KR20210048076A - 분사 방향의 제어가 가능한 3차원 연료 분무 인젝터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일단에 연료의 유입을 위한 연료 유입구가 형성되며, 타단에 상기 연료 유입구로부터 유입된 연료가 토출되는 연료 토출구가 형성되고, 상기 연료 유입구 및 상기 연료 토출구 사이에 연료의 이동을 안내하는 복수 개의 연료 유로가 구비되는 연료 공급관; 일측이 상기 연료 유입구와 연통되고, 내부에 연료가 수용되는 연료 챔버; 및 일단에 상기 연료 토출구와 연통되는 연결구가 형성되고, 타단에 연료가 외부로 분무되는 방향으로 분무구가 형성되어, 연료가 상기 연결구를 지나 상기 분무구를 통과하면서 무화(atomization)되도록 연료 및 기체를 분무시키는 분무 노즐;을 포함하고, 상기 연료 공급관은 길이가 가변적인 것을 특징으로 한다.

Description

분사 방향의 제어가 가능한 3차원 연료 분무 인젝터{3D fuel spray injector with control of injection direction}

본 발명은 연료 분무 인젝터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수 개 이상의 서로 다른 길이를 가지며 길이의 변화가 가능한 연료공급관 및 기체공급관을 통해 연료 및 기체를 효과적으로 분무할 수 있는 분사 방향의 제어가 가능한 3차원 연료 분무 인젝터에 관한 것이다.

일반적으로, 산업용 퍼니스, 가마, 보일러를 비롯하여 소각로 등에 사용되는 버너는 오일 연소량이 크다. 따라서 그 성능에 따라 운전비용 및 환경오염에 영향을 크게 미치게 되므로 버너의 설정 시 저 과잉 공기로 연소가 가능하며, 화염이 짧으면서도 발열량이 높아야 한다. 그리고 분진과 SO4 및 NOx(산화질소) 등의 공해 물질의 발생이 적어야 하며 화염의 안정성 및 응답성이 높아야 한다.

이와 같이 연소가 잘 되기 위해서는 연료의 분사상태가 좋고 또한, 분사된 연료와 연소용 공기의 혼합이 완벽해야 하며, 연소용 공기량, 공기유속, 레지스터로 유입되는 공기의 균일성 및 보염기에서의 공기 회전 등이 연소에 큰 영향을 미치게 되며, 이러한 요인들은 연료분사노즐의 구조적 특징에 크게 좌우된다.

일반적으로 오일연료를 분무하여 연소할 수 있는 종래의 분사노즐은 오일연료와 오일연료를 미립자하기 위한 무화(atomization)재의 혼합위치에 따라 내부혼합형, 외부혼합형, 및 중간혼합형 등으로 구분할 수 있다. 여기서, 무화재로는 압축공기 또는 수증기를 사용하는데, 기체는 밀도가 낮기 때문에 낮은 분사압력에서도 분사 속도가 낮은 액체와의 사이에 큰 상대속도가 생겨서 액체의 미립화가 일어난다.

도 1에는 일반적으로 사용되는 연료분사노즐이 개략 단면도로 도시되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 연료분사노즐(1)에는 연료가 공급되는 연료공급관(10)이 구비된다. 상기 연료공급관(10)의 선단에는 분사노즐(20)이 결합된다.

상기 분사노즐(20)에는 연료가 공급되는 방향으로 복수 개의 분사구(22)가 환형으로 형성된다. 상기 분사구(22)를 통해 연료가 분사되면, 연료가 분사노즐(20)의 전방을 향해 분사되므로 분사구(22)의 중간 부분(C)에는 연료가 분사되지 못하게 된다.

따라서, 분사노즐(20)이 연소실(S)에 설치되어 연소과정을 수행하게 되면, 분사노즐(20)의 분사구(22)를 통해서 분사되는 연료에 의해 불꽃이 상하, 양측으로 나누어지고, 이때, 공기유입관(40)을 통해 공기(Air)와 같은 기체가 공급되더라도 공기가 양 불꽃의 외곽 부분에만 공급되어 분사구(22)의 중간부분(B)에는 공기가 원활하게 공급되지 않으면서 온도가 높아지게 되고, 환경 오염물질인 NOx(산화질소)의 발생량이 증가하게 되는 문제점이 있다.

대한민국 등록실용신안공보 제20-0191094호

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 연료의 분무 액적의 크기를 감소시키는 것과 동시에 분무 각도가 증대되어 기체가 원활하게 혼합될 수 있도록 구성되는 분사 방향의 제어가 가능한 3차원 연료 분무 인젝터를 제공하는 것이다.

또한, 연료공급관 길이의 가변적인 제어가 가능한 기능이 구비된 분사 방향의 제어가 가능한 3차원 연료 분무 인젝터를 제공하는 것이다.

다만, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로, 일단에 연료의 유입을 위한 연료 유입구가 형성되며, 타단에 상기 연료 유입구로부터 유입된 연료가 토출되는 연료 토출구가 형성되고, 상기 연료 유입구 및 상기 연료 토출구 사이에 연료의 이동을 안내하는 복수 개의 연료 유로가 구비되는 연료 공급관; 일측이 상기 연료 유입구와 연통되고, 내부에 연료가 수용되는 연료 챔버; 및 일단에 상기 연료 토출구와 연통되는 연결구가 형성되고, 타단에 연료가 외부로 분무되는 방향으로 분무구가 형성되어, 연료가 상기 연결구를 지나 상기 분무구를 통과하면서 무화(atomization)되도록 연료 및 기체를 분무시키는 분무 노즐;을 포함하고, 상기 연료 공급관은 길이가 가변적일 수 있다.

또한, 상기 연료 공급관은, 상기 연료 유입구로부터 상기 연료 토출구를 향해 수평 방향으로 연장되는 센터 유로관, 및 상기 센터 유로관을 중심으로 좌측 및 우측에 각각 대응되게 형성되는 선회 유로관을 포함하여 구성되고, 상기 선회 유로관은 곡선으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 센터 유로관과 상기 선회 유로관은 각각 길이가 가변적으로 변화되도록 제작될 수 있다.

또한, 상기 연료 유입구의 단면적은 상기 연료 유입구와 수평 방향으로 연결되는 상기 센터 유로관의 일단의 단면적 보다 작고, 상기 센터 유로관의 일단의 단면적은 상기 센터 유로관의 중심의 단면적보다 작으며, 상기 센터 유로관의 중심의 단면적은 상기 연료 토출구와 연결되는 상기 센터 유로관의 타단의 단면적보다 작거나 같을 수 있다.

또한, 상기 센터 유로관의 일단에서 상기 센터 유로관의 중심으로 향할수록 폭이 커지는 방향으로 테이퍼지게 형성될 수 있다.

또한, 상기 선회 유로관은 상기 분무 노즐을 중심으로 방사상으로 복수 개가 배치될 수 있다.

또한, 상기 연료 유입구와 반대되는 위치의 상기 연료 챔버의 타측에는 연료를 상기 연료 챔버 내로 공급하기 위한 연료 공급라인이 연결될 수 있다.

또한, 일단에 기체의 유입을 위한 기체 유입구가 형성되고, 타단에 상기 연결구와 연통되어 상기 기체 유입구로부터 유입된 기체가 토출되는 기체 토출구가 형성되며, 상기 기체 유입구 및 상기 기체 토출구 사이에 기체의 이동을 안내하는 기체 유로가 형성되는 기체 공급관을 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 기체 공급관의 기체 토출구는 상기 센터 유로관의 타단과 인접한 위치에 설치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 분사 방향의 제어가 가능한 3차원 연료 분무 인젝터에 따르면, 연료가 복수 개의 연결 유로로 구성되고 길이의 가변이 가능한 연료 공급관을 유동하며 분무 노즐을 통해 분무되므로, 그 분무 액적의 크기가 작고 넓게 퍼지면서 분무될 수 있다. 따라서 불꽃의 온도가 너무 높게 상승되는 것을 방지하는 것과 동시에 불꽃의 길이가 짧아지도록 함으로써, 연소 시 질소산화물(NOx)의 발생량을 현저히 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 일반적으로 사용되는 연료분사노즐을 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분사 방향의 제어가 가능한 3차원 연료 분무 인젝터의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분사 방향의 제어가 가능한 3차원 연료 분무 인젝터의 구성을 나타내는 개략 단면도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 분사 방향의 제어가 가능한 3차원 연료 분무 인젝터의 형상과 유동해석을 나타내는 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.

본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 분사 방향의 제어가 가능한 3차원 연료 분무 인젝터의 구성이 사시도로 도시되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 분사 방향의 제어가 가능한 3차원 연료 분무 인젝터에는 연료 공급관(100)이 구비된다. 본 실시예에서, 상기 연료 공급관(100)은 센터 유로관(110), 선회 유로관(111), 연료 유입구(120) 및 연료 토출구(130)가 구비된다.

상기 연료 유입구(120)는 아래에서 설명될 연료 챔버(140)로부터 전달받은 연료가 유입되는 부분이고, 상기 연료 토출구(130)는 상기 연료 유입구(120)로부터 유입된 연료가 토출되는 부분이다. 그리고 아래에서 설명될 센터 유로관(110) 및 선회 유로관(111)은 상기 연료 유입구(120) 및 연료 토출구(130) 사이에 구비된다.

본 실시예에서, 상기 연료 공급관(100)의 길이 대 직경 비율은 5:1 내지 10:1 인 것이 바람직하다. 이는 연료가 상기 연료 공급관(100)을 따라 이동하면서 유동이 균일하게 일어나도록 하기 위함이다.

본 실시예에서, 상기 연료 공급관(100)에는 복수 개의 연료 유로가 구비된다. 상기 연료 유로는 서로 다른 길이를 가지는 관에 의해 형성될 수 있다.

이를 위해, 상기 연료 공급관(100)은 센터 유로관(110) 및 선회 유로관(111)으로 구성될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 센터 유로관(110)은 연료 유입구(120)로부터 상기 연료 토출구(130)를 향해 수평 방향으로 연장된다. 상기 센터 유로관(110)의 일단(110a)은 연료 유입구(120)와 연결되고, 타단(11b)은 연료 토출구(130)와 연결된다.

본 실시예에서, 상기 연료 유입구(120)의 단면적은 상기 센터 유로관(110)의 일단(110a)의 단면적보다 작다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 연료 유입구(120)의 폭은 상기 센터 유로관(110)의 일단(110a)의 폭보다 작다. 그리고 상기 센터 유로관(110)의 일단(110a)의 단면적은 상기 센터 유로관(110)의 중심(110c)의 단면적보다 작다.

또한, 상기 센터 유로관(110)의 중심(110c)의 단면적은 상기 연료 토출구(130)와 연결되는 상기 센터 유로관(110)의 타단(110b)의 단면적보다 작거나 같을 수 있다. 즉, 상기 센터 유로관(110)의 중심(110c)의 폭은 연료 토출구(130)의 폭과 같거나 소 폭으로 큰 폭으로 형성될 수 있다.

한편, 상기 연료 유입구(120)의 단면적은 상기 선회 유로관(111)의 단면적보다 작다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 연료 유입구(120)의 폭은 상기 선회 유로관(111)의 일단(111a)의 폭보다 작다.

그리고 상기 선회 유로관(111)의 일단(111a)의 단면적은 상기 선회 유로관(111)의 중심(111c)의 단면적보다 작으며, 상기 선회 유로관(111)의 중심(111c)의 단면적은 상기 연료 토출구(130)와 연결되는 상기 선회 유로관(111)의 타단(111b)의 단면적보다 작거나 같을 수 있다.

또한, 상기 센터 유로관(110)의 일단(110a)에서 상기 센터 유로관(110)의 중심(110c)으로 향할수록 폭이 커지는 방향으로 테이퍼지게 형성될 수 있다.

상기 선회 유로관(111)은 상기 센터 유로관(110)을 중심으로 좌측 및 우측에 각각 대응되게 형성된다. 즉, 상기 선회 유로관(111)은 센터 유로관(110)을 중심으로 방사상으로 배치될 수 있다. 여기서 상기 선회 유로관(111)은 곡선으로 이루어질 수 있다. 이는 상기 선회 유로관(111)을 통해 연료가 소정의 시간 동안 정체되면서 넓게 퍼져 나갈 수 있도록 하기 위함이다.

본 실시예에서, 상기 센터 유로관(110)의 중심(110c) 단면적은 상기 선회 유로관(111)의 중심(111c) 단면적보다 크게 형성될 수 있다. 이는 연료가 상기 선회 유로관(111) 보다 상기 센터 유로관(110)을 통해 원활하게 빠져나가도록 하기 위함이다.

본 실시예에서, 선회 유로관(111)은 두 개이지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 선회 유로관(111)은 상기 센터 유로관(110)을 중심으로 방사상으로 복수 개가 구비될 수도 있다.

이와 같이 구성되는 상기 연료 공급관(100)에 의하면, 상기 연료 유입구(120)에서 연료가 유입되면서 상기 센터 유로관(110)을 지나는 것과 동시에 상기 선회 유로관(111)을 지나면서 좌우 유동이 유발되고, 이 유동을 통해 상기 센터 유로관(110)의 내부에서도 연료가 좌우 유동하며 퍼지면서 연료 토출구(130)로 나가게 됨으로서, 연료의 분무각이 확장될 수 있게 된다.

또한, 연료가 상기 센터 유로관(110)의 타단(110b) 및 상기 선회 유로관(111)의 타단(111b)을 통과하며 동시에 상기 연료 토출구(130)로 나가므로, 즉, 상기 센터 유로관(110)을 통과하는 연료가 상기 연료 토출구(130)에서 상기 선회 유로관(111)을 통과한 연료와 만나면서 크게 유동되므로 서로 충돌하여 미립화가 일어나면서 분무각이 더욱 커질 수 있게 된다.

따라서, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 연료 유입구(120)를 지나 상기 센터 유로관(110)의 일단(110a) 및 선회 유로관(111)의 일단(111b)을 통과하면서 상기 센터 유로관(110)을 통과하는 연료의 유동이 발생하게 되고, 상기 센터 유로관(110)을 통과하는 연료가 상기 연료 토출구(130)에서 상기 선회 유로관(111)을 통과한 연료와 만나면서 크게 유동되므로 유동의 각도를 크게 형성하게 된다.

이와 같이, 연료가 상기 연료 공급관(100)을 통해 유동하여 분무각이 커지게 되면, 기체와 만났을 경우 서로 충돌하면서 최종적인 미립화가 일어나 연료의 액적의 크기가 작아지며 기체와 용이하게 혼합될 수 있고, 분무각이 더욱 넓어지게 된다.

따라서, 연소효율을 더욱 높일 수 있고, 불꽃의 온도가 너무 높게 상승되는 것을 방지하는 것과 동시에 불꽃의 길이가 짧아지도록 함으로써, 연소 시 질소산화물(NOx)의 발생량을 현저히 감소시킬 수 있다.

상기 센터 유로관(110)과 상기 선회 유로관(111)은 각각 길이가 가변적으로 변화되도록 제작될 수 있다. 구체적으로, 상기 센터 유로관(110)과 상기 선회 유로관(111)은 텔레스코픽 타입의 관으로 제작되어 필요에 따라서 엑티브 컨트롤(미도시)를 통해서 자동이나 사용자가 직접 수동으로 길이를 변화시킬 수 있어, 연료 공급관(100)을 대칭이나 비대칭으로 경사가 지도록 변형시킬 수 있다. 즉, 유압을 이용한 유압실린더 구조를 적용하여 유압펌프로 다단의 텔레스코픽 타입의 센타 유로관(110)이나 선회 유로관(111)의 길이의 제어가 가능하다. 이때, 액티브 컨트롤러와 유압펌프 등을 연결시켜서 수동 뿐만 아니라 자동으로 작동의 제어가 가능하다.

본원 발명에 적용되는 액티브 컨트롤 서스펜션이란 각종 센서로 자동차의 주행 상태를 감지하여 하이드로 뉴매틱(pneumatic) 서스펜션 실린더 내의 오일 양과 압력을 조정함으로써, 자동차가 노면 상태에 따라 받는 흔들림이나 충격을 최소한으로 억제하는 장치이다.

따라서, 상기 선회 유로관(111)은 절곡이나 굽힘이 가능하도록 절곡부가 형성되거나 사용자가 원하는 위치나 각도를 조절할 수 있는 자바라 방식으로 제작될 수 있다. 상기 자바라의 재질은 스테인레스가 될 수 있다.

그러나 상기 스테인레스 재질은 일 실시예이므로 상기 재질로 제한 해석 되어서는 안된다. 상기 자바라는 상기 선회 유로관(111)의 자유로운 방향 조절, 각도 조절이 가능하여 거치 장소에 구애 받지 않는다. 따라서 사용자가 원하는 방향이나 각도로 분무의 조절이 가능하다. 또한, 선회 유로관(111)은 설정된 환경이나 상황에 따라 설정된 형상으로 모양을 형성하는 형상기억 합금 등의 특수소재를 이용하여 제작될 수 도 있다.

한편, 상기 연료 유입구(120)는 연료 챔버(140)와 연결된다. 상기 연료 챔버(140)에는 가압된 연료 액체가 수용될 수 있다. 본 실시예에서, 연료는 경유 또는 중유 등을 사용할 수 있다. 경유나 중유를 사용하는 액상 연료의 분무 노즐은 연료의 점성이 높기 때문에 효율적인 무화(atomization)를 위하여 일차적으로 일정 온도로 가열하여 연료의 유동성을 증가시킨 후 높은 압력을 노즐에 가하여 미세 입자로 분사시키는 것이 바람직하다. 이렇게 형성된 미세 액적은 대개 다량의 잉여공기를 사용한 난류혼합 과정을 통하여 연소가 일어난다. 이 경우 중유는 (60~100) ℃ 온도 영역에서 (10~14) cSt 점도를 가진 상태에서 (20~25)Bar 의 압력으로 분사하여 미세 액적을 만들며, 경유는 20 ℃ 상온에서 점도가 (3~12) cSt 이어서 중유에 비하여 사전 가열의 필요성이 적다.

이를 위해, 상기 연료 챔버(140)에는 히터(H)가 구비될 수 있다. 상기 히터(H)는 상기 연료 챔버(140)로부터 공급되는 연료를 재가열 하는 역할을 한다. 본 실시예에서, 히터(H)는 상기 연료 챔버(140) 내에 구비되지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 연료 챔버(140)의 외측면에 구비될 수도 있다. 상기 히터(H)는 전기적 저항 발열체일 수 있다. 여기서 전기적 저항 발열체란 전기 저항에 의하여 열을 발생시키는 장치로, 통상적으로 사용되는 코일 등에 전기를 흐르게 하는 코일 장치 등이 될 수 있다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 소각용 연료 분무 장치에는 기체 공급관(200)이 구비될 수 있다. 상기 기체 공급관(200)은 연료에 공기와 같은 기체를 공급하는 역할을 한다.

본 실시예에서, 상기 기체 공급관(200)의 일단에는 기체 유입구(210)가 형성된다. 상기 기체 유입구(210)는 기체의 유입을 위한 부분이다.

상기 기체 공급관(200)의 타단에는 기체 토출구(220)가 형성된다. 상기 기체 토출구(220)는 아래에서 설명될 분무 노즐(300)의 연결구(310)와 연통된다. 상기 기체 토출구(220)는 상기 기체 유입구(210)로부터 유입된 기체가 토출되는 부분이다. 상기 기체 토출구(220)는 상기 센터 유로관(110)의 타단(110b)과 인접한 위치에 설치될 수 있다. 또는 상기 기체 토출구(220)는 상기 선회 유로관(111)의 타단(111b) 사이에 설치될 수 있다. 이는 기체가 연료와 혼합이 용이하게 이루어지도록 하기 위함이다.

상기 기체 유입구(210) 및 상기 기체 토출구(220) 사이에는 기체 유로(230)가 형성된다. 상기 기체 유로(230)는 기체의 이동을 안내하는 역할을 한다.

본 실시예에서, 상기 기체 공급관(200)은 하나만 구비되지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 기체 공급관(200)은 필요에 따라 복수 개로 구성될 수 있으며, 이때, 기체 공급관(200)은 선회 유로관(111)과 서로 교차되도록 배치될 수 있다.

상기 기체 공급관(200)의 일단에는 기체 챔버(240)가 연결된다. 상기 기체 챔버(240)에는 가압된 기체가 수용될 수 있다. 본 실시예에서, 기체는 공기이지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 수증기일 수 있다.

한편, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 소각용 연료 분무 장치에는 분무 노즐(300)이 구비된다. 상기 분무 노즐(300)은 연료가 무화(atomization)되도록 연료 및 기체를 분산시키는 역할을 한다.

상기 분무 노즐(300)의 일단에는 연결구(310)가 형성된다. 상기 연결구(310)는 상기 연료 토출구(130) 및 기체 토출구(220)와 연통된다.

상기 분무 노즐(300)의 타단에는 분무구(320)가 형성된다. 상기 분무구(320)는 외부로 분무되는 방향, 즉, 연소실(S)을 향해 분무되는 방향으로 형성된다. 본 실시예에서, 상기 분무구(320)의 단면적은 상기 연결구(310)의 단면적 보다 크게 형성된다. 따라서, 연료 및 기체가 상기 연결구(310) 및 분무구(320)를 통과하면서 넓게 퍼지게 되어 불꽃은 짧으면서 퍼지게 되는데, 이 과정에서 상기 기체 토출구(220)를 통해 유입되는 기체가 와류되면서 연료와 혼합이 잘될 수 있다.

한편, 상기 분무 노즐(300)의 분무구(320)에는 다공판(미도시)이 선택적으로 결합될 수 있다. 상기 다공판은 복수 개의 관통공이 형성되어, 액체 및 기체가 혼합되어 분무될 때 상기 관통공을 통과하면서 분무각이 더욱 넓어지도록 하기 위함이다.

한편, 상기 연료 공급관(100)의 내측에는 초음파 발생기(400)가 설치된다. 본 실시예에서, 상기 초음파 발생기(400)는 상기 센터 유로관(110)의 내측에 설치된다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 소각용 연료 분무 장치에 의하면, 연료가 센터 유로관(110) 및 복수 개의 선회 유로관(111)으로 구성되는 연료 공급관(100)을 유동하며 분무 노즐(300)을 통해 분무되므로, 그 분무 액적의 크기가 작고 넓게 퍼지면서 분무될 수 있다.

따라서 연소 효율을 높일 수 있으므로, 불꽃의 온도가 너무 높게 상승되는 것을 방지하는 것과 동시에 불꽃의 길이가 짧아지도록 함으로써, 연소 시 질소산화물(NOx)의 발생량을 현저히 감소시킬 수 있다.

특히, 상기 연료 공급관(100) 내에는 초음파를 발생시켜 연료의 무화(atomization) 현상을 촉진하는 초음파 발생기(400)가 설치될 수 있다. 따라서 연료의 미립화가 더욱 촉진되므로, 분무 액적의 크기를 더욱 감소시킬 수 있는 것과 동시에, 분무각이 넓어질 수 있어 연소효율을 더욱 높일 수 있다.

상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시 예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시 예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.

100: 연료 공급관
101: 연료 유로관
110: 센터 유로관
111: 선회 유로관
120: 연료 유입구
130: 연료 토출구
140: 연료 챔버
200: 기체 공급관
210: 기체 유입구
220: 기체 토출구
230: 기체 유로
300: 분무 노즐
310: 연결구
320: 분무구
H: 히터
S: 연소실

Claims (9)

1. 일단에 연료의 유입을 위한 연료 유입구가 형성되며, 타단에 상기 연료 유입구로부터 유입된 연료가 토출되는 연료 토출구가 형성되고, 상기 연료 유입구 및 상기 연료 토출구 사이에 연료의 이동을 안내하는 복수 개의 연료 유로가 구비되는 연료 공급관;
   일측이 상기 연료 유입구와 연통되고, 내부에 연료가 수용되는 연료 챔버; 및
   일단에 상기 연료 토출구와 연통되는 연결구가 형성되고, 타단에 연료가 외부로 분무되는 방향으로 분무구가 형성되어, 연료가 상기 연결구를 지나 상기 분무구를 통과하면서 무화(atomization)되도록 연료 및 기체를 분무시키는 분무 노즐;을 포함하고,
   상기 연료 공급관은 길이가 가변적인 것을 특징으로 하는 분사 방향의 제어가 가능한 3차원 연료 분무 인젝터.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 연료 공급관은,
   상기 연료 유입구로부터 상기 연료 토출구를 향해 수평 방향으로 연장되는 센터 유로관, 및
   상기 센터 유로관을 중심으로 좌측 및 우측에 각각 대응되게 형성되는 선회 유로관을 포함하여 구성되고,
   상기 선회 유로관은 곡선으로 이루어진 것을 특징으로 하는 분사 방향의 제어가 가능한 3차원 연료 분무 인젝터.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 센터 유로관과 상기 선회 유로관은 각각 길이가 가변적으로 변화되도록 제작되는 것을 특징으로 하는 분사 방향의 제어가 가능한 3차원 연료 분무 인젝터.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 연료 유입구의 단면적은 상기 연료 유입구와 수평 방향으로 연결되는 상기 센터 유로관의 일단의 단면적 보다 작고,
   상기 센터 유로관의 일단의 단면적은 상기 센터 유로관의 중심의 단면적보다 작으며,
   상기 센터 유로관의 중심의 단면적은 상기 연료 토출구와 연결되는 상기 센터 유로관의 타단의 단면적보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 분사 방향의 제어가 가능한 3차원 연료 분무 인젝터.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 센터 유로관의 일단에서 상기 센터 유로관의 중심으로 향할수록 폭이 커지는 방향으로 테이퍼지게 형성되는 것을 특징으로 하는 분사 방향의 제어가 가능한 3차원 연료 분무 인젝터.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 선회 유로관은 상기 분무 노즐을 중심으로 방사상으로 복수 개가 배치되는 것을 특징으로 하는 분사 방향의 제어가 가능한 3차원 연료 분무 인젝터.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 연료 유입구와 반대되는 위치의 상기 연료 챔버의 타측에는 연료를 상기 연료 챔버 내로 공급하기 위한 연료 공급라인이 연결되는 것을 특징으로 하는 분사 방향의 제어가 가능한 3차원 연료 분무 인젝터.
   
8. 제 7항에 있어서,
   일단에 기체의 유입을 위한 기체 유입구가 형성되고, 타단에 상기 연결구와 연통되어 상기 기체 유입구로부터 유입된 기체가 토출되는 기체 토출구가 형성되며, 상기 기체 유입구 및 상기 기체 토출구 사이에 기체의 이동을 안내하는 기체 유로가 형성되는 기체 공급관을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 분사 방향의 제어가 가능한 3차원 연료 분무 인젝터.
   
9. 제 8항에 있어서,
   상기 기체 공급관의 기체 토출구는 상기 센터 유로관의 타단과 인접한 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 분사 방향의 제어가 가능한 3차원 연료 분무 인젝터.

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