WO2018186593A1 - 물과 기름을 연료로 사용하는 융합 연소 시스템 - Google Patents

물과 기름을 연료로 사용하는 융합 연소 시스템 Download PDF

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WO2018186593A1
WO2018186593A1 PCT/KR2018/002569 KR2018002569W WO2018186593A1 WO 2018186593 A1 WO2018186593 A1 WO 2018186593A1 KR 2018002569 W KR2018002569 W KR 2018002569W WO 2018186593 A1 WO2018186593 A1 WO 2018186593A1
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tube
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오창선
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㈜씨앤엔솔루션
오창선
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    • F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
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    • F23D—BURNERS
    • F23D2202/00—Liquid fuel burners

Definitions

  • the present invention relates to a fusion combustion system using water and oil as fuels, and more particularly, to improve combustion efficiency due to complete combustion, and to suppress the generation of carbon dioxide and nitrogen oxides to reduce environmental pollution. Relates to a combustion system.
  • Conventional combustion apparatus employs a method of injecting the fuel itself into a gas and then combusting, and this combustion method has a limitation in sufficiently gasifying the fuel, and as a result, a considerable amount of fuel is incompletely burned, resulting in lower combustion efficiency. But there is a problem to emit a large amount of carbon dioxide or nitrogen oxides.
  • Korean Patent Laid-Open No. 10-2002-0004752 discloses a conventional liquid fuel combustion device.
  • the liquid fuel combustion device injects high and low viscosity fuel along with the compressed air along a length of the nozzle body at a predetermined pressure, and the mixer is refracted while changing the direction along the length of the nozzle body.
  • the liquid fuel can be utilized by varying the pressure due to the difference in the impact force and cross-sectional area of the mixer in the direction of the flow in each annular passageway, and atomizing the fuel with sufficient air supply. It is a way to burn.
  • liquid fuel combustion method is insufficient in completely burning fuel such as waste oil, light oil, heavy oil, etc. when waste oil, which is a high viscosity industrial waste, is used as a fuel.
  • waste oil contains a lot of harmful substances such as sulfur, lead and phosphorus, it is purified and then preheated to a predetermined temperature, and there is a problem of generating a lot of ash which is a non-combustible substance in an incomplete combustion environment.
  • Such ash has a property of suppressing formation of a gasification space and solidifying and solidifying upon application of heat, and therefore, combustion conditions are required to prevent the ash component from solidifying.
  • the preheat preservation temperature should be maintained at about 1200 ° C. above the initial temperature from the start of combustion after the initial preheat.
  • the present invention implements a new combustion system to improve the combustion system for heating, supplying an initial preheating temperature of about 300 °C to a mechanism capable of fusion and vaporization of fuel and air, and then about 4 to 5 times When the fuel injection causing the volume change is made, it is possible to predict the possibility of producing heat of combustion of 1,200 to 1,500 ° C.
  • the present invention relates to a " vaporizer " where fuel can fuse with air to vaporize, " preheater " which can apply an initial preheat temperature to the vaporizer, " which can achieve volume change when fuel is injected from the vaporizer.
  • the aim is to provide a new type of "momentary volume change fusion combustion system to cause calorie compression and material fusion reactions", which can be combined with "injection passages".
  • high preheating temperature in the combustion chamber can be preserved, and water and oil are mixed by injecting the fuel along with the air along the longitudinal direction in the nozzle section at a predetermined pressure, while also compressing the compressed air of the high pressure method.
  • the injection method and the burner structure to promote the gasification of a liquid fuel, it is possible not only to efficiently burn liquid fuel, but also to generate ash, environmental pollutants such as dioxin, carbon dioxide, NOx, etc.
  • the present invention aims to provide a fusion combustion system that can be restrained, and thus can have excellent effects on fuel efficiency, combustion efficiency, and pollution prevention.
  • One example of a fusion combustion system using water and oil as a fuel to achieve the above object is as follows.
  • the fusion combustion system using water and oil as a fuel includes a preheater composed of a preheater for supplying gas and air and an igniter having a spark plug located at an outlet of the preheater, and parallel to one side of the preheater.
  • a vaporizer body having a fuel supply passage disposed therein and having a fuel injection hole therein and formed through the central axis, and installed in parallel with the fuel supply passage in parallel with the front end portion of the vaporizer body,
  • the main vaporization tube having a fuel outlet port, and is supported in parallel with the front end portion of the vaporizer device main body and arranged concentrically around the main vaporization tube while communicating with the main vaporization tube side through the fuel outlet port and the fuel on the rear end side
  • a vaporization apparatus composed of a sub-vaporization tube having a discharge port, the preheater and the vaporizer
  • the volume changer main body is provided with a combustion air supply port on the side of the rear end and a flame outlet to the front end of the rear end, and is installed in a coaxial structure inside the volume changer main body.
  • the main volume change tube which forms the combined-combustion volume expansion chamber to which the main vaporization pipe and the sub-vaporization pipe belong, and is arranged concentrically between the volume changer main body and the main volume change pipe, and is discharged from the combustion heat discharge port of the main volume change pipe. It is composed of a structure including a volume change device consisting of a sub-volume change pipe for discharging through the combustion heat outlet of the rear side side after inducing the progress of the combustion heat to flow back.
  • the preheating device and the vaporization device is installed in a form arranged up and down on one support plate, the support plate is installed in a screw fastening structure at the rear end of the volume changer body of the volume change device, the preheater and The vaporizer can be separated from the volume changer side.
  • the preheating device may further include a flame detector mounting tube which is arranged side by side along the axis of the preheating tube integrally coupled to the preheating tube.
  • the preheating tube of the preheating device is formed with a preheating fuel inlet for supplying gas and air to the rear end side
  • the preheating fuel inlet is a gas injection tube having a hole in the peripheral surface and the hole peripheral surface of the gas injection tube It may be configured to surround the air injection pipe installed in a structure arranged at a right angle to the gas injection pipe.
  • the vaporizer is installed in a rotatable structure in the vaporizer body and includes a screw shaft disposed along a fuel supply path and a pulley mounted on a rear end of the screw shaft to pressurize fuel supplied along a fuel supply path.
  • the fuel press may further include.
  • the sub vaporization tube of the vaporizer may be provided in the form of surrounding the fuel discharge port while having a front open portion may be provided with a fuel progress guide for the fuel discharged from the fuel discharge port to proceed toward the front.
  • the front side of the combustion heat discharge port formed in the front end of the main volume change tube of the volume change device, the vortex forming tube made of a conical mixer vortex protrusion of the rear end is arranged side by side in a coaxial structure,
  • the mixer vortex protrusion is positioned to enter the combustion chamber combined volume expansion chamber through the combustion heat discharge port, and a combustion heat passage gap may be formed between the combustion heat discharge port and the mixer vortex protrusion.
  • an auxiliary air inlet is formed in the volume changer main body of the volume changer to prevent the system equipment from overheating while cooling air flows through a passage between the volume changer main body and the subvolume change pipe. desirable.
  • the fusion combustion system using water and oil as fuels includes a preheater comprising a preheater for supplying gas and air and an igniter having a spark plug located at an outlet of the preheater, and along a central axis of the preheater.
  • a vaporizer body having a fuel supply passage disposed side by side and having a fuel inlet therethrough and formed along a central axis, and installed in parallel with the fuel supply passage in parallel with the front end portion of the vaporizer body.
  • a vaporizer comprising a main vaporizer having a fuel outlet toward the side, and a sub-vaporizer disposed in a concentric circle around the tip of the main vaporizer and communicating with the main vaporizer via a fuel outlet and having a fuel outlet on the rear side. And a rear end side of the front end of the preheater and the vaporizer.
  • the volume changer main body having a combustion air supply port on the surface side and a flame outlet to the front end portion, and the combustion chamber combined with the main vaporization pipe and the sub vaporization pipe of the vaporization device are installed coaxially inside the volume changer body.
  • main volume change tube forming the volume expansion chamber and concentrically arranged between the volume change device main body and the main volume change tube, inducing combustion heat flowing back from the combustion heat discharge port of the main volume change tube, It consists of a structure including a volume change device consisting of a sub-volume change pipe for discharging through the combustion heat outlet of the.
  • the preheating device and the vaporization device is installed in a form arranged up and down on one support plate, the support plate is installed in a screw fastening structure at the rear end of the volume changer body of the volume change device, the preheater and The vaporizer can be separated from the volume changer side.
  • the vaporizer is installed in the rotatable structure in the vaporizer body, consisting of a screw shaft disposed along the fuel supply path and a pulley mounted to the rear end of the screw shaft, pressurizing the fuel supplied along the fuel supply path
  • the fuel press may further include.
  • the sub vaporization tube of the vaporization apparatus may be provided in the form of surrounding the fuel discharge port while having a front discharge hole to be provided with a fuel running guide for allowing the fuel discharged from the fuel discharge port to move forward.
  • the vaporizer is located between the vaporizer main body, the main vaporizer and the sub vaporizer, and is installed side by side in a coaxial structure around the main vaporizer and has a secondary fuel injection port therein to form a penetration therethrough.
  • a secondary vaporizer main body having a secondary fuel supply path to be provided and a second fuel supply port which is in parallel with the secondary fuel supply path and is installed in a straight line at the front end of the secondary vaporizer main body and has a secondary fuel outlet toward the side of the front end;
  • the secondary main vaporization tube and the secondary sub vaporization tube which are arranged concentrically around the distal end of the secondary main vaporization tube and communicate with the secondary main vaporization tube via the secondary fuel discharge port and have the secondary fuel discharge port on the rear side. It may further include.
  • the boundary between the main vaporizer tube and the sub-vaporizer tube of the vaporizer and the secondary main vaporizer tube and the secondary sub-vaporizer tube is the front of the combustion heat discharge port formed at the tip of the main volume change tube of the volume change device.
  • a conical mixer vortex block is formed, and the mixer vortex block is positioned to enter the combustion chamber combined volume expansion chamber through a combustion heat discharge port, and a combustion heat passage gap may be formed between the combustion heat discharge port and the mixer vortex block.
  • a secondary main volume change tube may be installed inside the volume change device so as to form a coaxial structure toward the front of the main volume change tube and to form a secondary combustion chamber combined volume expansion chamber therein.
  • the secondary main vaporization tube and the secondary sub vaporization tube may be positioned inside the combined combustion chamber volume expansion chamber of the volume change device, and the main vaporization tube and the sub vaporization tube may be positioned inside the secondary combustion chamber combined volume expansion chamber.
  • an auxiliary air inlet is formed in the volume changer main body of the volume changer to prevent the system equipment from overheating while cooling air flows through a passage between the volume changer main body and the subvolume change pipe. desirable.
  • the fusion combustion system using water and oil provided by the present invention as a fuel has the following effects.
  • the ratio of water and oil is applied at a ratio of about 7: 3 and hot water production and steam production can be achieved by increasing the combustion efficiency by explosion when water and oil are contacted at high temperatures, resulting in combustion heat of 900 ⁇ 1,600 °C. It is possible to secure the proper temperature required for the purpose, and to provide a pleasant and clean atmosphere such as preventing global warming and reducing fine dust by suppressing carbon dioxide generation and nitrogen oxide generation.
  • the rotation and vortex of the gas in the volume change chamber the smooth mixing of air due to the vortex and the increase of residence time of the hot combustion gas, minimizing heat emission and maximizing heat accumulation and ensuring the maximum combustion time
  • the energy utilization efficiency is improved and air pollution is prevented.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a preheating apparatus of a fusion combustion system using water and oil as fuel according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a vaporization apparatus of a fusion combustion system using water and oil as fuel according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a cross-sectional view showing a volume change device of a fusion combustion system using water and oil as fuel according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a fusion combustion system using water and oil as fuel according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing an operating state of a fusion combustion system using water and oil as fuel according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a preheating apparatus of a fusion combustion system using water and oil as fuel according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a vaporization apparatus of a fusion combustion system using water and oil as fuel according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a volume change device of a fusion combustion system using water and oil as fuel according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a fusion combustion system using water and oil as fuel according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing an operating state of a fusion combustion system using water and oil as fuel according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing another example of a preheater of a fusion combustion system using water and oil as fuel according to an embodiment of the present invention.
  • 12a to 12c is a low knox burner qualification test results of the fusion combustion system according to an embodiment of the present invention
  • the fusion combustion system using water and oil of the present invention as a fuel is an instantaneous volume change fusion combustion system for causing calorific compression and material fusion reaction, and is composed of a combination of a preheater, a vaporizer, and a volume changer.
  • the spark generated from the igniter is difficult to ignite when the wind pressure is high, it is difficult to ignite when the supplied gas pressure is too strong, and it is difficult to ignite when the gas outlet is exposed.
  • the preheating fuel outlet is inclined and preheated. By extending the pipe end more forward than the preheating fuel outlet position, it minimizes the influence of the air flow and removes the part where the spark plug of the preheater contacts, causing air vortex by the vaporization device installed in the preheater to mix gas and air. To induce ignition.
  • the present invention presents a structure in which the preheater and the vaporizer are separated in order to cause the combustion chamber vortex (FIG. 6).
  • the preheating fuel inlet portion has a mixer-forming structure in which air and gas are mixed to facilitate ignition.
  • the air pressure of the compressed air increases the pressure in the combined volume expansion chamber of the combustion chamber to induce a second volume change, and is injected into the vaporizer. It serves to supply oxygen necessary for the gasification of fuel, and vaporizes to be injected into the combustion chamber combined volume expansion chamber.
  • the third volume expansion caused by the volume expansion of the injected fuel occurs, the combustion fan air and the vaporized fuel causes a fusion reaction in the combined volume expansion chamber combined with the combustion chamber to spontaneously ignite, producing a temperature of 1,600 °C.
  • the list of items to be considered in the vaporizer is as follows.
  • the present invention provides a method of inducing the forward and reverse flow of fuel while combining the main vaporizer tube and the sub-vaporizer tube in the form of a coaxial double tube, and a means such as a fuel pressurizer.
  • the vaporization apparatus shown in Figure 2 shows that the complete combustion using the positive and positive fusion action can be realized.
  • yin corresponds to water, an inorganic substance, and yin corresponds to fossil fuel, an organic substance.
  • the vaporized vapor and the vaporized fossil fuel collide in the volume expansion chamber, and the fossil fuel is 100% mixed with the air to form natural ignition by fusion reaction. It generates high combustion heat, and water vapor is thermally decomposed by high thermal energy produced in the fusion reaction to be separated into oxygen and hydrogen, and hydrogen is combined with the residual amount of oxygen supplied from the fan, thereby making it possible to energize water. .
  • Figure 7 shows a structure that maintains a mixture and balance of fuel, air, and water to reduce a series of pollutant emissions.
  • the present invention provides a preheating device for ensuring sufficient latent heat of vaporization, as well as a fuel pressurizing means for preventing collisions due to supply pressures of water and oil, forcing forward movement and for evaporating water.
  • pressurized air + gas supply and ignition ⁇ after 3 seconds of ignition, supply compressed air in the vaporizer and stop the igniter, then start the fuel pressurizer in the vaporizer ⁇ drive water and oil ⁇ 120 seconds ⁇ 3 seconds Preheat gas fuel off ⁇ Continued normal operation
  • the ratio of water and fuel input is 3: 7, and as a result, energy saving of 30% and nitrogen oxide can be reduced by 30%.
  • 1 to 4 are cross-sectional views showing a fusion combustion system using water and oil as fuel according to an embodiment of the present invention.
  • the fusion combustion system includes a preheater 13 as a means for ignition and preheating during initial operation.
  • the preheating device 13 is a preheating fuel formed in the conical tip portion, that is, a preheating fuel discharge port 40 for discharging the preheating fuel which is a mixture of gas and air and a preheating fuel formed at the rear end side. It includes a preheating tube 10 in the form of a cylindrical tube for supplying and discharging gas and air while having a preheating fuel inlet 32 for injecting the gas.
  • the preheating tube 10 may be installed in a structure that is supported on the plate side by welding or screwing structure while penetrating the support plate 31 in a vertical position horizontally.
  • the preheater 13 has an igniter 12 arranged side by side above the preheater tube 10 with the spark plug 11 positioned at the preheating fuel outlet 40 of the preheater tube 10. Include.
  • the igniter 12 can also be installed in a structure that is supported on the plate side by welding or screwing structure while penetrating the support plate 31 in a vertical position horizontally.
  • the igniter 12 may apply a known igniter, and a detailed description thereof will be omitted.
  • This preheating device 13 includes a flame detector mounting tube 39 that can be equipped with a known flame detector (not shown) for the detection of the flame state, the flame detector mounting tube 39 is a preheating tube ( 10) while being arranged side by side along the central axis line can be installed in a structure that is integrally fixed to the preheating tube 10 side by welding or the like.
  • the flame detector is mounted on the rear end of the flame detector mounting tube 39 installed in this way, and the operator can check the ignition state, the flame state, and the like through the flame detector.
  • the air injection port 41 is formed at one side of the rear end side of the flame detector mounting tube 39, so that the flame detector can be protected while the reverse flow of the flame is prevented by the air injected therethrough.
  • the preheating fuel inlet 32 provided in the preheating tube 10 of the preheating device 13, that is, the preheating fuel inlet 32 formed at the rear end side of the preheating tube 10, has high pressure air and gas. It is made of a structure for effective mixing of.
  • the preheating fuel injection hole 32 is composed of a gas injection pipe 32a and an air injection pipe 32b, while the gas injection pipe 32a has a structure having a hole in a circumferential surface.
  • the air injection pipe 32b is installed to surround the hole circumferential surface of the gas injection pipe 32a and is disposed at a right angle with respect to the gas injection pipe 32a.
  • the high pressure air supplied to the air injection pipe 32b is mixed while being sucked through the hole by the flow rate of the gas supplied along the gas injection pipe 32a, so that the air and the gas are sufficiently mixed. It can be supplied, and eventually excellent ignition efficiency can be ensured.
  • the present invention provides another example of the preheater 13 to facilitate the inspection by installing the igniter 12 to the outside.
  • the preheating device 13 has a coaxial structure around the vaporization device 21 to be described later, and has a hole for air injection and a preheating fuel discharge port 40 at the tip. At the same time it comprises a preheating tube 10 of the cylindrical tube shape having a preheating fuel inlet 32 on the rear end side.
  • the preheating tube 10 may be installed in a structure that is supported on the plate side by welding or screwing structure while penetrating the support plate 31 in a vertical position horizontally.
  • the preheater 13 includes an igniter 12 installed on the preheating fuel inlet 32 while having a spark plug 11 positioned at the preheating fuel inlet 32 of the preheating tube 10. do.
  • the igniter 12 may apply a known igniter, and a detailed description thereof will be omitted.
  • the igniter 12 is installed in the preheating fuel inlet 32 to be in the position exposed to the outside, there is an advantage that it is easy to perform the igniter inspection work or repair work without removing the entire system equipment.
  • the preheating device 13 includes a flame detector mounting tube 39 that can be equipped with a known flame detector (not shown) for the detection of the flame state, the flame detector mounting tube 39 is preheated It is possible to be installed in a structure fixed to the support plate 31 by welding or the like while being arranged horizontally parallel to one side of the tube (10).
  • the flame detector is mounted on the rear end of the flame detector mounting tube 39 installed in this way, and the operator can check the ignition state, the flame state, and the like through the flame detector.
  • the air injection port 41 is formed at one side of the rear end side of the flame detector mounting tube 39, so that the flame detector can be protected while the reverse flow of the flame is prevented by the air injected therethrough.
  • the fusion combustion system includes a vaporizer 21 as a means for vaporizing a fuel, that is, a mixture of oil, water, and air in a state where spontaneous combustion is likely to occur.
  • a vaporizer 21 as a means for vaporizing a fuel, that is, a mixture of oil, water, and air in a state where spontaneous combustion is likely to occur.
  • the vaporizer 21 includes a cylindrical vaporizer main body 16 having a fuel supply passage 15 formed along a central axis.
  • the vaporizer main body 16 has a fuel injection hole 14 connected to an external fuel supply pipe (not shown), and the like, and the fuel injection hole 14 formed in this way can communicate with the fuel supply passage 15. Will be.
  • the fuel supplied through the fuel inlet 14, that is, oil, water, and air supplied through the fuel inlet 14 may be mixed in the fuel supply path 15 and may be forwarded along the fuel supply path 15. .
  • the fuel inlet 14 may be composed of an oil inlet 14a, a water inlet 14b, and an air inlet 14c, each having a separate route.
  • the vaporizer main body 16 may be installed in a structure that is supported side by side of the preheater 13 while being horizontally penetrating the support plate 31 in a vertical position while being welded or screwed to the plate side. Will be.
  • the vaporization device 21 as well as the preheater 13 is installed in a form arranged side by side up and down on one support plate 31, the support plate 31 at this time is a volume change device (to be described later) Since the screw fastening structure is installed at the rear end of the volume change device main body 24 of 30, the entire support plate 31 including the preheating device 13 and the vaporization device 21 is disposed on the volume change device 30 side. It can be easily separated from the system, thereby making it easier to carry out maintenance work such as inspection or repair of the system equipment.
  • the vaporization apparatus 21 includes a main vaporization tube 18 and a sub-vaporization tube 20 as means for promoting vaporization (atomization) of fuel.
  • the main vaporization pipe 18 is in the form of a circular pipe, and is installed in a straight line at the front end of the vaporization device main body 16, and the main vaporization pipe 18 is thus installed to supply fuel to the vaporization device main body 16. It is possible to communicate with the furnace 15 as it is.
  • a fuel outlet 17 is formed at a side of the front end portion of the main vaporization pipe 18, and the fuel exiting the fuel outlet 17 at this time may be introduced into the sub vaporization pipe 20.
  • the sub vaporization pipe 20 is in the form of a circular pipe having a relatively larger diameter than the main vaporization pipe 18, and is supported side by side in a straight line with the main vaporization pipe 18. ) Is installed in a concentric manner.
  • the interior of the sub-vaporization pipe 20 installed in this way can communicate with the main vaporization pipe side through the fuel discharge port 17, the fuel discharge port 19 is formed on the side of the rear end of the sub-vaporization pipe 20. do.
  • the front end portions of the main vaporization pipe 18 and the sub-vaporization pipe 20 can be closed by the cover block 42.
  • the fuel (mixer of oil + water + air) supplied along the fuel supply path 15 of the vaporization device main body 16 passes through the interior of the main vaporization pipe 18 and then the fuel discharge port located at the tip side thereof.
  • the fuel exits through (17), and the fuel thus discharged passes through the inside of the sub vaporization pipe 20 in the reverse direction, that is, in the opposite direction to the traveling direction of the fuel flowing along the inside of the main vaporization pipe 18, and then the rear end thereof.
  • Through the fuel discharge port 19 on the side can be discharged into the interior of the combustion chamber combined volume expansion chamber 25 to be described later.
  • the main vaporization pipe 18 and the sub-vaporization pipe 20 burn together. Since it is exposed to the high temperature environment which is being made, ie, the main vaporization pipe 18 and the sub-vaporization pipe 20 belong to the combustion chamber combined volume expansion chamber 25, gasification of fuel is further promoted, The air is sufficiently mixed between the particles of the fuel, and eventually the fuel exiting through the fuel outlet 19 can be combusted while spontaneously igniting and exploding while being ejected in a completely vaporized state.
  • a fuel running guide 34 is installed around the fuel discharge port 19 of the sub vaporization pipe 20 as a means for inducing a forward discharge of fuel.
  • the fuel progress guide 34 installed in this way has a front opening and takes the form of surrounding the periphery of the fuel outlet 19 so as to allow the fuel discharged from the fuel outlet 19 to proceed toward the front. do.
  • the vaporizer 21 includes a fuel presser 33 as a means for overcoming the reaction force between water and oil and to reduce the supply of fuel due to the increase in pressure in the vaporizer.
  • the fuel presser 33 is mounted along the axis of the vaporizer main body 16 and at the rear end of the screw shaft 33a and the screw shaft 33a which are arranged side by side in the fuel supply path 15. Pulley 33b.
  • the screw shaft 33a is installed in a rotatable structure while being supported by a bearing in the vaporizer body 16, and the bearing installation portion at this time can be closed by a plate.
  • the pulley 33b is connected to a motor (not shown) side and a belt transmission structure (not shown). As a result, the pulley 33b and the screw shaft 33a are rotated during operation of the fuel supply path 15. It is possible to push the fuel inside and push it forward while mixing.
  • the fusion combustion system includes a volume change device 30 as a means for finally discharging the heat of combustion and flame while forming the expansion and combustion zone.
  • the volume change device 30 accommodates the front end portion of the preheater 13 and the vaporization device 21, and the combustion air supply port 22 on the side of the rear end and the flame outlet 23 on the front end. It includes a volume changer body 24 of the cylindrical tube shape is provided.
  • the rear end panel of the volume changer main body 24 is provided with upper and lower vaporization device main body 16 of the vaporization device 21 and preheating tube 10 of the preheater 13, respectively. Since the plate 31 is installed in the bolt fastening structure, the tip portions of the preheater 13 and the vaporizer 21 can be located inside the volume changer main body 24.
  • volume change device 30 is installed in a coaxial structure inside the volume change device main body 24 and the combined combustion chamber volume in which the main vaporization pipe 18 and the sub vaporization pipe 20 of the vaporization device 21 belong.
  • a main volume change tube 26 in the form of a cylindrical tube forming the expansion chamber 25.
  • the main volume change tube 26 can be supported on the inner wall of the volume change device main body 24 by welding or the like.
  • the rear open portion of the main volume change pipe 26 installed as described above is configured to be in direct communication with the inner rear region of the volume changer main body 24 in which the combustion air supply port 22 is formed. As the combustion heat discharge port 27, the combustion heat can be discharged forward through the combustion heat discharge port 27.
  • the interior of the main volume change tube 26 is composed of a combustion chamber combined volume expansion chamber 25 in which fuel combustion, volume expansion, and the like are performed.
  • the volume change device 30 maintains a gap between the volume change device main body 24 and the main volume change pipe 26, and has a sub-volume change pipe in the form of a cylindrical tube arranged concentrically. (29).
  • the volume change device main body 24, the main volume change pipe 26 and the sub-volume change pipe 29 are arranged concentrically stacked, the spacer 43 is interposed between the pipes to space the space between the pipes It can be secured, and the space thus secured can be a passage for the heat of combustion.
  • Combustion heat outlet 28 is formed at the rear end side of the sub-volume change pipe 29, and exits the combustion heat discharge port 27 of the main volume change pipe 26 through the combustion heat outlet 28 at this time and flows back. Some ongoing heat of combustion (the remaining combustion heat exits through the subvolume opening end) can be exhausted and sent to the gap (path) between the volume changer body 24 and the subvolume changeover 29.
  • the sub-volume change pipe 29 guides a part of the combustion heat exiting the combustion heat discharge port 27 of the main volume change pipe 26 to the rear and discharges it through the combustion heat outlet 28 on the rear side.
  • the combustion heat and the combustion gas of the high temperature in the combustion process occurring in the combustion chamber combined volume expansion chamber 25 of the main volume change tube 26 is connected between the main volume change tube 26 and the sub-volume change tube 29.
  • volume change device 30 includes a vortex forming tube 36 as a means for inducing vortex generation for increasing combustion efficiency by being combined with the main volume changing tube 26 in front and rear pairs.
  • the vortex forming tube (36) consists of a cylindrical tube whose rear end is made of a conical mixer vortex protrusion (35) and is blocked, and is coaxial to the front of the combustion heat discharge port (27) formed at the front end of the main volume change tube (26). They are arranged side by side back and forth in a structure.
  • the vortex forming tube 36 thus arranged is supported by the spacer 43 interposed with the inner circumferential surface of the sub-volume changing tube 29 and is spaced apart from the sub-volume changing tube 29. It is installed with the structure to keep it.
  • the mixer vortex protrusion 35 of the vortex forming tube 36 enters into the combustion chamber combined volume expansion chamber 25 through the combustion heat discharge port 27 of the main volume change tube 26 and is thus positioned.
  • a combustion heat passing gap 37 is formed between the mixer vortex protrusion 35 and the combustion heat discharge port 27 of the vortex forming pipe 36.
  • the heat of combustion in the combustion chamber combined volume expansion chamber 25 of the main volume change tube 26 hits the mixer vortex protrusion 35 of the vortex forming tube 36 to show a vortex flow form such that the direction is broken.
  • the combustion process of the fuel can be further activated to increase the combustion efficiency.
  • an auxiliary air inlet 38 is formed in the volume changer main body 24 of the volume change device 30 toward the rear end side, and the cooling air supplied through the auxiliary air inlet 38 at this time is a volume change device. It is possible to prevent the entire system equipment including the volume change device 30 and the like from being overheated while flowing through the passage between the main body 24 and the sub-volume change pipe 29.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing an operating state of a fusion combustion system using water and oil as fuel according to an embodiment of the present invention.
  • a fan (not shown) is operated for a predetermined time to blow out compressed air through the combustion air supply port 22, thereby remaining in the combustion chamber combined volume expansion chamber 25.
  • the step of discharging the gas to the outside is carried out.
  • gas and air are supplied into the preheating tube 10 through the preheating fuel inlet 32 of the preheater 13, and at the same time, the ignition plug 11 of the igniter 12 is ignited.
  • a combustion chamber combined volume expansion chamber 25 to which the moving space of the fuel and its surroundings, for example, the main vaporization pipe 18 and the sub-vaporization pipe 20 of the vaporization device 21 belong, for a predetermined time before the fuel is supplied. Preheating the space within the shell).
  • the preheating step is preferably carried out for a time of about 60 seconds to about 180 seconds.
  • the fan is operated to supply air for combustion through the combustion air supply port 22, while the fuel injection port 14, that is, the oil injection port 14a of the vaporization device 21, is supplied.
  • the fuel oil + compressed air
  • the fuel at this time that is, the mixer They are mixed with each other via the supply passage 15, the main vaporization pipe 18 and the sub-vaporization pipe 20, and the mixers can be gasified under the influence of the surrounding temperature.
  • a gasified mixer is mixed with combustion gas of a high preheating temperature and then spontaneously ignited to combust.
  • a mixture of oil and air gasified in the vaporization device 21 is supplied into the combustion chamber combined volume expansion chamber 25 through the fuel discharge port 19, and at this time, by the accumulation of combustion heat according to the preheating and the high preheating temperature. The spontaneous ignition of the mixer will occur.
  • the mixer on the vaporizer 21 side when the temperature of the surroundings of the vaporization apparatus 21 and the combustion chamber combined volume expansion chamber 25 is raised and maintained above the temperature which can spontaneously ignite by the initial preheating of the preheater 13, the mixer on the vaporizer 21 side. When is supplied, spontaneous ignition occurs.
  • the mixing ratio of oil and water is preferably 70% by weight: about 30% by weight.
  • the vortex flow 35 of the vortex forming pipe 36 causes a strong vortex flow such as combustion heat and combustion gas, and reverses. As the flow chart of the combustion occurs, combustion is actively performed.
  • a high temperature for example, a temperature of 1,300 ° C. or more is instantaneously, and the flame can be made clear and refreshing with a good combustion effect due to calorie amplification.
  • the environmental change in the combined volume expansion chamber 25 is related to the air volume, the air pressure, and the pressure of the compressed air provided from the fan (not shown), and causes the vortex of the combined volume change chamber 25 to cause the vortex of the combined combustion chamber 25.
  • part of the amplified heat is converted into latent heat of vaporization to prevent excessive amplification of heat, so that part of the heat of combustion flows back to the passage on the subvolume pipe 29 to convert the vaporized fuel. By doing so, it is possible to prevent damage to the combustion chamber combined volume expansion chamber 25.
  • 6 to 9 are cross-sectional views showing a fusion combustion system using water and oil as fuel according to another embodiment of the present invention.
  • the fusion combustion system includes a preheater 130 as a means for ignition and preheating during initial operation.
  • the preheating device 130 is a preheating fuel formed at the tip of the conical shape, that is, a preheating fuel discharge port 400 for discharging the preheating fuel, which is a mixture of gas and air, and a preheating fuel formed at the rear end side. It includes a preheating tube 100 of the cylindrical tube form for supplying and discharging the gas and air while having a preheating fuel injection hole 320 for injecting the gas.
  • the preheating tube 100 can be installed in a structure that is coupled to the preheating tube block 440 side to be described later while penetrating horizontally through the support plate 310 of the vertical posture.
  • the preheating tube block 440 is in the form of a ring block to which gas and compressed air piping (not shown) from the outside are connected, and is coupled to the preheating observation in a structure to accommodate the rear end of the preheating tube 100.
  • the preheating tube block 440 coupled with the preheating tube 100 may be installed in a bolting structure on the support plate 310.
  • the preheating tube block 440 may be fastened together by a bolt for fastening the secondary vaporizer main body 430 as well as the vaporizer main body 160 to be described later.
  • the preheater 130 has an igniter 120 disposed side by side above the preheater tube 100 while having a spark plug 110 located at the preheating fuel outlet 400 of the preheater tube 100. Include.
  • the igniter 120 may also be installed in a structure that is supported on the plate side by welding or screwing structure while penetrating the support plate 310 in a vertical position horizontally.
  • the igniter 120 may apply a known igniter, and a detailed description thereof will be omitted.
  • This preheating device 130 includes a flame detector mounting tube 390 that can be equipped with a known flame detector (not shown) for the detection of the flame state, the flame detector mounting tube 390 is a preheating tube ( While being arranged side by side in a horizontal position below the 100) it can be installed in a structure that is penetrated and fixed on the support plate 310 by welding or the like.
  • the flame detector is mounted on the rear end of the flame detector mounting tube 390 installed in this way, and the operator can check the ignition state, the flame state, and the like through the flame detector.
  • the air injection hole 410 is formed at one side of the rear end side of the flame detector mounting tube 390, so that the flame detector can be protected while the reverse flow of the flame is prevented by the air injected therethrough.
  • the fusion combustion system includes a vaporizer 210 as a means for vaporizing a fuel, that is, a mixture of oil, water, and air in a state where spontaneous combustion occurs easily.
  • a vaporizer 210 as a means for vaporizing a fuel, that is, a mixture of oil, water, and air in a state where spontaneous combustion occurs easily.
  • the vaporizer 210 includes a cylindrical vaporizer main body 160 having a fuel supply path 150 formed through the central axis.
  • a fuel injection hole 140 connected to an external fuel supply pipe (not shown) is formed in the vaporizer main body 160, and the fuel injection hole 140 formed as described above may communicate with the fuel supply path 150. Will be.
  • the fuel supplied through the fuel inlet 140 that is, oil, water, and air supplied through the fuel inlet 140 may be mixed in the fuel supply path 150 and may be advanced along the fuel supply path 150. .
  • the fuel inlet 140 may be composed of an oil inlet 140a, a water inlet 140b and an air inlet 140c each having a separate route.
  • the vaporizer main body 160 is arranged side by side along the central axis while passing through the center of the preheater 130, that is, the center of the preheater tube 100, the support plate 310 of the vertical posture in this state While penetrating horizontally, it can be installed in a structure that is supported on the plate side by a bolt fastening structure or a screw fastening structure.
  • the vaporization device 210 as well as the preheater 130 is installed in a form arranged side by side up and down on one support plate 310, the support plate 310 at this time is a volume change device (to be described later) Since the screw fastening structure is installed at the rear end of the volume changer main body 240 of the volume changer 300, the entire support plate 310 including the preheater 130 and the vaporization device 210 is disposed on the volume changer 300 side. It can be easily separated from the system, thereby making it easier to carry out maintenance work such as inspection or repair of the system equipment.
  • the vaporization device 210 includes a main vaporization pipe 180 and a sub-vaporization pipe 200 as a means for promoting vaporization (atomization) of fuel.
  • the main vaporization pipe 180 is in the form of a circular tube, which is installed in parallel to the front end of the vaporization device main body 160, the main vaporization pipe 180 is installed so that the fuel supply of the vaporization device main body 160 It can be communicated with the furnace 150 as it is.
  • a fuel outlet 170 is formed at the side of the front end portion of the main vaporization pipe 180, and the fuel exiting the fuel outlet 170 at this time may be introduced into the sub vaporization pipe 200.
  • the sub vaporization pipe 200 is a circular pipe shape having a relatively larger diameter than the main vaporization pipe 180, and is supported in parallel with the front end portion of the vaporization device main body 160 in parallel with the main vaporization pipe 180. ) Is installed in a concentric manner.
  • the interior of the sub-vaporization pipe 200 installed as described above may be in communication with the main vaporization pipe side through the fuel outlet 170 in the main vaporization pipe 180, the side of the rear end of the sub-vaporization pipe 200
  • the fuel discharge port 190 is formed.
  • the front end portions of the main vaporization pipe 180 and the sub-vaporization pipe 200 may be closed by the cover block 420.
  • the fuel (mixer of oil + water + air) supplied along the fuel supply path 150 of the vaporizer main body 160 passes through the interior of the main vaporization pipe 180 and then the fuel outlet at the tip side thereof. After exiting through the 170, the fuel thus exited passes through the inside of the sub-gas pipe 200 in a reverse direction, that is, in the reverse direction to the traveling direction of the fuel flowing along the inside of the main vapor pipe 180, and then the rear end thereof.
  • the fuel discharge port 190 on the side can be discharged into the interior of the secondary combustion chamber combined volume expansion chamber 390 to be described later.
  • a fuel progress guide 340 is installed around the fuel discharge port 190 of the sub vaporization pipe 200 as a means for inducing a forward discharge of fuel.
  • the fuel progress guide 340 installed as described above has a front hole and takes the form of enclosing the periphery of the fuel outlet 190 so that the fuel discharged from the fuel outlet 190 may proceed toward the front. .
  • the vaporizer 210 includes a fuel pressurizer 330 as a means for overcoming the reaction between water and oil and to reduce the supply of fuel due to the increase in pressure in the vaporizer.
  • the fuel pressurizer 330 is located along the axis of the vaporizer main body 160 and at the same time as the screw shaft 330a disposed in the fuel supply path 150 as well as in the rear end section of the main vaporization pipe 180 and And a pulley 330b mounted to the rear end of the screw shaft 330a.
  • the screw shaft 330a is installed in a rotatable structure while being supported by a bearing in the vaporizer main body 160, and the bearing installation portion at this time can be closed by a plate.
  • the pulley 330b is connected to a motor (not shown) side and a belt transmission structure (not shown). As a result, the pulley 330b and the screw shaft 330a are rotated when the motor is operated. It is possible to push the fuel inside and push it forward while mixing.
  • the present invention includes a method of separately injecting fuel for mixing and balancing oil and air, and water to reduce the pollutant emissions of the phosphorus.
  • the vaporization device 210 is composed of a secondary vaporizer main body 430, the secondary main vaporization pipe 400 and the secondary sub-vaporization pipe 320 includes a structure injecting the fuel separately to burn. .
  • the secondary vaporizer main body 430 has a secondary fuel inlet 400a consisting of an oil inlet and an air inlet at the rear end thereof, and at the same time having a secondary fuel supply passage 420 formed through the central axis. It is made of an integral form of the disk block body portion and the tubular portion extending long in front of the disk block body.
  • the secondary vaporizer main body 430 is located between the vaporizer main body 160 and the main vaporization pipe 180 and the sub-vaporization pipe 200, while maintaining a gap around the main vaporization pipe 180, the coaxial structure They are positioned side by side and interposed between the vaporizer main body 160 and the preheating tube block 440 can be installed in a structure that is fastened to the support plate 310 side by a bolt.
  • the secondary main vaporization pipe 400 and the secondary sub vaporization pipe 320 are means for promoting vaporization (atomization) of fuel.
  • the secondary main vaporization pipe 400 is in the form of a circular tube, installed in a straight line side by side at the distal end of the secondary vaporizer main body 430, the secondary main vaporization pipe 400 installed in this way is secondary vaporization It is possible to communicate with the secondary fuel supply path 420 of the device body 430 as it is.
  • a secondary fuel outlet 400b is formed at a side of the tip side of the secondary main vaporization pipe 400, and the fuel exiting the secondary fuel outlet 400b at the time of the secondary sub vaporization pipe 320 is formed. It can be introduced inside.
  • the secondary sub vaporization pipe 320 is in the form of a circular pipe having a relatively larger diameter than the secondary main vaporization pipe 400, and is supported side by side in a straight line at the tip of the secondary vaporizer main body 430 and
  • the secondary main vaporization pipe 400 is installed in a concentrically arranged structure.
  • the inside of the secondary sub vaporization pipe 320 installed in this way is able to communicate with the secondary main vaporization tube through the secondary fuel discharge port 400b in the secondary main vaporization pipe 400, such secondary sub
  • the secondary fuel discharge port 320a is formed at the rear end side of the vaporization pipe 320.
  • the front end portions of the secondary main vaporization pipe 400 and the secondary sub vaporization pipe 320 may be closed by the mixer vortex block 350 to be described later.
  • the fuel (mixer of oil + air) supplied along the secondary fuel supply path 420 of the secondary vaporizer main body 430 passes through the inside of the secondary main vaporization pipe 400 and then the tip thereof.
  • the fuel exits through the secondary fuel outlet 400b on the side, and the fuel exits in the reverse direction of the secondary sub vaporization pipe 320, that is, the fuel flows along the interior of the secondary main vaporization pipe 400. After passing in the opposite direction to the direction, it can exit through the secondary fuel discharge port 320a at the rear end thereof and can be discharged into the combustion chamber combined volume expansion chamber 250 described later.
  • the fuel proceeds in the forward and reverse directions inside the secondary main vaporization pipe 400 and the secondary sub vaporization pipe 320, it passes through a long pipe path, and with the secondary main vaporization pipe 400 and the secondary. Since the sub vaporization pipe 320 is exposed to the high temperature environment where combustion is being performed, that is, the secondary main vaporization pipe 400 and the secondary sub vaporization pipe 320 are combined in the combustion chamber combined volume expansion chamber 250. Since the fuel gas is further promoted, the air is sufficiently mixed between the particles of the fuel, and the fuel exiting through the secondary fuel discharge port 320a is discharged to a completely vaporized state, causing spontaneous combustion and explosion. It can be burned.
  • a fuel progress guide 340 is installed around the secondary fuel discharge port 320a of the secondary sub vaporization pipe 320 as a means for inducing a forward discharge of fuel.
  • the fuel guide guide 340 installed in this way has a front opening and surrounds the periphery of the secondary fuel discharge port 320a so that the fuel discharged from the secondary fuel discharge port 320a can move forward. It will play a role.
  • the fusion combustion system includes a volume change device 300 as a means for finally discharging combustion heat and flame while forming the expansion and combustion zone.
  • the volume change device 300 accommodates the front end portion of the preheater 130 and the vaporization device 210, and the combustion air supply port 220 of the rear side side and the flame outlet 230 to the front end portion. It includes a volume changer body 240 of the cylindrical tube shape is provided.
  • the rear end panel of the volume changer main body 240 is provided with upper and lower vaporization device main body 160 of the vaporization device 210 and the preheating tube 100 of the preheater 130, respectively. Since the plate 310 is installed in the bolt fastening structure, the front end portions of the preheater 130 and the vaporizer 210 can be located inside the volume changer body 240.
  • volume change device 300 is installed in a coaxial structure inside the volume change device main body 240, the combustion chamber combined volume expansion chamber belonging to the secondary main vaporization pipe 400 and the secondary sub-vaporization pipe 320
  • the main volume change tube 260 in the form of a cylindrical tube forming a 250.
  • the main volume change tube 260 may be supported by welding or the like on the inner wall of the volume change apparatus main body 240.
  • the rear open portion of the main volume change tube 260 installed as described above is configured to be in direct communication with the inner rear region of the volume changer main body 240 in which the combustion air supply port 220 is formed.
  • the combustion heat discharge port 270 through which the combustion heat can be discharged forward.
  • the interior of the main volume change tube 260 is composed of a combustion chamber combined volume expansion chamber 250 in which fuel combustion, volume expansion, and the like are performed.
  • the volume change device 300 maintains a gap between the volume change device main body 240 and the main volume change pipe 260, and has a sub-volume change pipe in the form of a cylindrical tube arranged concentrically. 290.
  • the volume change device main body 240, the main volume change pipe 260 and the sub-volume change pipe 290 are arranged concentrically stacked, the spacer 450 is interposed between each tube to space the space between the pipes It can be secured, and the space thus secured can be a passage for the heat of combustion.
  • Combustion heat outlet 280 is formed at the rear end side of the sub-volume change tube 290, and exits the combustion heat outlet 270 of the main volume change tube 260 through the combustion heat outlet 280 at this time in the reverse direction. Some of the heat of combustion (the remaining heat of combustion exits through the passage between the secondary main volume change tube and the sub volume change tube described later) is along the passage between the main volume change tube 260 and the sub volume change tube 290. After proceeding countercurrently, it can be sent to the interval (path) between the volume change device body 240 and the sub-volume change pipe 290 through the combustion heat outlet 280.
  • the sub-volume change pipe 290 guides some of the combustion heat exiting the combustion heat discharge port 270 of the main volume change pipe 260 to the rear and discharges it through the combustion heat discharge port 280 at the rear side.
  • Backflow along the passage, and the high temperature combustion heat and the combustion gas flows in such a reverse flow is combined with the combustion chamber volume expansion chamber (2) that the secondary main vaporization pipe 400 and the secondary sub-vaporization pipe 320 of the vaporization device 210 (
  • By providing a high temperature heat while flowing along the periphery of 250 it is possible to maintain the optimum vaporization conditions in the vaporization device 210, and also to maximize the incomplete combustion in the combustion chamber combined volume expansion chamber (250) It can be suppressed and the combustion efficiency can be maximized.
  • the volume change device 300 includes a secondary main volume change tube 360 in the form of a cylindrical tube arranged side by side with the main volume change tube 260.
  • the secondary main volume change tube 360 is positioned side by side in front of the main volume change tube 260 while forming a coaxial structure inside the volume change device 300, that is, the inside of the sub volume change tube 290. In this way, it is installed in a structure that is fixed while maintaining the interval and the inner circumference of the sub-volume change tube 290 via the spacer 450 in the position.
  • the inside of the secondary main volume change pipe 360 installed as described above is composed of a secondary combustion chamber combined volume expansion chamber 390, and the secondary combustion chamber combined volume expansion chamber 390 at this time includes a main of the vaporization device 210.
  • the vaporization pipe 180 and the sub vaporization pipe 200 may be located.
  • the secondary main vaporization pipe 400 and the secondary sub-vaporization pipe 320 are located in the combustion chamber combined volume expansion chamber 250 of the volume change device 300, the secondary combustion chamber combined volume expansion chamber ( Inside the 390, the main vaporization pipe 180 and the sub vaporization pipe 200 are located.
  • an auxiliary volume change tube 460 having a rear end conical is installed at the inner end of the secondary main volume change tube 360 in a concentric manner, and the auxiliary volume change tube 460 thus installed is a spacer 450. It can be installed in a structure that is fixed while maintaining a gap inside the secondary main volume change pipe (360) through).
  • the volume change device 300 is installed at the combustion heat discharge port 270 side of the main volume change pipe 26 and includes a mixer vortex block 350 as a means for inducing vortices for increasing combustion efficiency.
  • the mixer vortex block 350 is in the form of a conical block, and the main vaporization pipe 180 and the sub vaporization pipe 200 and the secondary main vaporization pipe 310 and the secondary sub vaporization pipe 320 of the vaporizer 210.
  • the conical rear end of the mixer vortex block 350 installed in this way is located to face the combustion heat discharge port 270 formed at the front end of the main volume change tube 260.
  • the mixer vortex block 350 enters and is located inside the combustion chamber combined volume expansion chamber 250 through the combustion heat discharge port 270, and has a slope approximately similar to the conical slope of the mixer vortex block 350 at this time.
  • the inclined plate 470 of the secondary main volume change tube 360 that is, the inclined plate 470 formed to be inclined at a predetermined angle toward the center from the rear end of the secondary main volume change tube 360, forms a pair of combustion heat.
  • Combustion heat passage gap 370 can be formed between the discharge port 270.
  • the heat of combustion in the combustion chamber combined volume expansion chamber 250 of the main volume change tube 260 hits a part of the mixer vortex block 350 and the inclined plate 470 while showing a vortex flow form such that the direction is bent.
  • the combustion process of the fuel can be further activated to increase the combustion efficiency.
  • an auxiliary air inlet 380 is formed in the volume changer main body 240 of the volume change device 300 toward the rear end side, and the cooling air supplied through the auxiliary air inlet 380 at this time is a volume change device. While flowing through the passage between the main body 240 and the sub-volume change tube 290, it is possible to prevent the entire system equipment including the volume change device 300 and the like from being overheated.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing an operating state of a fusion combustion system using water and oil as fuel according to another embodiment of the present invention.
  • gas and air are supplied into the preheating tube 100 through the preheating fuel inlet 320 of the preheater 130, and at the same time, the ignition plug 110 of the igniter 120 is ignited.
  • the secondary combustion chamber combined volume expansion chamber to which the moving space of the fuel and its surroundings, for example, the main vaporization pipe 180 and the sub vaporization pipe 200 of the vaporization device 210 belong, is included. Preheating the space in the combustion chamber combined volume expansion chamber 250 to which the space in 390, as well as the secondary main vaporization pipe 400 and the secondary sub-vaporization pipe 320, belong to the vaporization apparatus 210. .
  • the preheating step is preferably carried out for a time of about 60 seconds to about 180 seconds.
  • the fan is operated to supply air for combustion through the combustion air supply port 220, while the fuel injection port 140 of the vaporization device 210, that is, the oil injection port 140a.
  • the fuel supply path 150 through the air inlet 140c, as well as the fuel (oil + compressed air) to the main vaporization pipe 180 and the sub-vaporization pipe 200 at the same time the secondary of the vaporization device 210
  • the mixer includes a fuel supply path 150 and a secondary fuel supply path 420, a main vaporization pipe 180, and a sub vaporization pipe 200, a secondary main vaporization pipe 400, and a secondary sub vaporization pipe 320. They are mixed with each other via, and the mixer can be gasified under the influence of ambient temperature
  • a gasified mixer is mixed with combustion gas of a high preheating temperature and then spontaneously ignited to combust.
  • the mixture of oil and air gasified in the vaporization device 210 is supplied into the secondary combustion chamber combined volume expansion chamber 390 through the fuel discharge port 190 and at the same time the combustion chamber through the secondary fuel discharge port 320a. Supplied into the combined volume expansion chamber (250), spontaneous ignition of the mixer occurs by the accumulation of combustion heat and high preheating temperature according to the preheating.
  • the temperature of the combustion chamber combined volume expansion chamber 25 and the secondary combustion chamber combined volume expansion chamber 390 as well as around the vaporizer 210 may be higher than the temperature at which spontaneous ignition is possible. When raised and maintained, spontaneous ignition occurs when the mixer is fed from the vaporizer 210 side.
  • the high temperature combustion heat, the combustion gas and the residue, and the combustion product flow backwards along the periphery of the vaporizer 210 through the vortex flow.
  • the high temperature heat of combustion is provided to the vaporization device 210 to maintain the optimum vaporization conditions in the vaporization device 210, and also maximize the combustion efficiency by suppressing incomplete combustion in the combustion chamber combined volume expansion chamber 250 to the maximum. Done.
  • the operation of the preheater 130 is stopped to stop the initial preheating.
  • the mixing ratio of oil and water is preferably 70% by weight: about 30% by weight.
  • a strong vortex flow such as combustion heat, combustion gas, etc. is generated by the mixer vortex block 350, and combustion is actively performed while a reverse flow chart occurs. Will come true.
  • a high temperature for example, a temperature of 1,300 ° C. or more is instantaneously, and the flame can be made clear and refreshing with a good combustion effect due to calorie amplification.
  • the environmental change in the combined-volume expansion chamber 250 is related to the air volume, the wind pressure, and the pressure of the compressed air provided from the fan (not shown), and causes the vortex of the combined-volume volume change chamber 25.
  • the combustion heat passage gap 370 between the mixer vortex block 350 and the combustion heat discharge port 270 surrounding the mixer vortex block 350 and the distribution ratio of the combustion heat due to the reaction of the wind pressure affect the combustion system.
  • the present invention it is possible to preserve the high temperature in the combined-volume expansion chamber to promote the gasification of the liquid fuel, and to improve the combustion efficiency according to the complete combustion of the raw material using water and oil.

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Abstract

본 발명은 완전 연소에 따른 연소 효율의 향상을 도모하고, 이산화탄소 및 질소산화물의 발생을 억제하여 환경 오염을 줄일 수 있는 물과 기름을 연료로 사용하는 융합 연소 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 연료가 공기와 융합하여 기화할 수 있는 "기화장치", 기화장치에 초기 예열 온도를 가할 수 있는 "예열장치", 기화장치에서 연료가 분사될 때 부피변화를 이룰 수 있는 "부피 변화장치", 그리고 기화장치의 기화 잠열 보존을 위한 온도가 유지될 수 있는 공기량과 공기압이 분리될 수 있도록 구조를 가지면서 융합 연소에 의하여 가열된 압축열 생산부를 냉각시키면서 연소용 보조공기를 주입할 수 있는 "주입통로" 등을 조합한 새로운 형태의 "열량의 압축과 물질의 융합반응을 일으키기 위한 순간 부피 변화 융합 연소 시스템"을 제공한다.

Description

물과 기름을 연료로 사용하는 융합 연소 시스템
본 발명은 물과 기름을 연료로 사용하는 융합 연소 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 완전 연소에 따른 연소 효율의 향상을 도모하고, 이산화탄소 및 질소산화물의 발생을 억제하여 환경 오염을 줄일 수 있는 융합 연소 시스템에 관한 것이다.
오늘날 연소 효율을 높이고 환경 오염을 줄이기 위해서 연료의 분사방식과 함께 연료를 연소시키는 방법, 공기를 주입하는 방법 등 다양한 연구가 진행되고 있다.
특히, 폐유 등과 같은 액체 유기성 폐기물을 연료로 사용하는 연소 장치의 경우, 폐기물을 처리한다는 점과 이를 연료로 사용하여 에너지를 획득한다는 점에서, 환경보호 및 폐기물의 재활용, 에너지 획득의 경제적인 이익 등 많은 이점을 제공한다.
이러한 연소 장치에서는 대기 중에서 100% 연소가 이루어져야만 완전한 연소 효율을 얻을 수 있고, 더불어 이산화탄소, 질소산화물 등과 같은 유해물질의 배출을 최소화할 수 있다.
종래의 연소 장치는 연료 자체를 분사하여 기체화시킨 다음 연소시키는 방법을 채택하고 있는데, 이러한 연소 방법은 연료를 충분히 기체화시키는데 한계가 있고, 이로 인해 상당량의 연료가 불완전 연소되면서 연소 효율이 떨어질 뿐만 아니라 많은 양의 이산화탄소나 질소산화물을 배출시키는 문제가 있다.
보통 연소 효율을 높이기 위해서는 충분한 공기를 주입하여 기체화를 조성할 수 있도록 해야 하고, 연소되지 않은 연료를 최대한 재연소시켜 완전 연소를 유도해야 한다.
이때, 주입되는 공기와 연소되지 않은 연료를 혼합시켜 완전 연소가 이루어지도록 하기 위해서는 주변의 환경을 자연발화가 가능한 온도인 800℃ 이상의 온도 조건으로 만들어주는 것이 필요하며, 이와 함께 연속적인 연료의 연소를 위하여 충분한 공기의 주입과 연료의 공급이 지속적으로 이루어져야 한다.
일 예로서, 한국 공개특허 10-2002-0004752호에는 종래의 액체 연료 연소 장치가 개시되어 있다.
상기 액체 연료 연소 장치는 고점도 및 저점도의 연료를 압축공기와 함께 소정의 압력으로 노즐 몸체의 길이방향을 따라 분사시키고, 이때의 혼합기가 노즐 몸체의 길이방향을 따라 방향을 달리하면서 굴절된 구조로 되어 있는 다수의 환형 통로를 통과하도록 함으로써, 혼합기가 각 환형 통로에서 유동방향이 꺾이는 도중에 생기는 충돌력 및 단면적의 차이로 인한 압력의 변화, 그리고 충분한 공기의 공급에 따른 연료의 미립화를 이용하여 액체 연료를 연소시키는 방식이다.
그러나, 위의 액체 연료 연소 방식은 점도가 높은 산업 폐기물인 폐유를 연료로 사용하는 경우 이때의 폐유, 경질유, 중질유 등의 연료를 완전 연소시키는 데에는 미흡한 점이 있다.
예를 들면, 폐유는 황, 납, 인 등 유해한 물질을 많이 함유하고 있기 때문에 정제시킨 다음 일정온도로 예열하여 사용하고 있으며, 불완전 연소 환경에서는 불연물질인 회분을 많이 발생시키는 문제가 있다.
이러한 회분은 기체화 공간의 형성을 억제하는 동시에 열을 가하면 고체화되어 굳어지는 성질을 가지므로, 회분 성분이 굳어지지 않도록 하는 연소 조건이 필요하다.
따라서, 폐유의 연소 시 회분 발생을 억제하고 완전 연소를 도모하기 위해서는 초기 예열 후 연소가 시작되는 시점부터 예열 보존 온도가 초기 온도보다 약 1200℃ 정도까지 유지된 상태가 되어야 한다.
이와 같이, 액체 연료의 연소 시 그 종류에 관계없이 불연물질까지 완전 기체화를 이루어 완전 연소를 달성하기 위해서는 외부 공기의 도입으로 인해 저하되는 예열 보존 온도를 일정수준까지 보상해야 하는데, 기존의 액체 연료 연소 방식의 경우 완전 연소를 위한 온도 조건을 충분하게 확보하지 못하는 관계로 연료 내에 함유되어 있는 불연물질을 상당량 연소시키지 못하는 등 폐유를 완전 연소시키는 측면에서는 한계를 갖고 있다.
한편, 오늘날 산업 각 분야에서 사용되는 각종 유류의 소비량은 날로 증가하고 있는 추세이며, 특히 연료로 사용되는 중질유, 경질유 등의 양 또한 증가하고 있다.
이에 따라, 주로 수입에 의존하는 나라에서는 원유 수입가격의 변동이 국가 경제에 영향을 주며, 또한 소비 연료의 증가는 공해 문제를 증가시키고 있다.
이와 같은 현실에서 에너지 절약형, 저공해성 각종 연소기기의 개발이 증가하고 있는 추세이지만, 연료용 각종 기름은 연소하는데 많은 문제점이 있었고, 이는 곧 황산가스 이산화탄소, 질소산화물(NOx) 등이 대량 배출되었다.
이와 같이 해당 물질의 발생을 방지 및 저감시키는 기술개발이 오랜 기간 연구되어 왔다.
그러나, 설비비, 기기 보존 등 사용자 측의 투자부담이 크므로 단순 간편하고 효율이 높은 기술이 요구되었던 것이 현실이다.
따라서, 연소효율을 높이고 공해물질의 배출을 대폭 감소시킬 수 있는 새로운 연료절약형 저공해 완전 연소 설비의 필요성이 요구되고 있는 실정이다.
따라서, 본 발명은 난방용 연소 시스템의 개선을 위해 새로운 연소 시스템을 구현한 것으로서, 연료와 공기가 융합하여 기화할 수 있는 기구에 300℃ 정도의 초기 예열 온도를 공급한 다음, 4∼5배 정도의 부피 변화를 일으키는 연료분사가 이루어지게 되면 1,200∼1,500℃의 연소열 생산 가능성을 예측할 수 있다.
그러므로, 본 발명은 연료가 공기와 융합하여 기화할 수 있는 "기화장치", 기화장치에 초기 예열 온도를 가할 수 있는 "예열장치", 기화장치에서 연료가 분사될 때 부피변화를 이룰 수 있는 "부피 변화장치", 그리고 기화장치의 기화 잠열 보존을 위한 온도가 유지될 수 있는 공기량과 공기압이 분리될 수 있도록 구조를 가지면서 융합 연소에 의하여 가열된 압축열 생산부를 냉각시키면서 연소용 보조공기를 주입할 수 있는 "주입통로" 등을 조합한 새로운 형태의 "열량의 압축과 물질의 융합반응을 일으키기 위한 순간 부피 변화 융합 연소 시스템"을 제공하는데 목적이 있다.
이와 더불어, 연소실 내의 높은 예열 온도를 보존할 수 있도록 하고, 연료를 공기와 함께 소정의 압력으로 노즐부 내의 길이방향을 따라 혼합 분사시키면서 고압분사방식의 압축공기도 함께 분사시킴으로써, 물과 기름을 혼합한 액체연료의 기체화를 촉진할 수 있도록 한 분사방식과 버너구조를 적용함으로써, 액체연료의 효율적인 연소는 물론 액체연료 연소 시 발생하는 회분이나 다이옥신, 이산화탄소, NOx 등과 같은 환경오염물질 등의 발생을 억제할 수 있으며, 이에 따라 연료 절감은 물론 연소효율 향상 및 공해 방지에 탁월한 효과를 기대할 수 있는 융합 연소 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 물과 기름을 연료로 사용하는 융합 연소 시스템의 일 예는 다음과 같은 특징이 있다.
상기 물과 기름을 연료로 사용하는 융합 연소 시스템은 가스와 공기 공급을 위한 예열관과 상기 예열관의 토출구에 위치되는 점화 플러그를 가지는 점화기로 구성되는 예열장치와, 상기 예열장치의 일측에 나란하게 배치되고 내부에는 연료주입구를 가지면서 중심축선을 따라 관통 형성되는 연료공급로가 구비되는 기화장치 본체와, 상기 연료공급로와 연통되면서 기화장치 본체의 선단부에 일직선상으로 나란하게 설치되고 선단부 측면쪽으로 연료배출구를 가지는 메인 기화관과, 상기 기화장치 본체의 선단부에 일직선상으로 나란하게 지지되고 상기 메인 기화관의 둘레에 동심원상으로 배치되면서 연료배출구를 통해 메인 기화관측과 서로 연통되며 후단 측면쪽에 연료토출구를 가지는 서브 기화관으로 구성되는 기화장치와, 상기 예열장치와 기화장치의 선단 부분을 수용함과 더불어 후단부 측면쪽의 연소용 공기공급구와 선단부 전면으로의 화염분출구가 구비되는 부피변화장치 본체와, 상기 부피변화장치 본체의 내부에 동축구조로 설치되면서 기화장치의 메인 기화관과 서브 기화관이 속해 있는 연소실 겸용 부피팽창실을 조성하는 메인 부피변화관과, 상기 부피변화장치 본체와 메인 부피변화관의 사이에 동심원상으로 배치되면서 메인 부피변화관의 연소열 토출구로부터 역류하는 연소열의 진행을 유도한 후에 후단 측면쪽의 연소열 배출구를 통해 배출시키는 서브 부피변화관으로 구성되는 부피변화장치를 포함하는 구조로 이루어진다.
여기서, 상기 예열장치와 기화장치는 하나의 지지 플레이트 상에 위아래로 배치되는 형태로 설치되고, 상기 지지 플레이트는 부피변화장치의 부피변화장치 본체의 후단부에 스크류 체결구조로 설치되어, 예열장치 및 기화장치를 부피변화장치측으로부터 분리할 수 있는 특징이 있다.
또한, 상기 예열장치는 예열관의 축선을 따라 나란하게 배치되면서 예열관과 일체식으로 결합되는 불꽃감지기 장착관을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 예열장치의 예열관에는 후단 측면쪽으로 가스 및 공기 공급을 위한 예열용 연료주입구가 형성되고, 상기 예열용 연료주입구는 둘레면에 홀을 가지는 가스주입관과 상기 가스주입관의 홀 둘레면을 감싸면서 가스주입관에 대해 직각으로 배치되는 구조로 설치되는 공기주입관으로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 기화장치는 기화장치 본체에 회전 가능한 구조로 설치되고, 연료공급로를 따라 배치되는 스크류축과 상기 스크류축의 후단부에 장착되는 풀리로 구성되어, 연료공급로를 따라 공급되는 연료를 가압하는 연료가압기를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 기화장치의 서브 기화관에는 전면 개방부위를 가지면서 연료토출구의 주변을 둘러싸는 형태로 설치되어 연료토출구에서 토출되는 연료가 전방을 향해 진행되도록 하는 연료진행가이드가 구비될 수 있다.
바람직한 실시예로서, 상기 부피변화장치의 메인 부피변화관의 선단부에 형성되는 연소열 토출구의 앞쪽에는 후단부가 원추형의 혼합기 와류돌기로 이루어진 와류형성관이 동축구조로 나란하게 배치되고, 상기 와류형성관의 혼합기 와류돌기는 연소열 토출구를 통해 연소실 겸용 부피팽창실의 내부로 진입하여 위치되며, 상기 연소열 토출구와 혼합기 와류돌기 사이에는 연소열 통과간극이 조성될 수 있다.
이와 더불어, 상기 부피변화장치의 부피변화장치 본체에는 보조 공기주입구를 형성하여, 부피변화장치 본체와 서브 부피변화관 사이의 통로를 통해 냉각공기가 흐르면서 시스템 설비가 과열되는 것을 방지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 물과 기름을 연료로 사용하는 융합 연소 시스템의 다른 예는 다음과 같은 특징이 있다.
상기 물과 기름을 연료로 사용하는 융합 연소 시스템은 가스와 공기 공급을 위한 예열관과 상기 예열관의 토출구에 위치되는 점화 플러그를 가지는 점화기로 구성되는 예열장치와, 상기 예열장치의 중심축선을 따라 나란하게 배치되고 내부에는 연료주입구를 가지면서 중심축선을 따라 관통 형성되는 연료공급로가 구비되는 기화장치 본체와, 상기 연료공급로와 연통되면서 기화장치 본체의 선단부에 일직선상으로 나란하게 설치되고 선단부 측면쪽으로 연료배출구를 가지는 메인 기화관과, 상기 메인 기화관의 선단부 둘레에 동심원상으로 배치되면서 연료배출구를 통해 메인 기화관측과 서로 연통되며 후단 측면쪽에 연료토출구를 가지는 서브 기화관으로 구성되는 기화장치와, 상기 예열장치와 기화장치의 선단 부분을 수용함과 더불어 후단부 측면쪽의 연소용 공기공급구와 선단부 전면으로의 화염분출구가 구비되는 부피변화장치 본체와, 상기 부피변화장치 본체의 내부에 동축구조로 설치되면서 기화장치의 메인 기화관과 서브 기화관이 속해 있는 연소실 겸용 부피팽창실을 조성하는 메인 부피변화관과, 상기 부피변화장치 본체와 메인 부피변화관의 사이에 동심원상으로 배치되면서 메인 부피변화관의 연소열 토출구로부터 역류하는 연소열의 진행을 유도한 후에 후단 측면쪽의 연소열 배출구를 통해 배출시키는 서브 부피변화관으로 구성되는 부피변화장치를 포함하는 구조로 이루어진다.
여기서, 상기 예열장치와 기화장치는 하나의 지지 플레이트 상에 위아래로 배치되는 형태로 설치되고, 상기 지지 플레이트는 부피변화장치의 부피변화장치 본체의 후단부에 스크류 체결구조로 설치되어, 예열장치 및 기화장치를 부피변화장치측으로부터 분리할 수 있는 특징이 있다.
또한, 상기 기화장치는 기화장치 본체에 회전 가능한 구조로 설치되고, 연료공급로를 따라 배치되는 스크류축과 상기 스크류축의 후단부에 장착되는 풀리로 구성되어, 연료공급로를 따라 공급되는 연료를 가압하는 연료가압기를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 기화장치의 서브 기화관에는 전면 토출구멍을 가지면서 연료토출구의 주변을 둘러싸는 형태로 설치되어 연료토출구에서 토출되는 연료가 전방을 향해 진행되도록 하는 연료진행가이드가 구비될 수 있다.
그리고, 상기 기화장치는 기화장치 본체와 메인 기화관 및 서브 기화관 사이에 위치됨과 더불어 메인 기화관의 둘레에 동축 구조로 나란하게 설치되고 내부에는 2차 연료주입구를 가지면서 중심축선을 따라 관통 형성되는 2차 연료공급로가 구비되는 2차 기화장치 본체와, 상기 2차 연료공급로와 연통되면서 2차 기화장치 본체의 선단부에 일직선상으로 나란하게 설치되고 선단부 측면쪽으로 2차 연료배출구를 가지는 2차 메인 기화관과, 상기 2차 메인 기화관의 선단부 둘레에 동심원상으로 배치되면서 2차 연료배출구를 통해 2차 메인 기화관측과 서로 연통되며 후단 측면쪽에 2차 연료토출구를 가지는 2차 서브 기화관을 더 포함할 수 있다.
바람직한 실시예로서, 상기 기화장치의 메인 기화관 및 서브 기화관과 2차 메인 기화관 및 2차 서브 기화관 사이의 경계부위에는 부피변화장치의 메인 부피변화관의 선단부에 형성되는 연소열 토출구의 앞쪽에 위치되는 원추형의 혼합기 와류블록이 형성되고, 상기 혼합기 와류블록은 연소열 토출구를 통해 연소실 겸용 부피팽창실의 내부로 진입하여 위치되며, 상기 연소열 토출구와 혼합기 와류블록 사이에는 연소열 통과간극이 조성될 수 있다.
특히, 상기 부피변화장치의 내측에는 메인 부피변화관의 앞쪽으로 동축 구조를 이루면 나란하게 위치되면서 내부에 2차 연소실 겸용 부피팽창실을 조성하는 2차 메인 부피변화관이 설치될 수 있다.
이때의 부피변화장치의 연소실 겸용 부피팽창실의 내부에는 2차 메인 기화관 및 2차 서브 기화관이 위치되는 동시에 2차 연소실 겸용 부피팽창실의 내부에는 메인 기화관 및 서브 기화관이 위치될 수 있다.
이와 더불어, 상기 부피변화장치의 부피변화장치 본체에는 보조 공기주입구를 형성하여, 부피변화장치 본체와 서브 부피변화관 사이의 통로를 통해 냉각공기가 흐르면서 시스템 설비가 과열되는 것을 방지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 제공하는 물과 기름을 연료로 사용하는 융합 연소 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 물과 기름의 비율을 약 7:3 정도의 비율로 적용하면서 고온에서 물과 기름의 접촉 시 폭발에 의해 연소 효율을 높여 900∼1,600℃ 정도의 연소열을 얻을 수 있는 등 온수 생산과 스팀 생산에 필요한 적정 온도를 확보할 수 있으며, 이산화탄소 발생 억제와 질소산화물 발생을 억제함으로써 지구의 온난화 방지 및 미세먼지 감소 등 쾌적하고 깨끗한 대기 환경을 제공할 수 있는 효과가 있다.
둘째, 부피 변화실 내에서 기체의 회전 및 와류 발생, 와류로 인한 공기의 원활한 혼합 및 고온 연소가스의 체류시간 증대, 열 배출 최소화 및 열 누적 극대화 및 최대한의 연소시간 확보 등이 복합적으로 작용하게 되면서, 기화실은 물론 부피 변화실 내의 온도를 완전 연소 조건으로 최대한 상승시킬 수 있고, 연소 영역 내에서 연소되지 못한 고형물질 등이 완전 소각되어 제거될 수 있으며, 따라서 액체 연료의 완전 연소와 연소 효율의 향상이 가능해지면서 에너지 이용 효율의 향상과 더불어 대기오염을 방지할 수 있는 효과가 있다.
셋째, 전단 부피 변화실과 후단 부피 변화실 2곳을 운용함으로써, 기화장치에서 필요로 하는 기화잠열을 충분히 공급하도록 하면서도 경질류나 중질류 등 어떠한 종류의 중유도 기화시킬 수 있는 등 최대한의 부피 변화를 일으키면서 높은 열량을 생산할 수 있는 효과가 있다.
넷째, 연소가 이루어지는 영역 내에서 와류의 흐름을 유도하여 부피 변화실 바닥에 회분 등이 쌓이는 것을 막을 수 있는 효과가 있다.
다섯째, 부피 변화실이나 기화실의 압력 상승 시에도 스크류 가압 이송 장치를 사용하여 물과 기름을 충분하게 공급함으로써, 연료의 원활한 공급에 따른 안정적이고 지속적인 연소상태를 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 물과 기름을 연료로 사용하는 융합 연소 시스템의 예열장치를 나타내는 단면도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 물과 기름을 연료로 사용하는 융합 연소 시스템의 기화장치를 나타내는 단면도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 물과 기름을 연료로 사용하는 융합 연소 시스템의 부피변화장치를 나타내는 단면도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 물과 기름을 연료로 사용하는 융합 연소 시스템를 나타내는 단면도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 물과 기름을 연료로 사용하는 융합 연소 시스템의 작동상태를 나타내는 단면도
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 물과 기름을 연료로 사용하는 융합 연소 시스템의 예열장치를 나타내는 단면도
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 물과 기름을 연료로 사용하는 융합 연소 시스템의 기화장치를 나타내는 단면도
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 물과 기름을 연료로 사용하는 융합 연소 시스템의 부피변화장치를 나타내는 단면도
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 물과 기름을 연료로 사용하는 융합 연소 시스템를 나타내는 단면도
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 물과 기름을 연료로 사용하는 융합 연소 시스템의 작동상태를 나타내는 단면도
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 물과 기름을 연료로 사용하는 융합 연소 시스템의 예열장치에 대한 다른 예를 나타내는 단면도
도 12a 내지 도 12c는 본 발명의 일 실시예에 따른 융합 연소 시스템의 저녹스 버너 인정검사 결과서
본 발명의 물과 기름을 연료로 사용하는 융합 연소 시스템은 열량의 압축과 물질의 융합 반응을 일으키기 위한 순간 부피 변화 융합 연소 시스템으로서, 예열장치, 기화장치 및 부피변화장치의 조합 형태로 이루어진다.
1) 예열장치
점화기에서 발생되는 불꽃은 풍압이 세면 점화가 어려운 점, 공급되는 가스 압력이 너무 강하면 점화가 어려운 점, 가스 분출구가 노출이 심하면 점화가 어려운 점에 기초한 구조로서, 예열용 연료토출구를 경사지게 하고, 예열관 선단부를 예열용 연료토출구 위치보다 앞쪽으로 좀더 연장시켜서 풍량의 영향을 최소화하면서 예열장치의 점화 플러그가 접촉되는 부분을 일부 제거하여 예열장치 내에 설치된 기화장치에 의한 공기와류를 일으켜 가스와 공기의 혼합을 유도하면서 점화가 이루어지도록 한다.
이 경우, 경질유 사용에는 문제가 없지만 중질유 사용 시에는 연소실 겸용 부피팽창실 하단부에 회분이 쌓이는 현상이 발생될 수 있으므로, 초기 예열시간과 연소 시스템의 종료과정에서 누적된 회분을 소각시켜 깨끗한 환경을 만들기 위한 연소실 와류 방식을 도입하였다.
또한, 연소실 와류를 일으키기 위하여 예열장치와 기화장치를 분리시킨 구조를 제시하며(도 6), 분리 시에 기화장치를 이용한 공기 와류가 소멸되어 공기와 가스의 혼합이 이루어지지 않아 점화에 어려움이 있을 수도 있으나, 이를 해소하기 위하여 예열용 연료주입구 부분을 공기와 가스가 혼합되도록 한 혼합기 형성 구조를 둠으로써 점화가 용이하게 이루어질 수 있도록 하였다.
또한, 점화기가 부피변화장치 내에 내장되어 있는 경우에는 점화기 점검 시에 장착된 부품을 분리해야 하는 번거로움이 있는 관계로, 점화기를 외부에 설치하여 점검이 용이하도록 하였다(도 11).
2) 기화장치
초기 예열된 기화장치 내로 압축공기(4∼5㎏/㎠)와 연료를 동시에 투입하면, 압축공기의 공기압이 연소실 겸용 부피팽창실의 압력을 상승시켜 2차 부피 변화를 유도하고, 기화장치 내에 투입된 연료의 기화작용에 필요한 산소를 공급하는 역할을 하여 기화가 이루어지면서 연소실 겸용 부피팽창실로 분사된다.
분사된 연료의 부피팽창에 의한 3차 부피 팽창이 일어나 연소용 팬 공기와 기화된 연료가 연소실 겸용 부피팽창실에서 융합 반응을 일으켜 자연 발화가 진행되며, 1,600℃의 온도를 생산하게 된다.
이렇게 생상된 온도 중 300℃ 정도는 기화장치를 예열하기 위한 기화잠열로 사용되고, 나머지 1,300℃ 정도는 일률로 전환된다.
기화장치의 예열을 용이하게 하기 위하여 연료의 분사구는 예열부위 후방에 설치하는 것이 바람직하다.
한편, 기화장치에서 고려해야 하는 사항을 나열하면 다음과 같다.
(1) 회분이 쌓인다.
(2) 기화장치 내에서 기화된 기체가 기화 중이던 연료와 분리되어 바닥에 떨어지는 현상이 있다.
(3) 부피변화를 유도하는 부위가 집열로 인하여 소재가 녹아내린다.
(4) 중질유 사용 시 기화장치 내 회분이 쌓여 막힘 현상이 발생된다.
(5) 압축공기 압력과 연료펌프 압력이 충돌하여, 압축공기 압력>연료펌프 압력일 때에는 연료 공급이 되지 않으며, 압축공기 압력<연료펌프 압력일 때는 에어 탱크 내로 연료가 이동하는 현상이 일어난다.
이러한 점들을 해결하기 위하여 본 발명에서는 메인 기화관과 서브 기화관을 동축 구조의 이중관 형태로 조합하면서 연료의 정방향 및 역방향 흐름을 유도하는 방식, 그리고 연료가압기 등과 같은 수단을 제공한다.
도 2에서 보여주는 기화장치는 음과 양의 융합작용을 이용한 완전 연소를 실현할 수 있음을 나타낸다.
즉, 음은 무기물질인 물에 해당하며 양은 유기물질인 화석연료에 해당한다.
무기물질과 유기물질이 기화가 이루어지도록 예열과정이 끝나면 기화된 수증기와 기화된 화석연료는 부피팽창실에서 충돌이 일어나 화석연료는 공기와 혼합이 100% 이루어져 융합반응에 의한 자연 발화가 형성되면서 더 높은 연소열을 발생시키고, 수증기는 융합반응에서 생산된 높은 열에너지에 의해서 열분해되어 산소와 수소로 분리되고, 수소는 팬에서 공급된 잔여 산소량과 결합하여 연소가 진행되므로서, 물을 에너지화할 수 있게 된다.
도 7은 일련의 오염물 배출을 감소시키기 위한 연료과 공기, 그리고 물의 혼합과 밸런스를 유지하는 구조를 보여준다.
수증기를 이용한 액체 연료의 응력을 파괴하기 위해서는 연료+물+압축공기가 같은 라인 속으로 투입되어 간섭받도록 해야 한다.
이미 외부에서 연료와 물이 비율표에 의하여 혼합이 이루어졌을 때에는 원하는 목표 수행에 차질이 없지만, 외부에서 물과 기름을 혼합하는 과정에서 비용부담과 여러가지 문제점이 따르게 된다.
이러한 점을 감안하여 물과 기름을 기화장치 내에 별도 투입하는 방식을 채택하였다.
특히, 본 발명에서는 충분한 기화잠열 확보를 위한 예열장치는 물론, 물과 기름의 공급 압력에 의한 충돌 방지와 전방향 이동 유도와 물의 기화를 유도하기 위한 연료가압 수단을 제공한다.
그 결과, 화석 연료의 연소 열량을 활용하여 물을 열분해하면서 에너지화함으로써, 물과 화석 연료의 융합 연소 시스템을 구현할 수 있으며, 따라서 물이 사용되는 것 만큼 이산화탄소 발생을 줄일 수 있고, 물의 열분해 시 발생된 수소에너지를 2차 연소하기 때문에 잔여 산소량을 소진시킬 수 있고, 결국 오존의 발생이 줄어들고, 열분해된 산소는 질소의 온도를 흡수하기 때문에 NOx 발생을 억제할 수 있다.
이와 같은 융합 연소 시스템의 기본적인 운전과정은 다음과 같다.
팬 가동→15초 후에 압축공기+가스 공급 및 점화→점화 3초 후 기화장치 내 압축공기를 공급하고 점화기는 정지시킨 다음, 기화장치 내 연료가압기를 구동→120초 후 물과 기름 공급→3초 후 예열용 가스 연료 차단→정상 운전 지속
이때, 물과 연료투입 비율은 3:7이 적당하며, 그 결과 30%의 에너지 절감과 질소산화물을 30% 저감시킬 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 물과 기름을 연료로 사용하는 융합 연소 시스템을 나타내는 단면도이다.
도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 융합 연소 시스템은 초기 가동 시 점화 및 예열을 위한 수단으로 예열장치(13)를 포함한다.
상기 예열장치(13)는 원추형의 선단 부분에 형성되는 예열용 연료, 즉 가스와 공기의 혼합기로 되어 있는 예열용 연료를 토출하는 예열용 연료토출구(40)와 후단부 측면쪽에 형성되는 예열용 연료를 주입하는 예열용 연료주입구(32)를 가지면서 가스와 공기를 공급 및 토출하는 원통형 관 형태의 예열관(10)을 포함한다.
이러한 예열관(10)은 수직 자세의 지지 플레이트(31)를 수평으로 관통하면서 용접이나 나사체결 구조 등으로 플레이트측에 지지되는 구조로 설치될 수 있게 된다.
그리고, 상기 예열장치(13)는 예열관(10)의 예열용 연료토출구(40)에 위치되는 점화 플러그(11)를 가지면서 예열관(10)의 윗쪽으로 나란하게 배치되는 점화기(12)를 포함한다.
이러한 점화기(12)도 수직 자세의 지지 플레이트(31)를 수평으로 관통하면서 용접이나 나사체결 구조 등으로 플레이트측에 지지되는 구조로 설치될 수 있게 된다.
여기서, 상기 점화기(12)는 공지의 점화기를 적용할 수 있으며, 그 구조나 작동방식에 대해서는 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
이와 같은 예열장치(13)는 불꽃 상태의 감지를 위한 공지의 불꽃감지기(미도시)를 장착할 수 있는 불꽃감지기 장착관(39)를 포함하며, 상기 불꽃감지기 장착관(39)은 예열관(10)의 중심축선을 따라 나란하게 배치되면서 용접 등으로 예열관(10)측에 일체식으로 고정되는 구조로 설치될 수 있게 된다.
이렇게 설치되는 불꽃감지기 장착관(39)의 후단부에 불꽃감지기가 장착되며, 작업자는 불꽃감지기를 통해 내부의 점화상태, 화염상태 등을 확인할 수 있게 된다.
이러한 불꽃감지기 장착관(39)의 후단부 측면쪽 일측에는 에어 주입구(41)가 형성되어 있어서, 이곳을 통해 주입되는 에어에 의해 불꽃 등의 역류가 방지되면서 불꽃감지기가 보호될 수 있게 된다.
특히, 상기 예열장치(13)의 예열관(10)에 구비되는 예열용 연료주입구(32), 즉 예열관(10)의 후단 측면쪽에 형성되는 예열용 연료주입구(32)는 고압의 공기와 가스의 효과적인 혼합을 위한 구조로 이루어지게 된다.
예를 들면, 상기 예열용 연료주입구(32)는 가스주입관(32a)과 공기주입관(32b)으로 구성되는 한편, 상기 가스주입관(32a)은 둘레면에 홀을 가지는 구조로 이루어지게 되고, 이러한 가스주입관(32a)의 홀 둘레면을 감싸면서 가스주입관(32a)에 대해 직각으로 배치되는 구조로 공기주입관(32b)이 설치된다.
이에 따라, 상기 가스주입관(32a)을 따라 공급되는 가스의 유속에 의해 공기주입관(32b)으로 공급되는 고압의 공기가 홀을 통해 빨려들어가면서 섞이게 되므로, 공기와 가스가 충분하게 혼합된 상태로 공급될 수 있게 되고, 결국 우수한 점화 효율을 확보할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에서는 점화기(12)를 외부에 설치하여 점검을 용이하게 할 수 있도록 한 예열장치(13)의 다른 예를 제공한다.
이를 위하여, 도 11에 도시한 바와 같이, 상기 예열장치(13)는 후술하는 기화장치(21)의 둘레에 동축구조로 설치되면서 선단부에 공기주입을 위한 홀과 예열용 연료토출구(40)를 가지는 동시에 후단부 측면쪽에 예열용 연료주입구(32)를 가지는 원통형 관 형태의 예열관(10)을 포함한다.
이러한 예열관(10)은 수직 자세의 지지 플레이트(31)를 수평으로 관통하면서 용접이나 나사체결 구조 등으로 플레이트측에 지지되는 구조로 설치될 수 있게 된다.
그리고, 상기 예열장치(13)는 예열관(10)의 예열용 연료주입구(32)에 위치되는 점화 플러그(11)를 가지면서 예열용 연료주입구(32) 상에 설치되는 점화기(12)를 포함한다.
여기서, 상기 점화기(12)는 공지의 점화기를 적용할 수 있으며, 그 구조나 작동방식에 대해서는 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
이렇게 상기 점화기(12)의 경우 예열용 연료주입구(32)에 설치되어 외부로 노출되는 위치에 있게 되므로, 시스템 설비 전체를 분리하지 않고도 점화기 점검 작업이나 수리 작업 등을 쉽게 할 수 있는 이점이 있다.
이와 더불어, 상기 예열장치(13)는 불꽃 상태의 감지를 위한 공지의 불꽃감지기(미도시)를 장착할 수 있는 불꽃감지기 장착관(39)를 포함하며, 상기 불꽃감지기 장착관(39)은 예열관(10)의 일측에 이와 나란하게 수평 배치되면서 용접 등으로 지지 플레이트(31)에 고정되는 구조로 설치될 수 있게 된다.
이렇게 설치되는 불꽃감지기 장착관(39)의 후단부에 불꽃감지기가 장착되며, 작업자는 불꽃감지기를 통해 내부의 점화상태, 화염상태 등을 확인할 수 있게 된다.
이러한 불꽃감지기 장착관(39)의 후단부 측면쪽 일측에는 에어 주입구(41)가 형성되어 있어서, 이곳을 통해 주입되는 에어에 의해 불꽃 등의 역류가 방지되면서 불꽃감지기가 보호될 수 있게 된다.
또한, 상기 융합 연소 시스템은 연료, 즉 기름과 물과 공기의 혼합기를 자연발화가 일어나기 용이한 상태로 기화시켜주는 수단으로 기화장치(21)를 포함한다.
상기 기화장치(21)는 중심축선을 따라 관통 형성되는 연료공급로(15)를 가지는 원통형의 기화장치 본체(16)를 포함한다.
그리고, 상기 기화장치 본체(16)에는 외부의 연료공급용 배관(미도시) 등과 연결되는 연료주입구(14)가 형성되고, 이렇게 형성되는 연료주입구(14)는 연료공급로(15)와 통할 수 있게 된다.
이에 따라, 상기 연료주입구(14)를 통해 공급되는 연료, 즉 각각 공급되는 기름, 물, 공기는 연료공급로(15) 내에서 혼합됨과 더불어 연료공급로(15)를 따라 앞쪽으로 진행될 수 있게 된다.
여기서, 상기 연료주입구(14)는 각각 별개의 루트를 가지는 기름주입구(14a), 물주입구(14b) 및 공기주입구(14c)로 이루어질 수 있게 된다.
이러한 기화장치 본체(16)는 예열장치(13)의 일측에 나란하게 배치되면서 수직 자세의 지지 플레이트(31)를 수평으로 관통하면서 용접이나 나사체결 구조 등으로 플레이트측에 지지되는 구조로 설치될 수 있게 된다.
특히, 상기 기화장치(21)는 물론 상기 예열장치(13)는 하나의 지지 플레이트(31) 상에서 위아래로 나란하게 배치되는 형태로 설치되고, 이때의 지지 플레이트(31)는 후술하는 부피변화장치(30)의 부피변화장치 본체(24)의 후단부에 스크류 체결구조로 설치되므로서, 예열장치(13) 및 기화장치(21)를 포함하는 지지 플레이트(31) 전체를 부피변화장치(30)측으로부터 쉽게 분리할 수 있게 되고, 따라서 시스템 설비의 점검이나 수리 등과 같은 유지보수 작업을 보다 용이하게 할 수 있게 된다.
상기 기화장치(21)는 연료의 기화(무화)를 촉진하는 수단으로 메인 기화관(18)과 서브 기화관(20)을 포함한다.
상기 메인 기화관(18)은 원형의 관 형태로서, 기화장치 본체(16)의 선단부에 일직선상으로 나란하게 설치되고, 이렇게 설치되는 메인 기화관(18)은 기화장치 본체(16)의 연료공급로(15)와 그대로 연통될 수 있게 된다.
그리고, 상기 메인 기화관(18)의 선단부 측면쪽에는 연료배출구(17)가 형성되고, 이때의 연료배출구(17)를 빠져나간 연료는 서브 기화관(20)의 내부로 유입될 수 있게 된다.
상기 서브 기화관(20)은 메인 기화관(18)에 비해 상대적으로 큰 직경을 가지는 원형의 관 형태로서, 기화장치 본체(14)의 선단부에 일직선상으로 나란하게 지지됨과 더불어 메인 기화관(18)의 둘레에 동심원상으로 배치되는 구조로 설치된다.
이렇게 설치되는 서브 기화관(20)의 내부는 연료배출구(17)를 통해 메인 기화관측과 서로 연통될 수 있게 되고, 이러한 서브 기화관(20)의 후단부 측면쪽에는 연료토출구(19)가 형성된다.
여기서, 상기 메인 기화관(18)과 서브 기화관(20)의 선단부는 커버 블록(42)에 의해 마감될 수 있게 된다.
이에 따라, 상기 기화장치 본체(16)의 연료공급로(15)를 따라 공급되는 연료(기름+물+공기의 혼합기)는 메인 기화관(18)의 내부를 경유한 후에 그 선단쪽에 있는 연료배출구(17)를 통해 빠져나가게 되고, 이렇게 빠져나간 연료는 서브 기화관(20)의 내부를 역방향, 즉 메인 기화관(18)의 내부를 따라 흐르는 연료의 진행방향에 대한 역방향으로 경유한 후에 그 후단쪽에 있는 연료토출구(19)를 통해 빠져나가 후술하는 연소실 겸용 부피팽창실(25)의 내부로 토출될 수 있게 된다.
이렇게 연료가 메인 기화관(18)과 서브 기화관(20)의 내부를 정방향 및 역방향으로 진행되면서 긴 배관경로를 경유하게 되고, 이와 함께 메인 기화관(18)과 서브 기화관(20)이 연소가 이루어지고 있는 고온의 환경에 그대로 노출되어 있게 되므로, 즉 메인 기화관(18)과 서브 기화관(20)이 연소실 겸용 부피팽창실(25) 내에 속해 있게 되므로, 연료의 기체화가 더욱 촉진되는 동시에 연료의 입자 사이에 공기가 충분히 섞이게 되며, 결국 연료토출구(19)를 통해 빠져나가는 연료는 완전 기화상태로 분출되면서 자연발화 및 폭발을 일으키면서 연소될 수 있게 된다.
그리고, 상기 서브 기화관(20)의 연료토출구(19)의 주변에는 연료의 전방 토출을 유도하는 수단으로 연료진행가이드(34)가 설치된다.
이렇게 설치되는 연료진행가이드(34)는 전면 개방부위를 가지면서 연료토출구(19)의 주변을 둘러싸는 형태를 취하면서 연료토출구(19)에서 토출되는 연료가 전방을 향해 진행될 수 있도록 해주는 역할을 하게 된다.
특히, 상기 기화장치(21)는 물과 기름 간의 반력을 극복하고 기화장치 내의 압력 증가에 따른 연료의 공급저하를 해소하기 위한 수단으로 연료가압기(33)를 포함한다.
상기 연료가압기(33)는 기화장치 본체(16)의 축선을 따라 위치되는 동시에 연료공급로(15)의 내부에 나란하게 배치되는 스크류축(33a)과 상기 스크류축(33a)의 후단부에 장착되는 풀리(33b)를 포함한다.
이러한 스크류축(33a)은 기화장치 본체(16) 내의 베어링에 의해 지지되면서 회전 가능한 구조로 설치되며, 이때의 베어링 설치부위는 플레이트에 의해 마감될 수 있게 된다.
그리고, 상기 풀리(33b)는 모터(미도시)측과 벨트 전동구조(미도시)로 연결되며, 이에 따라 모터 가동 시 풀리(33b) 및 스크류축(33a)이 회전되면서 연료공급로(15) 내의 연료를 가압함과 더불어 혼합시키면서 앞쪽으로 밀어낼 수 있게 된다.
또한, 상기 융합 연소 시스템은 팽창 및 연소 영역을 조성하면서 최종적으로 연소열과 화염을 토출하는 수단으로 부피변화장치(30)를 포함한다.
상기 부피변화장치(30)는 예열장치(13)와 기화장치(21)의 선단 부분을 수용함과 더불어 후단부 측면쪽의 연소용 공기공급구(22)와 선단부 전면으로의 화염분출구(23)가 구비되는 원통형 관 형태의 부피변화장치 본체(24)를 포함한다.
즉, 상기 부피변화장치 본체(24)의 후단부 패널에는 윗쪽과 아래쪽에 각각 기화장치(21)의 기화장치 본체(16)와 예열장치(13)의 예열관(10) 등이 설치되어 있는 지지 플레이트(31)가 볼트 체결구조로 설치되므로서, 예열장치(13)와 기화장치(21)의 선단 부분은 부피변화장치 본체(24)의 내부에 위치될 수 있게 된다.
그리고, 상기 부피변화장치(30)는 부피변화장치 본체(24)의 내부에 동축구조로 설치되면서 기화장치(21)의 메인 기화관(18)과 서브 기화관(20)이 속해 있는 연소실 겸용 부피팽창실(25)을 조성하는 원통형 관 형태의 메인 부피변화관(26)을 포함한다.
이때의 메인 부피변화관(26)은 부피변화장치 본체(24)의 내벽에 용접 등으로 지지될 수 있게 된다.
이렇게 설치되는 메인 부피변화관(26)의 후단 개방부위는 연소용 공기공급구(22)가 형성되어 있는 부피변화장치 본체(24)의 내부 후단 영역과 그대로 통하는 구조를 이루게 되고, 선단 개방부위는 연소열 토출구(27)로서 이곳을 통해 연소열이 앞쪽으로 토출될 수 있게 된다.
이러한 메인 부피변화관(26)의 내부는 연료의 연소, 부피팽창 등이 이루어지는 연소실 겸용 부피팽창실(25)로 조성된다.
그리고, 상기 부피변화장치(30)는 부피변화장치 본체(24)와 메인 부피변화관(26)의 사이에 간격을 유지함과 더불어 동심원상으로 배치되는 구조로 설치되는 원통형 관 형태의 서브 부피변화관(29)을 포함한다.
이때, 상기 부피변화장치 본체(24), 메인 부피변화관(26) 및 서브 부피변화관(29)은 동심원상으로 적층 배치되고, 각 관 사이에는 스페이서(43)가 개재되어 관 사이의 간격을 확보해줄 수 있게 되며, 이렇게 확보되는 간격은 연소열의 진행 통로가 될 수 있게 된다.
이러한 서브 부피변화관(29)의 후단 측면쪽에는 연소열 배출구(28)가 형성되어 있으며, 이때의 연소열 배출구(28)를 통해 메인 부피변화관(26)의 연소열 토출구(27)를 빠져나와 역류하여 진행하는 일부 연소열(나머지 연소열은 서브 부피변화관 선단 개방부를 통해 빠져나감)이 배출되어 부피변화장치 본체(24)와 서브 부피변화관(29) 사이의 간격(통로)으로 보내질 수 있게 된다.
즉, 상기 서브 부피변화관(29)은 메인 부피변화관(26)의 연소열 토출구(27)를 빠져나온 연소열 중 일부를 뒷쪽으로 유도한 후에 후단 측면쪽의 연소열 배출구(28)를 통해 배출시키는 역할을 하게 된다.
이에 따라, 상기 메인 부피변화관(26)의 연소실 겸용 부피팽창실(25)에서 일어나는 연소과정에서 고온의 연소열과 연소가스 등은 메인 부피변화관(26)과 서브 부피변화관(29) 사이의 통로를 따라 역류하게 되고, 이렇게 역류하는 고온의 연소열과 연소가스 등이 기화장치(21)의 메인 기화관(18)과 서브 기화관(20)이 속해 있는 연소실 겸용 부피팽창실(25)의 주변을 따라 흐르면서 고온의 열을 제공하게 됨으로써, 기화장치(21) 내에서의 최적의 기화 조건이 유지될 수 있게 되고, 또한 연소실 겸용 부피팽창실(25) 내에서의 불완전 연소를 최대한 억제되어 연소 효율이 극대화될 수 있게 된다.
이와 더불어, 상기 부피변화장치(30)는 메인 부피변화관(26)과 앞뒤로 짝을 이루며 조합되어 연소효율 증대를 위한 와류발생 등을 유도하는 수단으로 와류형성관(36)을 포함한다.
상기 와류형성관(36)은 후단부가 원추형의 혼합기 와류돌기(35)로 이루어져 막혀 있는 원통형의 관으로 이루어지며, 메인 부피변화관(26)의 선단부에 형성되는 연소열 토출구(27)의 앞쪽에 동축구조를 이루며 앞뒤로 나란하게 배치된다.
계속해서, 이렇게 배치되는 와류형성관(36)은 서브 부피변화관(29)의 내주면과의 개재되는 스페이서(43)에 의해 지지됨과 더불어 서브 부피변화관(29)과의 사이에 간격(통로)을 유지하는 구조로 설치된다.
특히, 상기 와류형성관(36)의 혼합기 와류돌기(35)는 메인 부피변화관(26)의 연소열 토출구(27)를 통해 연소실 겸용 부피팽창실(25)의 내부로 진입하여 위치되고, 이렇게 위치되는 와류형성관(36)의 혼합기 와류돌기(35)와 연소열 토출구(27) 사이에는 연소열 통과간극(37)이 조성된다.
이에 따라, 상기 메인 부피변화관(26)의 연소실 겸용 부피팽창실(25) 내에서의 연소열은 와류형성관(36)의 혼합기 와류돌기(35)에 부딪히면서 방향이 꺽이는 등의 와류 흐름 형태를 보이게 되고, 결국 연료의 연소과정을 더욱 활성화시켜서 연소효율을 높일 수 있게 된다.
그리고, 상기 부피변화장치(30)의 부피변화장치 본체(24)에는 후단부 측면쪽으로 보조 공기주입구(38)가 형성되며, 이때의 보조 공기주입구(38)를 통해 공급되는 냉각공기는 부피변화장치 본체(24)와 서브 부피변화관(29) 사이의 통로를 통해 흐르면서 부피변화장치(30) 등을 포함하는 시스템 설비 전체가 과열되는 것을 방지해줄 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 물과 기름을 연료로 사용하는 융합 연소 시스템의 작동상태를 나타내는 단면도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 먼저 준비 단계로서, 일정시간 동안 팬(미도시)을 가동하여 연소용 공기공급구(22)를 통해 압축공기를 불어넣어 줌으로써 연소실 겸용 부피팽창실(25) 내의 잔여가스를 외부로 배출하는 단계를 실시한다.
다음, 예열 단계로서, 예열장치(13)의 예열용 연료주입구(32)를 통해 예열관(10) 내에 가스와 공기를 공급하고, 이와 동시에 점화기(12)의 점화플러그(11)를 이용하여 점화시키고, 연료가 공급되기 전에 일정시간 동안 연료의 이동공간 및 그 주변, 예를 들면 기화장치(21)의 메인 기화관(18) 및 서브 기화관(20)이 속해 있는 연소실 겸용 부피팽창실(25) 내의 공간을 예열하는 단계를 실시한다.
이때의 예열 단계는 60초 내지 180초 정도의 시간동안 실시하는 것이 바람직하다.
다음, 연료분사 및 연료기화 단계로서, 팬을 가동하여 연소에 필요한 공기를 연소용 공기공급구(22)를 통해 공급하는 한편, 기화장치(21)의 연료주입구(14), 즉 기름주입구(14a) 및 공기주입구(14c)를 통해 연료공급로(15)는 물론 메인 기화관(18)과 서브 기화관(20)으로 연료(기름+압축공기)를 공급하면, 이때의 연료, 즉 혼합기는 연료공급로(15), 메인 기화관(18) 및 서브 기화관(20)을 경유하면서 서로 혼합되고, 이와 더불어 주변의 온도 영향을 받아 혼합기는 기체화될 수 있게 된다.
다음, 연소 및 부피팽창 단계로서, 기체화된 혼합기를 높은 예열온도의 연소가스와 혼합되게 한 후에 자연 발화시켜서 연소시키는 단계를 실시한다.
즉, 기화장치(21)에서 기체화된 기름과 공기의 혼합기가 연료토출구(19)를 통해 연소실 겸용 부피팽창실(25)의 내부로 공급되고, 이때 예열에 따른 연소열 누적과 높은 예열 온도에 의해 혼합기의 자연 발화가 일어나게 된다.
예를 들면, 예열장치(13)의 초기 예열로 기화장치(21) 주변 및 연소실 겸용 부피팽창실(25)의 온도가 자연 발화가 가능한 온도 이상으로 상승 및 유지되면 기화장치(21)측에서 혼합기가 공급될 때 자연발화가 일어나게 된다.
자연 발화 후 연소실 겸용 부피팽창실(25)에서 일어나는 연소 과정에서 고온의 연소열, 연소가스와 잔유물, 연소생성물은 와류 흐름을 타고 기화장치(21)의 주변을 따라 후방으로 역류하게 되는데, 이때 고온의 연소열이 기화장치(21)로 제공됨으로써 기화장치(21) 내에서의 최적 기화 조건이 유지되고, 또한 연소실 겸용 부피팽창실(25) 내에서의 불완전연소를 최대한 억제하여 연소 효율을 극대화하게 된다.
그리고, 연소실 겸용 부피팽창실(25) 내 혼합기의 자연 발화가 이루어진 뒤에는 예열장치(13)의 작동을 정지시켜 초기 예열은 중단한다.
예열장치(13)의 작동 정지 후, 이와 동시에 연료주입구(14), 즉 물주입구(14b)를 통해 물을 공급한다.
이때부터는 기화장치(21)측에서 기름, 물, 압축공기가 혼합되어 기화된 혼합기가 분출될 수 있게 된다.
그리고, 이때의 기름과 물의 혼합 비율은 70중량% : 30중량% 정도가 바람직하다.
계속해서, 연소가 이루어지고 있는 연소실 겸용 부피팽창실(25)의 내부에서는 와류형성관(36)의 혼합기 와류돌기(35)에 의해 연소열, 연소가스 등의 강력한 와류 상태의 흐름이 일어나게 됨과 더불어 역방향의 흐름도 일어나게 되면서 연소가 활발히 이루어게 된다.
특히, 초기 기름 투입 후에 곧이어 물을 투입한 후에는 순간적으로 높은 온도, 예를 들면 1,300℃ 이상의 온도가 발생하면서 열량 증폭에 따른 우수한 연소효과를 이루면서 불꽃이 선명하고 상쾌한 열냄새가 날 수 있게 된다.
즉, 연소실 겸용 부피팽창실(25) 내의 환경변화는 팬(미도시)으로부터 제공되는 공기의 풍량과 풍압, 그리고 압축공기의 압력과 관계가 있으며, 연소실 겸용 부피변화실(25)의 와류를 일으키는 혼합기 와류돌기(35)와 이 혼합기 와류돌기(35)를 감싸고 있는 연소열 토출구(27)와의 연소열 통과간극(37), 풍압의 반작용에 의한 연소열의 분배 비율이 연소 시스템에 영향을 준다.
특히, 주연료 연소가 진행되면 과도한 열량 증폭을 막기 위해 증폭된 열량의 일부를 기화 잠열로 전환시킴으로써, 일부의 연소열은 서브 부피변화관(29)측의 통로로 역류시켜서 연료를 기화시키는 용도로 전환시킴으로써, 연소실 겸용 부피팽창실(25)의 손상을 방지할 수 있게 된다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 물과 기름을 연료로 사용하는 융합 연소 시스템을 나타내는 단면도이다.
도 6 내지 도 9에 도시한 바와 같이, 상기 융합 연소 시스템은 초기 가동 시 점화 및 예열을 위한 수단으로 예열장치(130)를 포함한다.
상기 예열장치(130)는 원추형의 선단 부분에 형성되는 예열용 연료, 즉 가스와 공기의 혼합기로 되어 있는 예열용 연료를 토출하는 예열용 연료토출구(400)와 후단부 측면쪽에 형성되는 예열용 연료를 주입하는 예열용 연료주입구(320)를 가지면서 가스와 공기를 공급 및 토출하는 원통형 관 형태의 예열관(100)을 포함한다.
이러한 예열관(100)은 수직 자세의 지지 플레이트(310)를 수평으로 관통하면서 후술하는 예열관 블록(440)측에 결합되는 구조로 설치될 수 있게 된다.
이와 더불어, 상기 예열관 블록(440)은 외부로부터의 가스 및 압축공기 배관(미도시)이 연결되는 링형 블록 형태로서, 예열관(100)의 후단부를 수용하는 구조로 예열관측과 결합되고, 이렇게 예열관(100)과 결합된 예열관 블록(440)은 지지 플레이트(310) 상에 볼트 체결구조로 설치될 수 있게 된다.
이때의 예열관 블록(440)은 후술하는 기화장치 본체(160)는 물론 2차 기화장치 본체(430)를 체결하는 볼트에 의해 함께 체결될 수 있게 된다.
그리고, 상기 예열장치(130)는 예열관(100)의 예열용 연료토출구(400)에 위치되는 점화 플러그(110)를 가지면서 예열관(100)의 윗쪽으로 나란하게 배치되는 점화기(120)를 포함한다.
이러한 점화기(120)도 수직 자세의 지지 플레이트(310)를 수평으로 관통하면서 용접이나 나사체결 구조 등으로 플레이트측에 지지되는 구조로 설치될 수 있게 된다.
여기서, 상기 점화기(120)는 공지의 점화기를 적용할 수 있으며, 그 구조나 작동방식에 대해서는 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
이와 같은 예열장치(130)는 불꽃 상태의 감지를 위한 공지의 불꽃감지기(미도시)를 장착할 수 있는 불꽃감지기 장착관(390)를 포함하며, 상기 불꽃감지기 장착관(390)은 예열관(100)의 아래쪽에 수평자세로 나란하게 배치되면서 용접 등으로 지지 플레이트(310) 상에 관통 고정되는 구조로 설치될 수 있게 된다.
이렇게 설치되는 불꽃감지기 장착관(390)의 후단부에 불꽃감지기가 장착되며, 작업자는 불꽃감지기를 통해 내부의 점화상태, 화염상태 등을 확인할 수 있게 된다.
이러한 불꽃감지기 장착관(390)의 후단부 측면쪽 일측에는 에어주입구(410)가 형성되어 있어서, 이곳을 통해 주입되는 에어에 의해 불꽃 등의 역류가 방지되면서 불꽃감지기가 보호될 수 있게 된다.
또한, 상기 융합 연소 시스템은 연료, 즉 기름과 물과 공기의 혼합기를 자연발화가 일어나기 용이한 상태로 기화시켜주는 수단으로 기화장치(210)를 포함한다.
상기 기화장치(210)는 중심축선을 따라 관통 형성되는 연료공급로(150)를 가지는 원통형의 기화장치 본체(160)를 포함한다.
그리고, 상기 기화장치 본체(160)에는 외부의 연료공급용 배관(미도시) 등과 연결되는 연료주입구(140)가 형성되고, 이렇게 형성되는 연료주입구(140)는 연료공급로(150)와 통할 수 있게 된다.
이에 따라, 상기 연료주입구(140)를 통해 공급되는 연료, 즉 각각 공급되는 기름, 물, 공기는 연료공급로(150) 내에서 혼합됨과 더불어 연료공급로(150)를 따라 앞쪽으로 진행될 수 있게 된다.
여기서, 상기 연료주입구(140)는 각각 별개의 루트를 가지는 기름주입구(140a), 물주입구(140b) 및 공기주입구(140c)로 이루어질 수 있게 된다.
이러한 기화장치 본체(160)는 예열장치(130)의 중심부, 즉 예열관(100)의 중심부를 관통하면서 중심축선을 따라 나란하게 배치되고, 이렇게 배치된 상태에서 수직 자세의 지지 플레이트(310)를 수평으로 관통하면서 볼트 체결구조나 나사체결 구조 등으로 플레이트측에 지지되는 구조로 설치될 수 있게 된다.
특히, 상기 기화장치(210)는 물론 상기 예열장치(130)는 하나의 지지 플레이트(310) 상에서 위아래로 나란하게 배치되는 형태로 설치되고, 이때의 지지 플레이트(310)는 후술하는 부피변화장치(300)의 부피변화장치 본체(240)의 후단부에 스크류 체결구조로 설치되므로서, 예열장치(130) 및 기화장치(210)를 포함하는 지지 플레이트(310) 전체를 부피변화장치(300)측으로부터 쉽게 분리할 수 있게 되고, 따라서 시스템 설비의 점검이나 수리 등과 같은 유지보수 작업을 보다 용이하게 할 수 있게 된다.
상기 기화장치(210)는 연료의 기화(무화)를 촉진하는 수단으로 메인 기화관(180)과 서브 기화관(200)을 포함한다.
상기 메인 기화관(180)은 원형의 관 형태로서, 기화장치 본체(160)의 선단부에 일직선상으로 나란하게 설치되고, 이렇게 설치되는 메인 기화관(180)은 기화장치 본체(160)의 연료공급로(150)와 그대로 연통될 수 있게 된다.
그리고, 상기 메인 기화관(180)의 선단부 측면쪽에는 연료배출구(170)가 형성되고, 이때의 연료배출구(170)를 빠져나간 연료는 서브 기화관(200)의 내부로 유입될 수 있게 된다.
상기 서브 기화관(200)은 메인 기화관(180)에 비해 상대적으로 큰 직경을 가지는 원형의 관 형태로서, 기화장치 본체(160)의 선단부에 일직선상으로 나란하게 지지됨과 더불어 메인 기화관(180)의 둘레에 동심원상으로 배치되는 구조로 설치된다.
이렇게 설치되는 서브 기화관(200)의 내부는 메인 기화관(180)에 있는 연료배출구(170)를 통해 메인 기화관측과 서로 연통될 수 있게 되고, 이러한 서브 기화관(200)의 후단부 측면쪽에는 연료토출구(190)가 형성된다.
여기서, 상기 메인 기화관(180)과 서브 기화관(200)의 선단부는 커버 블록(420)에 의해 마감될 수 있게 된다.
이에 따라, 상기 기화장치 본체(160)의 연료공급로(150)를 따라 공급되는 연료(기름+물+공기의 혼합기)는 메인 기화관(180)의 내부를 경유한 후에 그 선단쪽에 있는 연료배출구(170)를 통해 빠져나가게 되고, 이렇게 빠져나간 연료는 서브 기화관(200)의 내부를 역방향, 즉 메인 기화관(180)의 내부를 따라 흐르는 연료의 진행방향에 대한 역방향으로 경유한 후에 그 후단쪽에 있는 연료토출구(190)를 통해 빠져나가 후술하는 2차 연소실 겸용 부피팽창실(390)의 내부로 토출될 수 있게 된다.
이렇게 연료가 메인 기화관(180)과 서브 기화관(200)의 내부를 정방향 및 역방향으로 진행되면서 연소실 겸용 부피팽창실(250)과 2차 연소실 겸용 부피팽창실(390)에 걸쳐 배치되는 긴 배관경로를 경유하게 되고, 이와 함께 메인 기화관(180)과 서브 기화관(200)이 연소가 이루어지고 있는 고온의 환경에 그대로 노출되어 있게 되므로, 즉 메인 기화관(180)과 서브 기화관(200)이 연소실 겸용 부피팽창실(250)을 거침과 더불어 2차 연소실 겸용 부피팽창실(390) 내에 속해 있게 되므로, 연료의 기체화가 더욱 촉진되는 동시에 연료의 입자 사이에 공기가 충분히 섞이게 되며, 결국 연료토출구(190)를 통해 빠져나가는 연료는 완전 기화상태로 분출되면서 자연발화 및 폭발을 일으키면서 연소될 수 있게 된다.
그리고, 상기 서브 기화관(200)의 연료토출구(190)의 주변에는 연료의 전방 토출을 유도하는 수단으로 연료진행가이드(340)가 설치된다.
이렇게 설치되는 연료진행가이드(340)는 전면 홀을 가지면서 연료토출구(190)의 주변을 둘러싸는 형태를 취하면서 연료토출구(190)에서 토출되는 연료가 전방을 향해 진행될 수 있도록 해주는 역할을 하게 된다.
특히, 상기 기화장치(210)는 물과 기름 간의 반력을 극복하고 기화장치 내의 압력 증가에 따른 연료의 공급저하를 해소하기 위한 수단으로 연료가압기(330)를 포함한다.
상기 연료가압기(330)는 기화장치 본체(160)의 축선을 따라 위치되는 동시에 연료공급로(150)의 내부는 물론 메인 기화관(180)의 후단구간 내에 나란하게 배치되는 스크류축(330a)과 상기 스크류축(330a)의 후단부에 장착되는 풀리(330b)를 포함한다.
이러한 스크류축(330a)은 기화장치 본체(160) 내의 베어링에 의해 지지되면서 회전 가능한 구조로 설치되며, 이때의 베어링 설치부위는 플레이트에 의해 마감될 수 있게 된다.
그리고, 상기 풀리(330b)는 모터(미도시)측과 벨트 전동구조(미도시)로 연결되며, 이에 따라 모터 가동 시 풀리(330b) 및 스크류축(330a)이 회전되면서 연료공급로(150) 내의 연료를 가압함과 더불어 혼합시키면서 앞쪽으로 밀어낼 수 있게 된다.
이와 더불어, 본 발명에서는 인련의 오염물질배출을 감소시키기 위한 기름과 공기, 그리고 물의 혼합과 밸런스를 위해 연료를 별도로 투입하는 방식을 포함한다.
이를 위하여, 상기 기화장치(210)는 2차 기화장치 본체(430), 2차 메인 기화관(400) 및 2차 서브 기화관(320)으로 구성되어 연료를 별도로 투입하여 연소시키는 구조를 포함한다.
상기 2차 기화장치 본체(430)는 내부 후단쪽에 기름주입구와 공기주입구로 구성되는 2차 연료주입구(400a)를 가지는 동시에 중심축선을 따라 관통 형성되는 2차 연료공급로(420)를 가지면서 후단의 원판형 블록 몸체 부분과 이 원판형 블록 몸체의 앞쪽으로 길게 연장되는 관 부분의 일체형 형태로 이루어지게 된다.
이러한 2차 기화장치 본체(430)는 기화장치 본체(160)와 메인 기화관(180) 및 서브 기화관(200) 사이에 위치됨과 더불어 메인 기화관(180)의 둘레에 간격을 유지하면서 동축 구조로 나란하게 위치되고, 기화장치 본체(160)와 예열관 블록(440) 사이에 개재되어 볼트에 의해 지지 플레이트(310)측에 체결되는 구조로 설치될 수 있게 된다.
상기 2차 메인 기화관(400)과 2차 서브 기화관(320)는 연료의 기화(무화)를 촉진하는 수단이다.
상기 2차 메인 기화관(400)은 원형의 관 형태로서, 2차 기화장치 본체(430)의 선단부에 일직선상으로 나란하게 설치되고, 이렇게 설치되는 2차 메인 기화관(400)은 2차 기화장치 본체(430)의 2차 연료공급로(420)와 그대로 연통될 수 있게 된다.
그리고, 상기 2차 메인 기화관(400)의 선단부 측면쪽에는 2차 연료배출구(400b)가 형성되고, 이때의 2차 연료배출구(400b)를 빠져나간 연료는 2차 서브 기화관(320)의 내부로 유입될 수 있게 된다.
상기 2차 서브 기화관(320)은 2차 메인 기화관(400)에 비해 상대적으로 큰 직경을 가지는 원형의 관 형태로서, 2차 기화장치 본체(430)의 선단부에 일직선상으로 나란하게 지지됨과 더불어 2차 메인 기화관(400)의 둘레에 동심원상으로 배치되는 구조로 설치된다.
이렇게 설치되는 2차 서브 기화관(320)의 내부는 2차 메인 기화관(400)에 있는 2차 연료배출구(400b)를 통해 2차 메인 기화관측과 서로 연통될 수 있게 되고, 이러한 2차 서브 기화관(320)의 후단부 측면쪽에는 2차 연료토출구(320a)가 형성된다.
여기서, 상기 2차 메인 기화관(400)과 2차 서브 기화관(320)의 선단부는 후술하는 혼합기 와류블록(350)에 의해 마감될 수 있게 된다.
이에 따라, 상기 2차 기화장치 본체(430)의 2차 연료공급로(420)를 따라 공급되는 연료(기름+공기의 혼합기)는 2차 메인 기화관(400)의 내부를 경유한 후에 그 선단쪽에 있는 2차 연료배출구(400b)를 통해 빠져나가게 되고, 이렇게 빠져나간 연료는 2차 서브 기화관(320)의 내부를 역방향, 즉 2차 메인 기화관(400)의 내부를 따라 흐르는 연료의 진행방향에 대한 역방향으로 경유한 후에 그 후단쪽에 있는 2차 연료토출구(320a)를 통해 빠져나가 후술하는 연소실 겸용 부피팽창실(250)의 내부로 토출될 수 있게 된다.
이렇게 연료가 2차 메인 기화관(400)과 2차 서브 기화관(320)의 내부를 정방향 및 역방향으로 진행되면서 긴 배관경로를 경유하게 되고, 이와 함께 2차 메인 기화관(400)과 2차 서브 기화관(320)이 연소가 이루어지고 있는 고온의 환경에 그대로 노출되어 있게 되므로, 즉 2차 메인 기화관(400)과 2차 서브 기화관(320)이 연소실 겸용 부피팽창실(250) 내에 속해 있게 되므로, 연료의 기체화가 더욱 촉진되는 동시에 연료의 입자 사이에 공기가 충분히 섞이게 되며, 결국 2차 연료토출구(320a)를 통해 빠져나가는 연료는 완전 기화상태로 분출되면서 자연발화 및 폭발을 일으키면서 연소될 수 있게 된다.
그리고, 상기 2차 서브 기화관(320)의 2차 연료토출구(320a)의 주변에는 연료의 전방 토출을 유도하는 수단으로 연료진행가이드(340)가 설치된다.
이렇게 설치되는 연료진행가이드(340)는 전면 개방부위를 가지면서 2차 연료토출구(320a)의 주변을 둘러싸는 형태를 취하면서 2차 연료토출구(320a)에서 토출되는 연료가 전방을 향해 진행될 수 있도록 해주는 역할을 하게 된다.
또한, 상기 융합 연소 시스템은 팽창 및 연소 영역을 조성하면서 최종적으로 연소열과 화염을 토출하는 수단으로 부피변화장치(300)를 포함한다.
상기 부피변화장치(300)는 예열장치(130)와 기화장치(210)의 선단 부분을 수용함과 더불어 후단부 측면쪽의 연소용 공기공급구(220)와 선단부 전면으로의 화염분출구(230)가 구비되는 원통형 관 형태의 부피변화장치 본체(240)를 포함한다.
즉, 상기 부피변화장치 본체(240)의 후단부 패널에는 윗쪽과 아래쪽에 각각 기화장치(210)의 기화장치 본체(160)와 예열장치(130)의 예열관(100) 등이 설치되어 있는 지지 플레이트(310)가 볼트 체결구조로 설치되므로서, 예열장치(130)와 기화장치(210)의 선단 부분은 부피변화장치 본체(240)의 내부에 위치될 수 있게 된다.
그리고, 상기 부피변화장치(300)는 부피변화장치 본체(240)의 내부에 동축구조로 설치되면서 2차 메인 기화관(400)과 2차 서브 기화관(320)이 속해 있는 연소실 겸용 부피팽창실(250)을 조성하는 원통형 관 형태의 메인 부피변화관(260)을 포함한다.
이때의 메인 부피변화관(260)은 부피변화장치 본체(240)의 내벽에 용접 등으로 지지될 수 있게 된다.
이렇게 설치되는 메인 부피변화관(260)의 후단 개방부위는 연소용 공기공급구(220)가 형성되어 있는 부피변화장치 본체(240)의 내부 후단 영역과 그대로 통하는 구조를 이루게 되고, 선단 개방부위는 연소열 토출구(270)로서 이곳을 통해 연소열이 앞쪽으로 토출될 수 있게 된다.
이러한 메인 부피변화관(260)의 내부는 연료의 연소, 부피팽창 등이 이루어지는 연소실 겸용 부피팽창실(250)로 조성된다.
그리고, 상기 부피변화장치(300)는 부피변화장치 본체(240)와 메인 부피변화관(260)의 사이에 간격을 유지함과 더불어 동심원상으로 배치되는 구조로 설치되는 원통형 관 형태의 서브 부피변화관(290)을 포함한다.
이때, 상기 부피변화장치 본체(240), 메인 부피변화관(260) 및 서브 부피변화관(290)은 동심원상으로 적층 배치되고, 각 관 사이에는 스페이서(450)가 개재되어 관 사이의 간격을 확보해줄 수 있게 되며, 이렇게 확보되는 간격은 연소열의 진행 통로가 될 수 있게 된다.
이러한 서브 부피변화관(290)의 후단 측면쪽에는 연소열 배출구(280)가 형성되어 있으며, 이때의 연소열 배출구(280)를 통해 메인 부피변화관(260)의 연소열 토출구(270)를 빠져나와 역방향으로 진행하는 일부 연소열(나머지 연소열은 후술하는 2차 메인 부피변화관과 서브 부피변화관 사이의 통로를 통해 빠져나감)은 메인 부피변화관(260)과 서브 부피변화관(290) 사이의 통로를 따라 역류하여 진행한 후, 연소열 배출구(280)를 통해 부피변화장치 본체(240)와 서브 부피변화관(290) 사이의 간격(통로)으로 보내질 수 있게 된다.
즉, 상기 서브 부피변화관(290)은 메인 부피변화관(260)의 연소열 토출구(270)를 빠져나온 연소열 중 일부를 뒷쪽으로 유도한 후에 후단 측면쪽의 연소열 배출구(280)를 통해 배출시키는 역할을 하게 된다.
이에 따라, 상기 메인 부피변화관(260)의 연소실 겸용 부피팽창실(250)에서 일어나는 연소과정에서 고온의 연소열과 연소가스 등은 메인 부피변화관(260)과 서브 부피변화관(290) 사이의 통로를 따라 역류하게 되고, 이렇게 역류하는 고온의 연소열과 연소가스 등이 기화장치(210)의 2차 메인 기화관(400)과 2차 서브 기화관(320)이 속해 있는 연소실 겸용 부피팽창실(250)의 주변을 따라 흐르면서 고온의 열을 제공하게 됨으로써, 기화장치(210) 내에서의 최적의 기화 조건이 유지될 수 있게 되고, 또한 연소실 겸용 부피팽창실(250) 내에서의 불완전 연소를 최대한 억제되어 연소 효율이 극대화될 수 있게 된다.
이와 더불어, 상기 부피변화장치(300)는 메인 부피변화관(260)과 앞뒤로 나란하게 배치되는 원통형 관 형태의 2차 메인 부피변화관(360)을 포함한다.
상기 2차 메인 부피변화관(360)은 부피변화장치(300)의 내측, 즉 서브 부피변화관(290)의 내측에서 이와 동축 구조를 이루면서 메인 부피변화관(260)의 앞쪽으로 나란하게 위치되고, 이렇게 위치된 상태에서 스페이서(450)를 매개로 하여 서브 부피변화관(290)의 내주 둘레와 간격을 유지하면서 고정되는 구조로 설치된다.
이와 같이 설치되는 2차 메인 부피변화관(360)의 내부는 2차 연소실 겸용 부피팽창실(390)로 조성되며, 이때의 2차 연소실 겸용 부피팽창실(390)에는 기화장치(210)의 메인 기화관(180)과 서브 기화관(200)이 위치될 수 있게 된다.
즉, 상기 부피변화장치(300)의 연소실 겸용 부피팽창실(250)의 내부에는 2차 메인 기화관(400)과 2차 서브 기화관(320)이 위치되고, 2차 연소실 겸용 부피팽창실(390)의 내부에는 메인 기화관(180)과 서브 기화관(200)이 위치된다.
그리고, 상기 2차 메인 부피변화관(360)의 내측 선단부에는 후단이 원추형으로 마감된 보조 부피변화관(460)이 동심원상으로 설치되고, 이렇게 설치되는 보조 부피변화관(460)은 스페이서(450)를 통해 2차 메인 부피변화관(360)의 내측에서 간격을 유지하면서 고정되는 구조로 설치될 수 있게 된다.
특히, 상기 부피변화장치(300)는 메인 부피변화관(26)의 연소열 토출구(270)측에 설치되어 연소효율 증대를 위한 와류발생 등을 유도하는 수단으로 혼합기 와류블록(350)을 포함한다.
상기 혼합기 와류블록(350)은 원추형의 블록 형태로서, 기화장치(210)의 메인 기화관(180) 및 서브 기화관(200)과 2차 메인 기화관(310) 및 2차 서브 기화관(320) 사이의 경계부위에 결합되는 구조로 설치되고, 이렇게 설치되는 혼합기 와류블록(350)의 원추형 후단부는 메인 부피변화관(260)의 선단부에 형성되는 연소열 토출구(270)를 향하도록 위치된다.
그리고, 상기 혼합기 와류블록(350)은 연소열 토출구(270)를 통해 연소실 겸용 부피팽창실(250)의 내부로 진입하여 위치됨과 더불어 이때의 혼합기 와류블록(350)의 원추형 경사면과 대략 유사한 기울기를 갖는 2차 메인 부피변화관(360)의 경사판(470), 즉 2차 메인 부피변화관(360)의 후단부에서 중심쪽을 향해 일정각도 경사지게 꺽인 형태로 이루어진 경사판(470)은 함께 짝을 이루면서 연소열 토출구(270)와의 사이에 연소열 통과간극(370)을 조성할 수 있게 된다.
이에 따라, 상기 메인 부피변화관(260)의 연소실 겸용 부피팽창실(250) 내에서의 연소열은 혼합기 와류블록(350)과 경사판(470)의 일부에 부딪히면서 방향이 꺽이는 등의 와류 흐름 형태를 보이게 되고, 결국 연료의 연소과정을 더욱 활성화시켜서 연소효율을 높일 수 있게 된다.
그리고, 상기 부피변화장치(300)의 부피변화장치 본체(240)에는 후단부 측면쪽으로 보조 공기주입구(380)가 형성되며, 이때의 보조 공기주입구(380)를 통해 공급되는 냉각공기는 부피변화장치 본체(240)와 서브 부피변화관(290) 사이의 통로를 통해 흐르면서 부피변화장치(300) 등을 포함하는 시스템 설비 전체가 과열되는 것을 방지해줄 수 있게 된다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 물과 기름을 연료로 사용하는 융합 연소 시스템의 작동상태를 나타내는 단면도이다.
도 10에 도시한 바와 같이, 먼저 준비 단계로서, 일정시간 동안 팬(미도시)을 가동하여 연소용 공기공급구(220)를 통해 압축공기를 불어넣어 줌으로써 연소실 겸용 부피팽창실(250) 및 2차 연소실 겸용 부피팽창실(390) 내의 잔여가스를 외부로 배출하는 단계를 실시한다.
다음, 예열 단계로서, 예열장치(130)의 예열용 연료주입구(320)를 통해 예열관(100) 내에 가스와 공기를 공급하고, 이와 동시에 점화기(120)의 점화플러그(110)를 이용하여 점화시키고, 연료가 공급되기 전에 일정시간 동안 연료의 이동공간 및 그 주변, 예를 들면 기화장치(210)의 메인 기화관(180) 및 서브 기화관(200)이 속해 있는 2차 연소실 겸용 부피팽창실(390) 내의 공간은 물론 기화장치(210)의 2차 메인 기화관(400)과 2차 서브 기화관(320)이 속해 있는 연소실 겸용 부피팽창실(250) 내의 공간을 예열하는 단계를 실시한다.
이때의 예열 단계는 60초 내지 180초 정도의 시간동안 실시하는 것이 바람직하다.
다음, 연료분사 및 연료기화 단계로서, 팬을 가동하여 연소에 필요한 공기를 연소용 공기공급구(220)를 통해 공급하는 한편, 기화장치(210)의 연료주입구(140), 즉 기름주입구(140a) 및 공기주입구(140c)를 통해 연료공급로(150)는 물론 메인 기화관(180)과 서브 기화관(200)으로 연료(기름+압축공기)를 공급하는 동시에 기화장치(210)의 2차 연료주입구(400a)의 기름주입구와 공기주입구를 통해 2차 연료공급로(420)는 물론 2차 메인 기화관(400)과 2차 서브 기화관(320)으로 연료를 공급하면, 이때의 연료, 즉 혼합기는 연료공급로(150) 및 2차 연료공급로(420), 메인 기화관(180) 및 서브 기화관(200)과 2차 메인 기화관(400) 및 2차 서브 기화관(320)을 경유하면서 서로 혼합되고, 이와 더불어 주변의 온도 영향을 받아 혼합기는 기체화될 수 있게 된다.
다음, 연소 및 부피팽창 단계로서, 기체화된 혼합기를 높은 예열온도의 연소가스와 혼합되게 한 후에 자연 발화시켜서 연소시키는 단계를 실시한다.
즉, 기화장치(210)에서 기체화된 기름과 공기의 혼합기가 연료토출구(190)를 통해 2차 연소실 겸용 부피팽창실(390)의 내부로 공급되는 동시에 2차 연료토출구(320a)를 통해 연소실 겸용 부피팽창실(250)의 내부로 공급되고, 이때 예열에 따른 연소열 누적과 높은 예열 온도에 의해 혼합기의 자연 발화가 일어나게 된다.
예를 들면, 예열장치(130)의 초기 예열로 기화장치(210) 주변은 물론 연소실 겸용 부피팽창실(25) 및 2차 연소실 겸용 부피팽창실(390)의 온도가 자연 발화가 가능한 온도 이상으로 상승 및 유지되면 기화장치(210)측에서 혼합기가 공급될 때 자연발화가 일어나게 된다.
계속해서, 자연 발화 후 연소실 겸용 부피팽창실(250)에서 일어나는 연소 과정에서 고온의 연소열, 연소가스와 잔유물, 연소생성물은 와류 흐름을 타고 기화장치(210)의 주변을 따라 후방으로 역류하게 되는데, 이때 고온의 연소열이 기화장치(210)로 제공됨으로써 기화장치(210) 내에서의 최적 기화 조건이 유지되고, 또한 연소실 겸용 부피팽창실(250) 내에서의 불완전연소를 최대한 억제하여 연소 효율을 극대화하게 된다.
그리고, 연소실 겸용 부피팽창실(250) 내 혼합기의 자연 발화가 이루어진 뒤에는 예열장치(130)의 작동을 정지시켜 초기 예열은 중단한다.
예열장치(130)의 작동 정지 후, 이와 동시에 연료주입구(140), 즉 물주입구(140b)를 통해 물을 공급한다.
이때부터는 기화장치(210)측에서 기름, 물, 압축공기가 혼합되어 기화된 혼합기가 분출될 수 있게 된다.
그리고, 이때의 기름과 물의 혼합 비율은 70중량% : 30중량% 정도가 바람직하다.
계속해서, 연소가 이루어지고 있는 연소실 겸용 부피팽창실(250)의 내부에서는 혼합기 와류블록(350)에 의해 연소열, 연소가스 등의 강력한 와류 상태의 흐름이 일어나게 됨과 더불어 역방향의 흐름도 일어나게 되면서 연소가 활발히 이루어게 된다.
특히, 초기 기름 투입 후에 곧이어 물을 투입한 후에는 순간적으로 높은 온도, 예를 들면 1,300℃ 이상의 온도가 발생하면서 열량 증폭에 따른 우수한 연소효과를 이루면서 불꽃이 선명하고 상쾌한 열냄새가 날 수 있게 된다.
즉, 연소실 겸용 부피팽창실(250) 내의 환경변화는 팬(미도시)으로부터 제공되는 공기의 풍량과 풍압, 그리고 압축공기의 압력과 관계가 있으며, 연소실 겸용 부피변화실(25)의 와류를 일으키는 혼합기 와류불록(350)과 이 혼합기 와류블록(350)을 감싸고 있는 연소열 토출구(270)와의 연소열 통과간극(370), 풍압의 반작용에 의한 연소열의 분배 비율이 연소 시스템에 영향을 준다.
특히, 주연료 연소가 진행되면 과도한 열량 증폭을 막기 위해 증폭된 열량의 일부를 기화 잠열로 전환시킴으로써, 일부의 연소열은 서브 부피변화관(290)측의 통로로 역류시켜서 연료를 기화시키는 용도로 전환시킴으로써, 연소실 겸용 부피팽창실(250)의 손상을 방지할 수 있게 된다.
도 12a 내지 도 12c는 본 발명의 일 실시예에 따른 융합 연소 시스템의 저녹스 버너 인정검사 결과서로서, 인정기준보다 30% 이상 질소산화물(NOx)을 저감시켜 저녹스 버너 기술로 인정받은 사실을 확인할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 연소실 겸용 부피팽창실 내의 높은 온도를 보존할 수 있어 액체 연료의 기체화를 촉진할 수 있는 등 물과 기름을 사용하는 원료의 완전 연소에 따른 연소효율의 향상을 도모할 수 있고, 불완전 연소 환경에서 발생하는 불연물질인 회분 등의 완전 연소를 도모하여 대기오염을 획기적으로 저감할 수 있으며, 따라서 연소효율 향상 및 공해 방지에 탁월한 효과를 기대할 수 있다.
[부호의 설명]
10 : 예열관
11 : 점화 플러그
12 : 점화기
13 : 예열장치
14 : 연료주입구
15 : 연료공급로
16 : 기화장치 본체
17 : 연료배출구
18 : 메인 기화관
19 : 연료토출구
20 : 서브 기화관
21 : 기화장치
22 : 연소용 공기공급구
23 : 화염분출구
24 : 부피변화장치 본체
25 : 연소실 겸용 부피팽창실
26 : 메인 부피변화관
27 : 연소열 토출구
28 : 연소열 배출구
29 : 서브 부피변화관
30 : 부피변화장치
31 : 지지 플레이트
32 : 예열용 연료주입구
32a : 가스주입관
32b : 공기주입관
33 : 연료가압기
33a : 스크류축
33b : 풀리
34 : 연료진행가이드
35 : 혼합기 와류돌기
36 : 와류형성관
37 : 연소열 통과간극
38 : 보조 공기주입구
39 : 불꽃감지기 장착관
40 : 예열용 연료토출구
41 : 에어주입구
42 : 커버블록
43 : 스페이서
100 : 예열관
110 : 점화 플러그
120 : 점화기
130 : 예열장치
140 : 연료주입구
150 : 연료공급로
160 : 기화장치 본체
170 : 연료배출구
180 : 메인 기화관
190 : 연료토출구
200 : 서브 기화관
210 : 기화장치
220 : 연소용 공기공급구
230 : 화염분출구
240 : 부피변화장치 본체
250 : 연소실 겸용 부피팽창실
260 : 메인 부피변화관
270 : 연소열 토출구
280 : 연소열 배출구
290 : 서브 부피변화관
300 : 부피변화장치
310 : 지지 플레이트
320 : 2차 서브 기화관
320a : 2차 연료토출구
330 : 연료가압기
330a : 스크류축
330b : 풀리
340 : 연료진행가이드
350 : 혼합기 와류블록
360 : 2차 메인 부피변화관
370 : 연소열 통과간극
380 : 보조 공기주입구
390 : 2차 연소실 겸용 부피팽창실
400 : 2차 메인 기화관
400a : 2차 연료주입구
400b : 2차 연료배출구
410 : 에어주입구
420 : 2차 연료공급로
430 : 2차 기화장치 본체
440 : 예열관 블록
450 : 스페이서
460 : 보조 부피변화관
470 : 경사판

Claims (17)

  1. 가스와 공기 공급을 위한 예열관(10)과 상기 예열관(10)의 토출구에 위치되는 점화 플러그(11)를 가지는 점화기(12)로 구성되는 예열장치(13);
    상기 예열장치(13)의 일측에 나란하게 배치되고 내부에는 연료주입구(14)를 가지면서 중심축선을 따라 관통 형성되는 연료공급로(15)가 구비되는 기화장치 본체(16)와, 상기 연료공급로(15)와 연통되면서 기화장치 본체(16)의 선단부에 일직선상으로 나란하게 설치되고 선단부 측면쪽으로 연료배출구(17)를 가지는 메인 기화관(18)과, 상기 기화장치 본체(14)의 선단부에 일직선상으로 나란하게 지지되고 상기 메인 기화관(18)의 둘레에 동심원상으로 배치되면서 연료배출구(17)를 통해 메인 기화관측과 서로 연통되며 후단 측면쪽에 연료토출구(19)를 가지는 서브 기화관(20)으로 구성되는 기화장치(21);
    상기 예열장치(13)와 기화장치(21)의 선단 부분을 수용함과 더불어 후단부 측면쪽의 연소용 공기공급구(22)와 선단부 전면으로의 화염분출구(23)가 구비되는 부피변화장치 본체(24)와, 상기 부피변화장치 본체(24)의 내부에 동축구조로 설치되면서 기화장치(21)의 메인 기화관(18)과 서브 기화관(20)이 속해 있는 연소실 겸용 부피팽창실(25)을 조성하는 메인 부피변화관(26)과, 상기 부피변화장치 본체(24)와 메인 부피변화관(26)의 사이에 동심원상으로 배치되면서 메인 부피변화관(26)의 연소열 토출구(27)로부터 역류하는 연소열의 진행을 유도한 후에 후단 측면쪽의 연소열 배출구(28)를 통해 배출시키는 서브 부피변화관(29)으로 구성되는 부피변화장치(30);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 물과 기름을 연료로 사용하는 융합 연소 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 예열장치(13)와 기화장치(21)는 하나의 지지 플레이트(31) 상에 위아래로 배치되는 형태로 설치되고, 상기 지지 플레이트(31)는 부피변화장치(30)의 부피변화장치 본체(24)의 후단부에 스크류 체결구조로 설치되어, 예열장치(13) 및 기화장치(21)를 부피변화장치(30)측으로부터 분리할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 물과 기름을 연료로 사용하는 융합 연소 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 예열장치(13)는 예열관(10)의 축선을 따라 나란하게 배치되면서 예열관(10)과 일체식으로 결합되는 불꽃감지기 장착관(39)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물과 기름을 연료로 사용하는 융합 연소 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 예열장치(13)의 예열관(10)에는 후단 측면쪽으로 가스 및 공기 공급을 위한 예열용 연료주입구(32)가 형성되고, 상기 예열용 연료주입구(32)는 둘레면에 홀을 가지는 가스주입관(32a)과 상기 가스주입관(32a)의 홀 둘레면을 감싸면서 가스주입관(32a)에 대해 직각으로 배치되는 구조로 설치되는 공기주입관(32b)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 물과 기름을 연료로 사용하는 융합 연소 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 기화장치(21)는 기화장치 본체(16)에 회전 가능한 구조로 설치되고, 연료공급로(15)를 따라 배치되는 스크류축(33a)과 상기 스크류축(33a)의 후단부에 장착되는 풀리(33b)로 구성되어, 연료공급로(15)를 따라 공급되는 연료를 가압하는 연료가압기(33)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물과 기름을 연료로 사용하는 융합 연소 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 기화장치(21)의 서브 기화관(20)에는 전면 개방부위를 가지면서 연료토출구(19)의 주변을 둘러싸는 형태로 설치되어 연료토출구(19)에서 토출되는 연료가 전방을 향해 진행되도록 하는 연료진행가이드(34)가 구비되는 것을 특징으로 하는 물과 기름을 연료로 사용하는 융합 연소 시스템
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 부피변화장치(30)의 메인 부피변화관(26)의 선단부에 형성되는 연소열 토출구(27)의 앞쪽에는 후단부가 원추형의 혼합기 와류돌기(35)로 이루어진 와류형성관(36)이 동축구조로 나란하게 배치되고, 상기 와류형성관(36)의 혼합기 와류돌기(35)는 연소열 토출구(27)를 통해 연소실 겸용 부피팽창실(25)의 내부로 진입하여 위치되며, 상기 연소열 토출구(27)와 혼합기 와류돌기(35) 사이에는 연소열 통과간극(37)이 조성되는 것을 특징으로 하는 물과 기름을 연료로 사용하는 융합 연소 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 부피변화장치(30)의 부피변화장치 본체(24)에는 보조 공기주입구(38)가 형성되어 부피변화장치 본체(24)와 서브 부피변화관(29) 사이의 통로를 통해 냉각공기가 흐르면서 시스템 설비가 과열되는 것을 방지할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 물과 기름을 연료로 사용하는 융합 연소 시스템.
  9. 가스와 공기 공급을 위한 예열관(100)과 상기 예열관(100)의 토출구에 위치되는 점화 플러그(110)를 가지는 점화기(120)로 구성되는 예열장치(130);
    상기 예열장치(130)의 중심축선을 따라 나란하게 배치되고 내부에는 연료주입구(140)를 가지면서 중심축선을 따라 관통 형성되는 연료공급로(150)가 구비되는 기화장치 본체(160)와, 상기 연료공급로(150)와 연통되면서 기화장치 본체(160)의 선단부에 일직선상으로 나란하게 설치되고 선단부 측면쪽으로 연료배출구(170)를 가지는 메인 기화관(180)과, 상기 메인 기화관(180)의 선단부 둘레에 동심원상으로 배치되면서 연료배출구(170)를 통해 메인 기화관측과 서로 연통되며 후단 측면쪽에 연료토출구(190)를 가지는 서브 기화관(200)으로 구성되는 기화장치(210);
    상기 예열장치(130)와 기화장치(210)의 선단 부분을 수용함과 더불어 후단부 측면쪽의 연소용 공기공급구(220)와 선단부 전면으로의 화염분출구(230)가 구비되는 부피변화장치 본체(240)와, 상기 부피변화장치 본체(240)의 내부에 동축구조로 설치되면서 기화장치(210)의 메인 기화관(180)과 서브 기화관(200)이 속해 있는 연소실 겸용 부피팽창실(250)을 조성하는 메인 부피변화관(260)과, 상기 부피변화장치 본체(240)와 메인 부피변화관(260)의 사이에 동심원상으로 배치되면서 메인 부피변화관(260)의 연소열 토출구(270)로부터 역류하는 연소열의 진행을 유도한 후에 후단 측면쪽의 연소열 배출구(280)를 통해 배출시키는 서브 부피변화관(290)으로 구성되는 부피변화장치(300);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 물과 기름을 연료로 사용하는 융합 연소 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 예열장치(130)와 기화장치(210)는 하나의 지지 플레이트(310) 상에 위아래로 배치되는 형태로 설치되고, 상기 지지 플레이트(310)는 부피변화장치(300)의 부피변화장치 본체(240)의 후단부에 스크류 체결구조로 설치되어, 예열장치(130) 및 기화장치(210)를 부피변화장치(300)측으로부터 분리할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 물과 기름을 연료로 사용하는 융합 연소 시스템.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 기화장치(210)는 기화장치 본체(160)에 회전 가능한 구조로 설치되고, 연료공급로(150)를 따라 배치되는 스크류축(330a)과 상기 스크류축(330a)의 후단부에 장착되는 풀리(330b)로 구성되어, 연료공급로(150)를 따라 공급되는 연료를 가압하는 연료가압기(330)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물과 기름을 연료로 사용하는 융합 연소 시스템.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 기화장치(210)의 서브 기화관(200)에는 전면 토출구멍을 가지면서 연료토출구(190)의 주변을 둘러싸는 형태로 설치되어 연료토출구(190)에서 토출되는 연료가 전방을 향해 진행되도록 하는 연료진행가이드(340)가 구비되는 것을 특징으로 하는 물과 기름을 연료로 사용하는 융합 연소 시스템.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 기화장치(210)는 기화장치 본체(160)와 메인 기화관(180) 및 서브 기화관(200) 사이에 위치됨과 더불어 메인 기화관(180)의 둘레에 동축 구조로 나란하게 설치되고 내부에는 2차 연료주입구(400a)를 가지면서 중심축선을 따라 관통 형성되는 2차 연료공급로(420)가 구비되는 2차 기화장치 본체(430)와, 상기 2차 연료공급로(420)와 연통되면서 2차 기화장치 본체(430)의 선단부에 일직선상으로 나란하게 설치되고 선단부 측면쪽으로 2차 연료배출구(400b)를 가지는 2차 메인 기화관(400)과, 상기 2차 메인 기화관(400)의 선단부 둘레에 동심원상으로 배치되면서 2차 연료배출구(400b)를 통해 2차 메인 기화관측과 서로 연통되며 후단 측면쪽에 2차 연료토출구(320a)를 가지는 2차 서브 기화관(320)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물과 기름을 연료로 사용하는 융합 연소 시스템.
  14. 청구항 9에 있어서,
    상기 기화장치(210)의 메인 기화관(180) 및 서브 기화관(200)과 2차 메인 기화관(310) 및 2차 서브 기화관(320) 사이의 경계부위에는 부피변화장치(300)의 메인 부피변화관(260)의 선단부에 형성되는 연소열 토출구(270)의 앞쪽에 위치되는 원추형의 혼합기 와류블록(350)이 형성되고, 상기 혼합기 와류블록(350)은 연소열 토출구(270)를 통해 연소실 겸용 부피팽창실(250)의 내부로 진입하여 위치되며, 상기 연소열 토출구(270)와 혼합기 와류블록(350) 사이에는 연소열 통과간극(370)이 조성되는 것을 특징으로 하는 물과 기름을 연료로 사용하는 융합 연소 시스템.
  15. 청구항 9에 있어서,
    상기 부피변화장치(300)의 내측에는 메인 부피변화관(260)의 앞쪽으로 동축 구조를 이루면 나란하게 위치되면서 내부에 2차 연소실 겸용 부피팽창실(390)을 조성하는 2차 메인 부피변화관(360)이 설치되는 것을 특징으로 하는 물과 기름을 연료로 사용하는 융합 연소 시스템.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 부피변화장치(300)의 연소실 겸용 부피팽창실(250)의 내부에는 2차 메인 기화관(400) 및 2차 서브 기화관(320)이 위치되는 동시에 2차 연소실 겸용 부피팽창실(390)의 내부에는 메인 기화관(180) 및 서브 기화관(200)이 위치되는 것을 특징으로 하는 물과 기름을 연료로 사용하는 융합 연소 시스템.
  17. 청구항 9에 있어서,
    상기 부피변화장치(300)의 부피변화장치 본체(240)에는 보조 공기주입구(380)가 형성되어 부피변화장치 본체(240)와 서브 부피변화관(290) 사이의 통로를 통해 냉각공기가 흐르면서 시스템 설비가 과열되는 것을 방지할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 물과 기름을 연료로 사용하는 융합 연소 시스템.
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