멀젼 연료 분사노즐(17)측으로 추진하지만, 상기 제1전자밸브(S1)는 보일러 가동 초기 30초 내지 40초 정도만 열려 있다 닫힌다. 상기 에멀젼 연료 분사노즐(17)의 공동(20)의 직경은 분사구(19)의 직경보다 적어도 10배 이상인 것이 바람직하다. 또한, 제1에멀젼유로(P1) 및 제2에멀젼유로(P2)의 내경도 상기 에멀젼 연료 분사노즐(17)의 분사구(19) 직경보다 적어도 5배이상 크게 형성한다. 이렇게 함으로써, 상기 제1전자밸브(S1)가 열려 있는 동안, 상기 펌프(15)에 의하여 추진되는 에멀젼 연료는 예열교반탱크(1)로부터 에멀젼 연료 분사노즐(17)의 공동(20)에 투입된 후 분사구(19)를 통해 분출되지 못하고, 대부분 제2에멀젼유로(P2)를 경유하여 예열교반탱크(1)로 복귀하고, 이 과정에서 예열된 에멀젼 연료에 의하여 에멀젼 연료 분사노즐(17)이 가열된다.

본 발명에 따른 보일러 버너용 에멀젼 연료 점화 장치는, 일반적인 보일러 버너용 점화 장치에 있어서와 같이, 상기 에멀젼 연료 분사노즐(17) 주위에 점화트랜스(31)에서 유기된 고전압으로 스파크를 발생하는 점화기(35)가 설치된다.

또한, 본 발명에 따른 보일러 버너용 에멀젼 연료 점화 장치는, 상기 점화기(35) 배후에, 액화석유가스(LPG) 또는 액화천연가스(LNG) 등의 가스연료를 분사할 수 있는 가스 분사노즐(33)이 설치된다. 상기 가스 분사노즐(33)은 가스관(P3)에 의하여 액화석유가스(LPG) 또는 액화천연가스(LNG)를 저장한 가스연료통(29)에 연결되어 액화석유가스(LPG) 또는 액화천연가스(LNG)를 상기 점화기(35) 측으로 분사할 수 있다. 상기 가스관(P3)에는 상기 점화트랜스(31)와 전원 투입이 동기화된 제2전자밸브(S2)가 부착된다. 따라서, 상기 점화기(35)에 스파크가 발생하는 동안 상기 가스 분사노즐(33)에서는 가스연료가 분사되고, 가스가 연소하면서, 그 연소열에 의하여 상기 에멀젼 연료 분사노즐(27) 및 그 주변 온도가 에멀젼 연료의 착화 온도에 이를 때까지 상승하게 된다.

상기, 펌프(15), 제1전자밸브(S1), 제2전자밸브(S2) 및 점화트랜스(31)의 구동은 사용자가 조작가능한 콘트롤러(37)에 의하여 이루어진다. 상기 콘트롤러(37)는 사용자가 보일러를 켜면, 상기 제1에멀젼유로(P1)의 펌프(15)를 구동하여 예열교반 탱크(1)에서 예열된 에멀젼 연료를 에멀젼 연료 분사노즐(17)측으로 공급함과 동시에, 상기 제2에멀젼유로(P2)의 제1전자밸브(S1)를 일정시간(상술한 바와 같이, 30초 내지 40초 정도가 적당함) 열어 에멀젼 연료가 에멀젼 연료 분사노즐(17)의 분사구(19)를 통해 분사되지 않고 예열교환 탱크(1)로 복귀하게 한다. 또한 이와 동시에 상기 콘트롤러(37)는 상기 제2에멀젼유로(P2)의 제1전자밸브(S1)가 열려 있는 동안 상기 가스관(P3)의 제2전자밸브(S2)를 열어 상기 가스 분사노즐(33)에서 액화석유가스(LPG) 또는 액화천연가스(LNG)가 상기 점화기(35)측으로 분사되게 하고, 상기 가스관(P3)의 제2전자밸브(S2)가 열려있는 동안 상기 점화트랜스(31)에 전원을 투입하여 점화기(35)에서 스파크가 발생하게 하여 가스연료가 연소되면서, 에멀젼 연료 분사노즐 및 그 주위를 가열하게 한다. 일정시간(약 30초 내지 40초)이 지난 후, 상기 콘트롤러(37)는 상기 제1전자밸브(S1)를 닫는다. 제1전자밸브(S1)가 닫히면, 상기 펌프(15)에 의하여 추진되는 에멀젼 연료는 더 이상 예열교반탱크(1)로 복귀하지 못하고, 에멀젼 연료 분사노즐(17)의 분사구(19)를 통해 보일러 연소챔버(27) 내로 분사되고, 가스연료의 연소 화염 및 점화기(35)의 스파크에 의하여 착화된다. 에멀젼 연료가 착화된 후 상기 콘트롤러(37)는 제2전자밸브(S2)를 닫고, 점화트랜스(31)의 전원을 차단한다. 이렇게 함으로써, 에멀젼 연료가 고온 분위기하에서 실패 없이 착화 되는 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 에멀젼 연료 분사노즐(17) 및 점화기(35)는, 후방에 공기흡입팬(23)이 마련된 공기덕트(25)의 선단 내에 장치되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 에멀젼 연료 분사노즐(17) 외측에는 상기 공기흡입팬(23)에 의하여 투입되는 외부 공기를 확산시킬 수 있는 공기 확산판(21)을 설치하고, 상기 가스 분사노즐(33)은 상기 공기 확산판(21) 배후에 설치하는 것이 바람직하다. 상기 공기 확산판(21)은 디스크 형상이고, 중심부에는 노즐 외측을 삽입할 수 있는 통공이 형성되며, 디스크 한쪽면(공기흡입팬(23)측 면)에는 공기를 방사 방향으로 유도할 수 있는 요홈이 다수 형성된다. 따라서, 공기흡입팬(23)에서 생성된 공기 흐름이 상기 공기 확산판(21)에 도달하면, 직진하지 못하고 방사 방향으로 확산 되게 진행한다.상기 공기 확산판(21)은 공기의 흐름을 조절하고, 기화된 이후에도 비교적 무거운 에멀젼 연료의 무화 및 확산을 돕고, 무화된 에멀젼 연료와 공기가 잘 섞이게 하여 완전연소가 가능하게 한다. 그러나, 상기 공기 확산판(21)을 상기 가스 분사노즐(33)보다 배후에 설치하거나, 가스 분사노즐(33)을 상기 공기 확산판(21)보다 앞에 설치할 경우, 비교적 가벼운 가스 연료의 상당량이 점화기(35)에 의하여 착화되기 전에 공기흐름에 휩쓸려 갈 수 있다. 따라서, 상기 가스 분사노즐(33)은 항상 상기 공기 확산판(21) 배후에 설치하는 것이 바람직하다.

1 : 예열교반탱크 3 : 교반모터
5 : 교반팬 7 : 히터
9 : 물 투입구 11 : 액체연료 투입구
13 : 필터 15 : 펌프
17 : 에멀젼연료 분사노즐 19 : 분사구
21 : 공기확산장치 23 : 공기흡입팬
25 : 공기덕트 27 : 보일러 연소챔버
29: 가스연료통 31 : 점화트랜스
33 : 가스 분사노즐 35 : 점화기
37 : 콘트롤러 P1, P2 : 연료 유로
P3 : 가스 유로 S1, S2 : 전자밸브

Claims (2)

1. 선단에 에멀젼 연료를 보일러 연소챔버에 분사할 수 있는 소구경의 분사구가 형성되고 분사구 후방에는 상기 분사구보다 직경이 확장된 공동이 형성된 에멀젼 연료 분사노즐;
   에멀젼 연료 예열교반 탱크 하부와 상기 에멀젼 연료 분사노즐의 공동 사이를 연결하고 중간에는 에멀젼 연료 분사노즐 방향으로 에멀젼 연료를 추진할 수 있는 펌프가 마련된 제1에멀젼유로;
   상기 제1에멀젼유로와 독립되어 마련되고, 상기 에멀젼 연료 분사노즐의 공동과 상기 에멀젼 연료 예열교반 탱크 상부를 연결하고 중간에는 제1전자밸브가 마련된 제2에멀젼유로;
   상기 에멀젼 연료 분사노즐 주위에 설치되고 점화트랜스에서 유기된 고전압으로 스파크를 발생하는 점화기;
   상기 점화기 배후에 마련되고, 가스관에 의하여 액화석유가스(LPG) 또는 액화천연가스(LNG)를 저장한 가스저장통에 연결되어 액화석유가스(LPG) 또는 액화천연가스(LNG)를 상기 점화기 측으로 분사하는 가스 분사노즐;
   상기 가스관에 마련된 제2전자밸브; 및
   사용자가 보일러를 켜면, 상기 제1에멀젼유로의 펌프를 구동하여 예열교반 탱크에서 예열된 에멀젼 연료를 에멀젼 연료 분사노즐측으로 공급함과 동시에, 상기 제2에멀젼유로의 제1전자밸브를 일정시간 열어 에멀젼 연료가 에멀젼 연료 분사노즐의 분사구를 통해 분사되지 않고 예열교환 탱크로 복귀하게 하고, 상기 제2에멀젼유로의 제1전자밸브가 열려 있는 동안 상기 가스관의 제2전자밸브를 열어 상기 가스 분사노즐에서 액화석유가스(LPG) 또는 액화천연가스(LNG)가 상기 점화기측으로 분사되게 하고, 상기 가스관의 제2전자밸브가 열려있는 동안 상기 점화트랜스에 전원을 투입하여 점화기에서 스파크가 발생하게 하는 콘트롤러;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 보일러 버너용 에멀젼 연료 점화 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 에멀젼 연료 분사노즐 및 점화기는, 후방에 공기흡입팬이 마련된 공기덕트의 선단 내에 장치되고, 상기 에멀젼 연료 분사노즐 외측에는 상기 공기흡입팬에 의하여 투입되는 공기를 확산시킬 수 있는 공기 확산판을 설치하고, 상기 가스 분사노즐은 상기 공기 확산판 배후에 설치한 것을 특징으로 하는 보일러 버너용 에멀젼 연료 점화 장치.

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