WO2009102131A1 - 플라스틱 연료 연소장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라스틱 고형 연료를 연소시키기 위한 연소장치에 관한 것으로, 연료 투입부(110)와 연료 배출홀(101)을 갖는 기화로 축(100)과; 상기 기화로 축(100) 내에서 회동하여 연료를 이송시키기 위한 스크루(210)를 갖는 스크루 축(200)과; 상기 기화로 축(100)과 스크루 축(200)을 회전 구동하기 위한 모터(300)와; 연료투입구(401)를 가지며 상기 기화로 축(100)을 지지하는 바디부(400)와; 상기 기화로 축(100)의 바깥에 고정되어 연료를 기화시키기 위한 기화부(500)와; 상기 기화부(500)를 감싸되 기화된 연료가 배출되는 가스 배출홀(612)이 형성된 원추 형상의 가스 배출부(611)를 갖는 인너 하우징(610)과; 공기 투입구(621)와, 공기 및 가스가 배출되는 연소관(622)을 가지면서 상기 인너 하우징(610)의 바깥을 감싸는 아웃터 하우징(620)과; 상기 기화부(500)에서 기화된 가스가 경유하면서 가스의 이물질을 제거하기 위한 집진부(700)와; 상기 기화부(500) 내측에 구비되어 상기 집진부(700)를 경유한 가스를 상기 가스 배출부(611)로 유도하는 기화관(530)과; 상기 기화부(500)를 예열하기 위한 예열버너부(800)로 구성되어, 재활용이 어려운 폐 플라스틱을 연료로 사용이 가능하여 환경오염을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

플라스틱 연료 연소장치

본 발명은 플라스틱 고형 연료를 연소시키기 위한 연소장치에 관한 것이다.

플라스틱은 금속이나 세라믹 등 타 소재에 비하여 가공이 용이하며 부식의 염려가 없고 경제적이어서 포장재, 단열재, 전기 전자기기 부품, 자동차 부품이나 내장재 등과 같이 다양하게 널리 사용되고 있다.

그러나, 플라스틱은 내부식성, 내약품성, 내구성 등이 우수한 반면에 자연 상태에서 분해가 잘 되지 않아서 환경 파괴를 유발할 수가 있으며, 소각 처리 시에는 유독 물질의 발생 등의 문제점이 있어서 플라스틱 폐기물의 처리에 많은 문제점이 있다.

따라서, 폐 플라스틱을 재생하여 사용하거나 재활용하는 문제에 대하여 많은 노력을 갖고 있다.

폐 플라스틱을 활용하기 위한 방안 중에는 폐 플라스틱 중에 열가소성 수지를 작은 입자로 분쇄하여 일정한 형태로 성형한 후에 연료로 사용하는 방안이 있다.

이러한 폐 플라스틱 연료의 사용은 재활용이 불가능한 플라스틱을 자원화하여 환경 오염을 방지하고 연소 시에 발생된 열에너지를 농업분야나 기타 산업분야에서 다양하게 활용할 수 있는 이점이 있다.

본 발명은 플라스틱 연료를 효과적으로 기화시켜 연소 효율을 높이면서도 장치의 부피를 작게 구성할 수 있는 플라스틱 연료 연소장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 플라스틱 연료를 사용하는 연소장치에 있어 플라스틱 연료를 신속히 기화시키며 연료의 기화 과정에서 필요한 플라스틱 열분해 온도를 안정적이며 균일하게 유지할 수 있는 플라스틱 연료 연소장치를 제공하고자 한다.

다음으로, 본 발명은 플라스틱 연료를 사용하는 연소장치에 있어 연료의 투입량을 효과적으로 제어가 가능한 플라스틱 연료 연소장치를 제공하고자 한다.

다음으로, 본 발명은 플라스틱 연료를 사용하는 연소장치에 있어 플라스틱 연료의 용융 기화 과정에서 기화되지 못하는 이물질을 연소장치 바깥으로 배출되도록 하여 연소장치의 작동 과정에서 이물질이 기화부 내에 축적되어 발생될 수 있는 열 손실과 연소 효율의 저하를 방지할 수 있는 플라스틱 연료 연소장치를 제공하고자 한다.

다른 한편으로, 본 발명은 플라스틱 연료를 사용하는 연소장치에 있어 예열 시에 필요한 연료를 별도로 준비할 필요 없이 연소장치의 작동 중에 발생되는 기화 연료를 저장하여 예열 시에 사용할 수 있는 가스 저장장치를 갖는 플라스틱 연료 연소장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 플라스틱 연료 연소장치는, 연료 투입부를 가지며, 다수의 연료 배출홀이 형성된 중공의 원통 형상의 기화로 축과; 상기 기화로 축 내에서 회동하여 상기 연료 투입부를 통해 투입된 연료를 수평 이송시키기 위한 스크루를 갖는 스크루 축과; 상기 기화로 축과 스크루 축을 회전 구동하기 위한 모터와; 상기 연료 투입부로 연료가 투입되도록 연료투입구를 가지며 상기 기화로 축을 지지하는 바디부와; 상기 연료 배출홀이 형성된 상기 기화로 축의 바깥에 고정되어 연료를 기화시키기 위한 기화부와; 상기 기화부를 감싸되 기화된 연료가 배출되는 가스 배출홀이 형성된 원추 형상의 가스 배출부를 갖는 인너 하우징과; 공기가 투입되는 공기 투입구와, 이 공기 투입구에서 유입된 공기와 상기 가스 배출부에서 흡입된 가스가 배출되는 연소관을 가지며 상기 인너 하우징의 바깥을 감싸는 아웃터 하우징과; 상기 기화부를 사이로 하여 상기 가스 배출부의 반대편에 위치하며, 상기 기화부에서 기화된 가스가 경유하면서 가스의 이물질을 제거하기 위한 집진부와; 상기 기화부 내측에 구비되어 상기 집진부를 경유한 가스를 상기 가스 배출부로 유도하는 다수의 기화관과; 상기 기화부를 예열하기 위한 예열버너부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 플라스틱 연료 연소장치는 재활용이 불가능한 플라스틱을 자원화하여 환경 오염을 방지할 수 있으며 연소 시에 발생하는 열에너지를 다양하게 활용할 수 있는 장점이 있다.

특히, 본 발명의 플라스틱 연료 연소장치는, 플라스틱 연료를 신속히 기화시키며 연료의 기화 과정에서 필요한 플라스틱 열분해 온도를 안정적이며 균일하게 유지할 수가 있으며, 연료의 투입량을 효과적으로 제어할 수 있다.

또한, 본 발명의 플라스틱 연료 연소장치는 플라스틱 연료를 사용하는 연소장치에 있어 예열 시에 필요한 연료를 별도로 준비할 필요 없이 연소장치의 작동 중에 발생되는 기화 연료를 저장하여 예열 시에 사용할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 플라스틱 연료 연소장치의 구성 단면도,

도 2는 본 발명의 플라스틱 연료 연소장치에 있어 모터 구동부의 바람직한 일례를 보여주는 도면,

도 3은 도 1의 A-A 선의 단면도,

도 4는 도 1의 B-B 선의 단면도,

도 5는 본 발명의 플라스틱 연료 연소장치에 있어 기화부만을 도시한 도면,

도 6은 본 발명의 플라스틱 연료 연소장치에 있어 가이드돌기의 작동예를 설명하기 위한 도면,

도 7은 본 발명의 플라스틱 연료 연소장치에 있어 집진부만을 도시한 도면,

도 8 및 도 9는 본 발명의 플라스틱 연료 연소장치에 있어 기화관 배치의 바람직한 일례를 보여주는 도면,

도 10은 본 발명의 플라스틱 연료 연소장치에 있어 공기와 가스의 흐름을 간략히 보여주는 도면,

도 11은 본 발명의 플라스틱 연료 연소장치에 구비되는 가스 저장장치의 바람직한 일례를 보여주는 도면,

도 12는 본 발명의 플라스틱 연료 연소장치의 작동예를 설명하기 위한 도면.

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1을 참고하면, 기화로 축(100)은 중공의 원통 형상을 가지며, 플라스틱 연료의 투입이 이루어지는 연료 투입부(110)가 구비되며, 이 연료 투입부(110)를 거쳐 투입된 플라스틱 연료가 배출되는 다수의 연료 배출홀(101)이 형성된다.

연료 투입부(110)는 기화로 축(100)에 형성된 홀일 수 있으며, 또는 연료가 선택적으로 투입이 이루어질 수 있는 기능을 갖는 수단에 의해 제공될 수가 있으며 이에 대해서는 구체적으로 다시 설명한다.

다수의 연료 배출홀(101)은 기화로 축(100)을 따라서 일정 간격을 가지 배치되며, 전체적으로는 나선형으로 형성되어 연료 배출홀(101)을 통해 배출되는 연료는 기화부(500) 내에 고르게 투입될 수 있다.

기화로 축(100)의 내측에는 회동이 가능하게 스크루 축(200)이 구비되며, 이 스크루 축(200)에는 스크루(210)가 구비되어 스크루 축(200)의 회전에 따라서 연료 투입부(110)를 통해 투입된 연료가 스크루(210)를 따라 수평 방향으로 이송이 이루어진다. 기화로 축(100)과 스크루 축(200) 사이에는 원활한 회전 운동이 이루어질 수 있도록 마찰을 저감하기 위한 주지의 베어링(203)이 구비된다.

바람직하게는 스크루 축(200)은 중공부(201)를 가지며, 이 중공부(201)를 통해 외부에서 공급된 공기가 흐를 수 있다.

스크루 축(200)의 소정 구간 내에는 외부의 공기가 중공부(201) 내측으로 유입될 수 있도록 다수의 공기 유입홀(202)이 형성된다. 따라서, 공기 유입홀(202)로 유입된 공기는 스크루 축(200)의 중공부(201)를 따라서 연소관(622)으로 배기되어 연소에 사용된다.

기화로 축(100)은 스크루 축(200)의 공기 유입홀(202)과 인접하여 홀(103)이 형성되며, 외부의 공기는 이 홀(103)을 통해 스크루 축(200)의 공기 유입홀(202)로 유입된다.

또한, 이와 같이 외부 공기를 스크루 축(200)을 따라 연소관(622)으로 배기시킴으로써 고온의 기화부(500)와 직접 연결된 스크루 축(200)을 따라서 고온의 열기가 연소장치의 후단으로 전도되어 다른 장치에 영향을 주는 것을 방지한다.

모터(300)는 정회전 또는 역회전 구동이 가능하며 기화로 축(100) 및 스크루 축(200)과 연결되어 기화로 축(100)과 스크루 축(200)을 회전 구동한다. 모터(300)에는 주지의 온/오프 스위치가 구비되어 작업자가 직접 스위치를 조작하여 모터의 구동을 제어할 수도 있으나, 바람직하게는 연료 투입량을 조절하기 위한 수단과 연동될 수 있도록 장치의 제어를 위한 일련의 명령어들이 프로그래밍된 콘트롤러에 의해 제어가 이루어지는 것이 바람직하다.

이러한 콘트롤러는 기화부 내에 온도를 감지할 수 있는 온도 감지수단과 연결되어 기화부의 온도를 외부로 출력할 수 있도록 함으로써 연소장치의 동작 상태를 작업자가 확인 가능하도록 할 수 있다.

특히, 본 발명에 있어 기화로 축(100)과 스크루 축(200)은 서로 반대 방향으로 회전 구동이 이루어짐이 바람직하며, 기화로 축(100)과 스크루 축(200)이 서로 반대 방향으로 회전 구동됨에 따라서 기화로 축(100) 내에서 스크루 축(200)의 회전 구동에 의해 이송되는 플라스틱 연료는 보다 원활하게 기화부로 전달될 수가 있다.

도 2를 참고하면, 기화로 축과 스크루 축을 서로 반대 방향으로 회전 구동하기 위한 모터 구동부의 바람직한 실시예로서, 기화로 축(100)의 내주면에는 내접기어(120)가 형성되며, 모터의 구동축(310)에는 구동기어(311)가 내접기어(120)와 치결합된다. 또한, 스크루 축의 연결축(220)에는 피동기어(221)가 형성되며, 이 피동기어(221)는 모터의 구동기어(311)에 치결합된다.

모터의 구동기어(311)는 기화로 축(100)의 내접기어(120) 및 스크루 축의 피동기어(221)와 직접 치결합됨에 따라서 구동기어(311)의 회전에 따라서 기화로 축(100)과 스크루 축(200)은 서로 반대 방향으로 회전이 이루어질 수가 있다.

도 1을 참고하면, 바디부(400)는 기화로 축(100)을 지지하게 되며, 기화로 축(100)의 원활한 회전 구동을 위하여 바디부(400)와 기화로 축(100) 사이에는 마찰을 저감하기 위한 주지의 베어링(402)이 구비되는 것이 바람직하다.

바디부(400)에는 연료투입부(110)의 상부와 인접하여 연료가 투입되는 연료투입구(401)가 구비된다.

앞서 언급한 바와 같이, 본 발명에 있어 연료의 투입은 일정한 조건에 따라서 선택적으로 그 투입량을 조절할 수 있도록 하는 것이 바람직하며, 이하 도 3 및 도 4를 참고하여 본 발명의 연료 투입부의 바람직한 일례를 설명한다.

도 3을 참고하면, 연료투입구(401)와 인접하면서 기화로 축(100)에 대해 회전이 가능한 드럼(111)이 구비되며, 이 드럼(111)에는 부채꼴 모양의 종단면을 가지면서 서로 크기가 다른 다수의 가이드공(111a)(111b)(111c)이 형성된다.

기화로 축(100)에는 드럼(111)의 가이드공을 통하여 플라스틱 연료가 투입될 수 있도록 다수의 홀(100a)이 형성이 된다.

기화로 축(100)에는 드럼(111)의 각 가이드공의 위치를 감지할 수 있는 감지수단(112)이 구비되며, 이 감지수단(112)은 연료투입구(401) 상에 현재 어느 가이드공이 위치하고 있는 지를 감지하여 그 신호를 다른 제어용 수단에 전달한다. 이러한 제어용 수단의 일례로는 모터(300)의 회전을 제어하게 되는 콘트롤러(116)가 될 수가 있다.

본 발명에 있어 감지수단은 회전체의 회전 각도를 검출할 수 있는 다양한 주지의 장치가 이용될 수가 있다. 예를 들어, 감지수단은 드럼과 기화로 축에 각각 구비되어 접촉 시에 전기적인 신호를 발생시키는 접점 또는 스위치일 수가 있으며, 또는 빛의 반사를 감지하여 물체의 유무를 감지할 수 있는 광센서 등이 이용될 수가 있다.

한편, 드럼은 기화로 축의 회전 방향과 연동하여서 한 방향으로만 회전이 이루어질 수 있도록 제동부가 구비되어 기화로 축의 정회전 시에 드럼은 고정된 상태에서 투입된 연료의 이송이 이루어지며, 기화로 축의 역회전 시에는 드럼이 회전하여 가이드공의 위치를 가변하여 투입되는 연료량을 조절할 수 있다.

도 4는 이러한 제동부의 바람직한 일례를 보여주는 도면으로, 기화로 축(100)에는 제1래칫휠(102)이 구비되며, 드럼(111)에는 제1래칫휠(102)과 맞물리는 제1레버(113)가 구비되고 바디부(400)와 마주하는 드럼(111)의 외주면에는 제2래칫휠(114)이 구비된다.

바디부(400)의 내주면에는 제2래칫휠(114)과 맞물리는 제2레버(115)가 구비된다.

제1레버(113)와 제2레버(115)는 래칫휠의 치형과 맞물림 상태를 견고히 유지할 수 있도록 미도시된 스프링에 의해 탄성 지지될 수 있다. 이는 래칫휠의 회전 중에 레버가 래칫휠의 치형을 지지하지 못하여 래칫휠의 역회전이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

제1래칫휠(102)과 제2래칫휠(114)의 기어 방향은 서로 반대가 되며, 따라서 기화로 축(100)의 회전 방향에 따라서 드럼(111)은 한 방향으로만 회전하거나 정지한다.

도 3 및 도 4를 참고하여 연료투입부의 작동관계를 설명하면, 모터(300)에 의해 정회전 또는 역회전 구동이 이루어지는 기화로 축(100)이 시계방향으로 회전하는 경우에는 제1래칫휠(102)에 맞물린 제1레버(113)와 함께 드럼(111)이 회전하게 되며, 이때 감지수단(112)은 드럼(111)의 회전에 의해 가이드공의 위치 변화를 콘트롤러(116)에 전달하게 되며, 콘트롤러(116)는 감지수단(112)으로부터 전달되는 신호를 판단하여 특정 가이드공이 연료투입구(401)에 위치할 때까지 모터(300)를 회전 구동시킨다.

다음으로, 특정 가이드공이 연료투입구(401)에 정확히 위치한 경우에 콘트롤러(116)는 모터(300)를 반대 방향으로 구동하게 되며, 이때 기화로 축(100)은 반시계 방향으로 회전하면서 기회로 축(100)으로 투입된 연료를 이송시키게 된다.

한편, 기화로 축(100)이 반시계 방향으로 구동되는 동안에는 제2레버(115)가 제2래칫휠(114)을 제동하게 되므로 드럼(111)은 정지 상태를 유지하며 특정 가이드공의 위치는 연료투입구(401)에 고정된 상태가 된다.

따라서, 콘트롤러(116)는 모터(300)의 회전 방향을 제어하여 연료투입부 드럼(111)의 회전 각도를 조작함으로써, 연소장치의 작동 중에 투입되는 연료량을 조절할 수가 있다.

다시 도 1을 참고하면, 연료 배출홀(101)이 형성된 기화로 축(100)의 바깥에는 연료를 기화시키기 위한 기화부(500)가 고정되며, 이 기화부(500)의 바깥으로는 기화부(500)를 감싸되 기화된 연료가 배기되는 가스 배출홀(612)이 형성된 원추 형상의 가스 배출부(611)를 갖는 인너 하우징(610)이 구비된다.

인너 하우징(610)의 바깥에는 아웃터 하우징(620)이 구비되며, 이 아웃터 하우징(620)은 공기가 투입되는 공기 투입구(621)와, 이 공기 투입구(621)에서 유입된 공기와 상기 가스 배출부(611)에서 흡입된 가스가 배출되는 연소관(622)을 갖는다.

인너 하우징(610)과 아웃터 하우징(620) 사이에 형성된 공간은 외부에서 공급되는 공기가 흐르게 되며, 이때 원추형상의 가스 배출부(611) 부분은 빠른 공기의 흐름을 유도하기 위하여 이와 인접한 인너 하우징(610)과 아웃터 하우징(620) 사이의 공간은 적당히 좁게 형성하는 것이 바람직하다.

공기 투입구(621)에는 공기를 효과적으로 투입하기 위하여 별도의 송풍기(1)가 마련될 수 있다.

기화부(500)에는 예열을 위하여 예열버너부(800)가 구비되며, 예열 이후에는 고온 상태를 유지하면서 투입된 플라스틱 연료가 용융되어 기화가 이루어진다.

예열버너부(800)에 사용되는 연료는 기름 또는 가스가 이용될 수 있다.

도면부호 811, 821은 예열버너 작동 시에 연소에 필요한 공기가 투입되는 홀이며, 예열버너 작동에 필요한 공기는 공기 투입구(621)를 통해 공급되는 공기가 사용될 수 있으며, 또는 예열버너 작동에 필요한 공기를 공급하기 위하여 별도의 송풍기가 마련될 수도 있다.

도시되지는 않았으나, 예열버너부로 공급되는 공기 량을 조절할 수 있는 솔레노이드 밸브가 구비될 수 있으며, 이러한 공기의 공급을 단속하기 위한 솔레노이드 밸브는 앞서 설명한 콘트롤러에 의해 제어될 수가 있다.

예열버너부(800)는 기름 또는 가스와 같은 별도의 연료가 사용될 수 있으며, 기화부(500)가 충분히 예열되어 연료가 기화되는 시점 이후에는 연료의 공급을 중단하고 예열버너부(800)에 공기만을 투입하여 기화부(500)의 자체 연소에 의해 온도를 유지하도록 하는 것이 바람직하다.

도시되지는 않았으나, 예열버너부로 공급되는 연료량을 조절하기 위하여 주지의 밸브가 구비될 수 있으며, 이러한 연료량을 조절하기 위한 밸브는 앞서 설명한 콘트롤러에 의해 제어될 수가 있다.

기화부(500)의 온도 조건은 플라스틱 연료의 종류에 따라서 결정될 수가 있으며, 고온으로 인하여 발생할 수 있는 기화부의 열 변형 등을 고려하여 대략 300 ~ 500℃ 범위에서 기화부(500)를 유지하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어 기화부(500)는 인너 기화통(510)과 아웃터 기화통(520)으로 구성될 수 있으며, 인너 기화통(510)은 기화로 축(100)을 거쳐 투입된 연료가 직접 투입되는 곳이며, 인너 기화통(510)에서 기화된 가스는 인너 기화통(510)과 아웃터 기화통(520) 사이의 공간을 통하여 집진부(700)로 이동한다.

아웃터 기화통(520)은 일부 모서리(520a)가 곡면을 갖도록 함으로써, 가스가 아웃터 기화통(520)을 따라서 흐르면서 아웃터 기화통의 기하학적 형상에 의해 발생될 수 있는 마찰 저항을 최소화하는 것이 바람직하다.

플라스틱 연료는 수 차례 재활용을 거친 플라스틱을 수거하여 연료화한 것으로, 플라스틱 연료 중에는 연소가 불가한 이물질이 일부 포함될 수가 있다. 따라서, 기화부 내에서 기화되지 않고 남아 있게 되는 이물질을 바깥으로 배출하는 것이 바람직하다.

이를 위하여 인너 기화통과 아웃터 기화통의 내주면에는 다수의 가이드돌기를 배치하여 기화부의 회전과 함께 가이드돌기에 의해 이물질이 기화부 바깥으로 배출될 수 있도록 유도할 수 있다.

도 5를 참고하면, 바람직하게는 인너 기화통(510)의 내주면에는 직각 삼각형을 갖는 다수의 제1가이드돌기(511)가 나선 형태로 구비되며, 아웃터 기화통(520)의 내주면에도 직각 삼각형을 갖는 다수의 제2가이드돌기(521)가 나선 형태로 구비된다. 인너 기화통(510)과 아웃터 기화통(520)에 배치되는 가이드돌기는 서로 반대 방향으로 배치된다.

도 6을 참고하면, 기화로 축(100)과 함께 회동하는 기화부(500)가 시계 방향으로 회전하는 경우에 인너 기화통(510) 내부의 이물질은 제1가이드돌기(511)의 경사면을 따라서 이동이 이루어진다. 즉, 이물질은 화살표 A를 따라서 인너 기화통(510)의 좌측 개구부로 이동하여 아웃터 기화통(520)으로 낙하한 후에 다시 회전하는 아웃터 기화통(520)의 제2가이드돌기(521)에 의해 화살표 B 방향으로 이동시킬 수가 있다. 이와 같이 아웃터 기화통(520)의 후단에 모인 이물질은 바깥으로 배출시킨다.

다시 도 1을 참고하면, 기화부(500)를 사이로 하여 가스 배출부(611)의 반대편에는 집진부(700)가 구비된다. 이 집진부(700)는 기화부(500)에서 기화된 가스가 경유하게 되며, 이 과정에서 가스의 이물질 제거가 이루어진다.

구체적으로 도 7을 참고하면, 집진부(700)는 기화된 가스가 유입되는 다수의 홀(710)이 형성되고 기화부 측과는 분리되어 있다. 집진판(720)에는 가스가 다시 기화부 측으로 이동할 수 있도록 경사를 갖는 오리피스(721)가 형성된다.

인너 기화통과 아웃터 기화통 사이의 좁은 경로를 따라 이동한 가스는 상대적으로 큰 공간을 갖는 집진부(700) 내로 유입되면서 가스의 흐름은 느려진다. 따라서, 상대적으로 무거운 이물질만이 아래로 낙하하여 하부홀(711)을 통과하여 아래에 모이게 되고 가스는 오리피스(721)를 통과하여 다시 기화부 측으로 이동한다.

앞서 설명한 바와 같이, 인너 기화통 내에서 가이드돌기에 의해 배출된 이물질과 함께 집진부에 모인 이물질은 집진용 배관(730)에 연결된 집진장치에 의해 바깥으로 배출되어 집진통에 수거된다. 집진장치는 부압을 발생시켜 분진이나 이물질을 수거할 수 있는 주지의 장치들이 이용될 수가 있다.

다시 도 1을 참고하면, 인너 기화통(510)을 가로 질려서 아웃터 기화통(520)에는 다수의 기화관(530)이 고정된다. 이 기화관(530)은 집진부(700)를 경유한 가스를 가스 배출부(611)로 유도하는 역할을 하며, 이때 기화관(530)을 통과하는 가스의 열에 의해 인너 기화통(510) 내부가 보다 균일한 온도를 유지할 수 있도록 한다.

한편, 예열버너부(800)는 인너 기화통(510)을 예열하기 위한 제1예열버너(810)와 기화관(530)을 별도로 예열하기 위한 제2예열버너(820)로 구성되는 것이 바람직하다.

기화관(530)은 플라스틱 연료의 물성이나 인너 기화통(510)의 용량에 따라서 크기, 간격, 또는 배치 등이 자유롭게 변형될 수 있으나, 인너 기화통(510)의 표면과 중앙의 공간 사이에 발생될 수 있는 온도 편차를 최소화하여 인너 기화통(510) 내부가 균일한 온도를 유지할 수 있도록 기화관의 크기나 배치를 결정하는 것이 바람직하다.

도 8을 참고하면, 인너 기화통(510) 내에는 중심축으로부터의 거리에 따라서 제1기화관(531)과 제2기화관(532)이 배치되며, 제2기화관(532)은 제1기화관(531) 보다 직경이 크고 제1기화관(531)들 사이에 배치되어 전체적으로 기화관은 인너 기화통 내에 축 대칭하게 배치되는 것이 바람직하다.

도 9에 도시된 바와 같이, 이와 같이 배치된 제1기화관(531)과 제2기화관(532)은 기화관 사이의 공간이 좁으며, 따라서 투입된 플라스틱 연료(2)는 고열 상태의 인너 기화통 및 기화관과 많은 접촉 면적을 가지게 되어 열흡수가 효과적으로 이루어져 기화가 신속히 이루어질 수 있다.

또한, 연소장치의 작동 중에 기화부(500)는 기화로 축(100)과 함께 회전하게 되며, 따라서 플라스틱 연료(2)는 인너 기화통(510)의 전체 공간에 골고루 펴져서 용융이 이루어지므로 열흡수가 효과적으로 이루어져 보다 신속한 기화가 이루어질 수 있다.

도 10은 본 발명의 플라스틱 연료 연소장치에 있어 공기와 가스의 흐름을 간략히 보여주는 도면으로, 공기투입구(621)를 통해 공기실(621a)에 공급된 공기는 인너 하우징(610)과 아웃터 하우징(620) 사이의 공간을 따라서 연소관(622)으로 배기되며, 또한 앞서 설명한 바와 같이 스크루 축(200)의 중공부를 따라서 연소관(622)으로 배기된다.

가스 배출부(611) 측으로 이동한 가스는 아웃터 하우징(620)과 인너 하우징(610) 사이의 공간을 따라 흐르는 공기의 흐름에 의해 발생된 압력 차이에 의해 가스 배출홀(612)을 따라 배기되어 연소관(622)에서 공기와 함께 완전 연소가 이루어진다. 원추 형상의 가스 배출부(611)에 위치한 가스 배출홀(612)과 인접한 인너 하우징(610)과 아웃터 하우징(620) 사이의 공간은 다른 부분보다 상대적으로 좁은 단면적을 갖는 것이 바람직하며, 따라서 벤츄리관의 원리와 같이 가스 배출홀 부분에서 발생되는 부압에 의해 가스 배출부(611) 내의 가스는 연소관(622) 측으로 원활하게 배기가 이루어질 수 있다.

한편, 공기실(621a)은 외부의 공기가 항상 공급되어 기화부 내에서 발생되는 고온의 열을 냉각시킴으로써 기화부 후단으로 고온의 열이 전달되는 것을 방지하여 모터 등의 다른 장치가 고온의 열에 의한 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 인너 하우징과 아웃터 하우징 사이를 지나는 공기는 기화부 측면에서 발생하는 고온의 열을 냉각하여 연소장치의 측면 바깥으로 방출되는 것을 최소화할 수 있다.

도 11은 본 발명의 플라스틱 연료 연소장치에 구비되는 가스 저장장치의 바람직한 일례를 보여주는 도면으로, 집진용 배관(730)을 통해 이물질과 함께 일부 가스가 배기되며, 이 배기되는 가스를 저장하여 예열버너부의 연료로 재사용이 가능하다.

가스 저장장치(900)는 집진용 배관(730)에 연결되어 고온 상태의 가스를 냉각시키기 위한 냉각조(910)와, 이 냉각조(910)와 배관(911)으로 연결되어 가스를 압축 보관하기 위한 연료탱크(920)로 구성될 수 있으며, 연료탱크(920)는 가스배관(930)에 의해 예열버너부로 연결된다. 가스배관(930)에는 가스의 공급을 단속할 수 있는 주지의 밸브가 구비됨은 자명하다.

이러한 가스 저장장치(900)는 연소장치의 작동 중에 집진용 배관(730)으로 배출되는 가스를 저장하여 연소장치의 예열 과정에서 연료로 사용할 수가 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 플라스틱 연료 연소장치의 전체적인 작동관계를 설명하면 다음과 같다.

도 12는 본 발명의 플라스틱 연료 연소장치의 작동 시에 장치 내로 공급되는 공기의 흐름과 기화부 내에서 기화된 가스의 흐름을 보여주고 있다.

송풍기(1)에 의해 공기 투입구(621)를 통해 공기실(621a)에 투입된 공기 중에 일부는 인너 하우징(610)과 아웃터 하우징(620) 사이의 공간을 통하여 연소관(622)으로 흐르게 되며, 나머지 일부는 스크루 축(200) 후단의 공기 유입홀(202)을 통해 스크루 축(200)의 중공부(201)를 거쳐 연소관(622)으로 흐른다.

공기는 연소관(622) 내에서 가스의 연소에 필요한 산소를 공급함과 동시에 기화부(500)에서 발생되는 고온의 열을 냉각시켜 주변 장치가 고온의 열에 의해 손상되는 것을 방지한다.

예열버너부(800)가 작동하여 기화부(500)의 예열이 이루어지며, 예열이 완료되면 연료 투입구(401)를 통하여 연료가 투입된다.

인너 기화통(510)과 기화관(530)은 각각 제1예열버너(810)와 제2예열버너(820)에 의해 예열이 이루어진다.

연료 투입구(401)를 통해 투입된 연료는 연료 투입부(110)를 거쳐 서로 반대 방향으로 회동하는 기화로 축(100)과 스크루 축(200)에 의해 기화부(500) 측으로 수평 이송되어 연료 배출홀(101)을 통해 기화부(500)에 투입된다.

기화부(500)에 투입된 플라스틱 연료는 고온에 노출되어 용융 기화가 이루어지며, 이와 같이 발생된 가스는 인너 기화통(510)과 아웃터 기화통(520) 사이의 좁은 공간을 따라 이동한 후에 상대적으로 큰 공간을 갖는 집진부(700)로 유입된다. 이때, 집진부(700) 내에 투입된 가스의 흐름이 느려지면서 가스와 혼합되었던 이물질은 집진부(700)의 하부로 낙하하게 되며, 가스만이 집진판의 오리피스(721)를 통과한 후에 기화관(530)을 거쳐 가스 배출부(611) 측으로 이동한다.

기화관(530)을 통과하는 고온 상태의 가스는 기화부(500) 표면과 공간 사이에서 발생될 수 있는 온도 편차를 최소화함으로써 기화부(500) 표면뿐만 아니라 기화부(500) 내부 전체가 효과적으로 플라스틱 연료의 용융 기화에 이용될 수가 있다.

한편, 기화부(500) 내에서 안정적인 기화가 이루어지면, 예열버너부(800)에 별도로 공급되었던 연료의 공급은 중단되고 공기만이 투입되어 기화부(500) 내에서 발생된 가스와 자체 연소가 이루어지면서 기화부 내의 적정 온도를 유지하게 된다.

가스 배출부(611) 측으로 이동한 가스는 아웃터 하우징(620)과 인너 하우징(610) 사이의 좁은 공간을 따라 흐르는 공기의 흐름에 의해 발생된 압력 차이에 의해 가스 배출홀(612)을 따라 배기되어 연소관(622)에서 공기와 함께 완전 연소가 이루어진다.

한편, 기화부(500)에서 플라스틱 연료의 기화가 이루어지는 동안에 플라스틱 연료에서 기화되지 못한 이물질은 앞서 설명한 바와 같이 기화로 축(100)과 함께 회동하는 기화부(500)의 회전 운동 과정에서 기화부 내에 돌출 형성된 가이드돌기에 의해 이물질은 기화부(500) 바깥으로 유도되어 집진부(700) 하부에 모인 후에 집진용 배관(730)을 통해 연소장치 바깥으로 배출된다.

상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로서, 본 발명의 범위는 상기의 도면이나 실시예에 한정되지 않는다.

Claims (7)

1. 연료 투입부를 가지며, 다수의 연료 배출홀이 형성된 중공의 원통 형상의 기화로 축과;

   상기 기화로 축 내에서 회동하여 상기 연료 투입부를 통해 투입된 연료를 수평 이송시키기 위한 스크루를 갖는 스크루 축과;

   상기 기화로 축과 스크루 축을 회전 구동하기 위한 모터와;

   상기 연료 투입부로 연료가 투입되도록 연료투입구를 가지며 상기 기화로 축을 지지하는 바디부와;

   상기 연료 배출홀이 형성된 상기 기화로 축의 바깥에 고정되어 연료를 기화시키기 위한 기화부와;

   상기 기화부를 감싸되 기화된 연료가 배출되는 가스 배출홀이 형성된 원추 형상의 가스 배출부를 갖는 인너 하우징과;

   공기가 투입되는 공기 투입구와, 이 공기 투입구에서 유입된 공기와 상기 가스 배출부에서 흡입된 가스가 배출되는 연소관을 가지며 상기 인너 하우징의 바깥을 감싸는 아웃터 하우징과;

   상기 기화부를 사이로 하여 상기 가스 배출부의 반대편에 위치하며, 상기 기화부에서 기화된 가스가 경유하면서 가스의 이물질을 제거하기 위한 집진부와;

   상기 기화부 내측에 구비되어 상기 집진부를 경유한 가스를 상기 가스 배출부로 유도하는 다수의 기화관과;

   상기 기화부를 예열하기 위한 예열버너부로 구성되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 연료 연소장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 기화로 축과 상기 스크루 축은 서로 반대 방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 연료 연소장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 다수의 기화관은 상기 기화부 내에 상기 기화로 축에 대해 축 대칭하게 배치되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 연료 연소장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 연료투입부는,

   크기가 다른 다수의 가이드공이 형성되어 상기 기화로 축에 회동 가능하게 구비되는 드럼과;

   상기 드럼의 회전 위치를 감지하여 전기적인 신호를 출력하는 감지수단과;

   상기 감지수단의 전기적인 신호에 따라서 상기 모터를 정회전 또는 역회전 구동하기 위한 콘트롤러와;

   상기 모터의 회동 방향에 따라서 상기 드럼을 선택적으로 회전 구동하기 위한 제동부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라스틱 연료 연소장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 스크루 축은 상기 공기 투입구를 통해 공급된 공기가 상기 연소관으로 배출되도록 중공의 원통형상을 갖는 것을 특징으로 하는 플라스틱 연료 연소장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 기화부의 내측 면에는 다수의 가이드돌기가 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 연료 연소장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 집진부와 연결되어 배기되는 가스를 냉각하여 압축 저장하는 가스 저장장치가 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 연료 연소장치.

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