KR100606199B1 - 선단에 분무면을 가진 초음파노즐을 사용한 액체연료 연소장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 등유, 경유 등의 액체연료를 이용하는 석유난방기, 석유급탕기, 연료전지용개질기의 버너등에 이용되는 선단에 분무면을 가진 초음파노즐을 사용한 액체연료 연소장치에 관한 것으로 건타입버너 보다는 소형·고부하면에서 적으며, 질소산화물의 배출량은 낮고 운전소음도 기화식버너정도의 수준이며 변질등유에 대한 내성도 갖는 동시에 버너의 출력제어도 용이하도록 포트식의 확산연소버너에 선단분무면을 가진 초음파노즐을 조합시켜 감포트버너의 개량에 가깝도록 버너의 연소공기송풍경로와 연통된 확산연소통 내부저면의 연료분무공급구에 초음파노즐의 분무면이 위치하게 설치하며 확산연소통에 연통되는 송풍경로를 기화통의 내부저면과 연소공기조절판 사이의 연소공기 공급구 및 연소공기 조절판에 뚫린 연소공기 공급조절공으로 조절하여 연소공기의 과잉공급을 저하시키므로서 버너연료의 미세분무입자의 효과적인 활용에 따라 저과잉공기연소에 의한 연소공기유속의 저하와 송풍경로의 정류효과에 의하여 저소음버너를 실현한다.

Description

선단에 분무면을 가진 초음파노즐을 사용한 액체연료 연소장치 {Liquid fuel burner use ultrasonic nozzle}

도 1은 본 발명 실시예의 형태를 나타낸 종단면도

도 2는 본 발명의 제어회로 블로그 다이야그램을 나타낸 실시예도

도 3은 본 발명의 점화시 버너콘트롤러의 시퀸스(Sequence)를 나타낸 실시예도

도 4는 본 발명의 소화시 버너콘트롤러의 시퀸스를 나타낸 실시예도

도 5는 본 발명의 재가동시 버너콘트롤러의 시퀸스를 나타낸 실시예도

도 6은 본 발명의 송유경로를 나타낸 실시예도

도 7은 본 발명의 송풍경로의 연소공기조절판을 나타낸 실시예도

도 8은 초음파노즐 브래킷에 점화전극이 설치된 상태를 나타낸 실시예도

도 9는 본 발명의 포트식의 확산연소버너를 나타낸 확대단면도

도면의 중요부분에 대한 부호의 설명

1 : 선단분무면을 가진 초음파노즐 1a : 초음파 노즐선단분무면
2 : 점화전극 3 : 연료분무공급구

4 : 연소용 공기송풍경로 5 : 기화통 5a : 기화가스분출구

6 : 확산연소통 6a : 확산연소 공기공급구

7 : 송풍모우터 8 : 연소공기공급용팬 9 : 화염검출프레임로드

10 : 연소공기조절판 10a : 연소공기 공급조절공

10b : 연소공기 공급구 11 : 노즐홀더조립 B : 버너

본 발명은 등유, 경유 등의 액체연료를 이용하는 석유난방기, 석유급탕기, 연료전지용 개질기의 버너등에 이용되는 선단에 분무면을 가진 초음파노즐을 사용한 액체연료 연소장치에 관한 것이다.

등유 등을 연료로 하는 석유난방기, 석유급탕기에서는 건타입버너나 기화식버너가 이용되고 있다. 초음파진동자로 등유 등을 입자화하는 기기는 지금까지 적용한 적은 있었지만 아무래도 기화식, 예혼합버너이고 연료분무의 재액화등의 문제가 있어 현재로는 거의 시장에 존재하지 않는다.

앞의 건타입버너는 소형·고부하가 가능하고 거기다 제어성도 좋지만 그 운전 소음이 크거나 또는 버너의 출력을 크게(예로들면 5:1 정도로) 가변할 경우에는 비교적 고가의 장치가 필요하게 되는 등의 결점이 있다.

한편, 실용화되고 있는 기화버너는 개방기화 타입이 거의 대부분이고 그중에서 로터리버너가 많다.

이것은 예혼합연소이고 미리 액체연료를 기화하지 않으면 되지 않으며 그때에 타르(tar)의 생성이 염려되고 특히 변질등유를 사용할때 현저하다.

또 소형·고부하에는 곤란하게 되고 연소반응역이 고온으로 되기 때문에 공소산화물의 배출량이 많은 등의 결점이 있다.

그러나 반면, 운전소음은 적고 버너의 출력제어도 비교적 용이하다.
또, 본원 발명에서의 기화통, 확산연소통 구조에 비견되는 구조를 가진 액체연료장치가 일본공개특허 공보 평09-250712호에 게시되고, 본원 발명에서의 송풍경로구조에 비견되는 구조를 가진 기화연소장치가 한국공개실용신안 제1990-17336호 게시된바 있으나 이들은 모두가 기화식, 예 혼합버너의 구성으로서 본원에서 적용하는 선단에 분무면을 가진 초음파노즐의 사용은 불가능하다.

본 발명은 종래의 결점을 해결하기 위한 것이고, 건타입버너 보다는 소형·고부하 면에서 적으며, 질소산화물의 배출량은 낮고 운전소음도 기화식버너 정도의 수준이며 변질등유에 대한 내성도 갖는 동시에 버너의 출력제어도 용이하도록 포트식의 확산연소버너에 압력분무노즐을 조합시켜 소위 감포트버너의 개량에 가깝고 압력분무노즐의 대체로 특허 제329990호(난방기기의 연료분사장치)의 초음파노즐을 적용했다.
본원 발명에 적용되는 특허 제329990호의 초음파노즐은 진동수단으로부터 발생된 진동을 초음파노즐 선단면에 효과적으로 전달시켜 기름탱크에서 공급되는 액체 연료를 최대로 무화분사시키므로 이 초음파노즐을 본원 발명에 적용시키기 위하여 여러가지 방법으로 시험해 본 결과 버너의 연소공기 송풍경로와 연통된 연료분무공급구에 초음파노즐 선단의 분무면이 위치하게 설치하여 초음파노즐의 선단분무면에서 분사되는 미입자의 연소연료를 확산연소통으로 무화분사시키고 확산연소통에 연통되는 송풍경로를 기화통의 내부저면과 연소공기조절판 사이의 연소공기 공급구 및 연소공기조절판에 뚫린 연소공기 공급조절공으로 조절하여 연소공기의 과잉공급을 저하시키므로서 연료의 증발속도에 비해 연소속도를 올림과 함께 확산연소비를 청염화하여 버너의 소형화를 꾀하고, 연소공기보다 연소가스의 정류로서 버너의 운전소음을 낮추고, 연소가스의 온도를 내려 소위 서머르 녹스(theral nox : 연소의 공기중의 질소가 산화한 것)의 생성을 억제하는 효과를 달성하였다.

다음은 앞의 각 버너 결점의 해결을 위한 수단에 대해서 기술한다.

버너의 소형·고부하에 대해서는 선단에 분무면을 가진 초음파노즐의 분무입자가 세밀한 점을 유효하게 이용해서 연료의 증발속도에 비해 연소속도를 올림과 함께 확산연소버너를 청염화(blue flame combustion)하는 것으로 개량했다.

운전소음에 대해서는 포트식의 확산연소버너 특성을 계승함과 함께 연소용 공기보다 가스의 정류를 시정해 연소소음의 저감을 계획했다.

질소산화물 배출의 저감에 대해서는 포트식의 확산연소 버너 내부에 기화통을 배치하고 정상연소시에 있어서는 기화통보다 분출하는 배기가스를 버너의 기화통측 정면에서 공급하는 확산연소용의 공기로 연소되는 것에 따라 기화통으로 고온화 즉, 연소반응과정에서 기화통으로 흡열시키는 것으로 연소가스의 온도를 내려 소위 서머르 녹스의 생성을 억제하고 있다.

일반적으로 예혼합연소 버너라면 역화를 초래하지만 본 버너는 기본적으로 확산연소 버너이고 예혼합연소에서 일어나는 역화는 발생하지 않는다.

변질 등유에 대한 내성에 대해서는 앞의 내용과 같이 기화통을 고온화하기 때문에 초음파 노즐에서 분무시키는 연료 분무는 고온(400℃ 이상)으로 접촉해 최고 단시간에 순간적으로 증발하기 때문에 중합반응을 위한 시간이 없어 타르등의 생성은 없다. 물론, 초음파노즐의 분무 입경 밀도가 큰 영향을 미친다.

버너의 출력제어에 대해서는 포트식 버너의 본래 특성을 이용함과 동시에 초음파노즐로의 연료공급 수단으로서 유량형 전자펌프를 이용하는 것으로 출력제어의 용이함을 달성했다.

이하 본 발명에 관련된 실시예를 도면에 의거 설명한다.

도 1은 해당 실시예의 종단면 구조를 나타내는데 버너(B)의 연소공기송풍경로(4)와 연통된 확산연소통 내부저면(6b)의 연료분무공급구(3)에 초음파노즐(1) 선단의 분무면(1a)이 위치하게 설치하되 확산연소통(6)의 내부 중앙에 선단(5b)이 폐색된 기화통(5)을 설치하여 기화통(5)에 이어진 기화가스분출구(5a)로 분출되는 기화가스가 확산연소통(6)의 확산연소공기공급구(6a)로 확산되는 연소공기와 함께 청염연소되게 하므로서 포트식의 확산연소버너 특성을 계승케 하였다.

그리고 초음파노즐(1)은 비전도성인 노즐홀더조립(11)에 고정설치하여 초음파특성의 변화를 방지케 하였으며 연소공기송풍경로(4)에 연소공기조절공(10a)이 여러개 뚫린 연소공기조절판(10)을 구획설치하여 연소공기의 풍량, 풍속조절로 청염연소효율을 향상시켰다.

초음파노즐(1)은 그 앞 흐르는 쪽에 전자펌프(12) 송유관, 기름탱크(13)가 접속되 있고 또 전자펌프(12)는 소정의 버너출력을 얻는 정도로 버너콘트롤러(14)에 따라 제어된다. 초음파노즐(1)의 분무면(1a)에는 점화전극(2)이 근접 설치되어 초음파노즐(1)에서의 액체연료분무로 방전 점화하는 역할을 담당하고 그 입력배선은 점화트랜스(15)에 접속되어 버너콘트롤러(14)에 따라 제어된다.

연소공기송풍경로(4)로 공급되는 연소공기는 버너콘트롤러(14)로 제어되는 송풍모우터(7)의 팬(8)에 의하여 공급되고 확산연소통(6)의 확산연소공기공급구 (6a) 부위의 선단에는 화염검출프레임로드(9)를 설치하여 버너콘트롤러(14)와 함께 화염검출기를 구성하고 불착화 등의 이상을 검출해 안전을 유지한다.

다음으로 버너의 작동에 대해 설명한다.

점화(시동)시에는 도 3에서의 순으로 우선 송풍 모우터(7)가 시동해서 팬(8)이 회전하고 초음파노즐(1)에 송풍 모우터(7)와 동시에 소정의 펄스전압이 인가된다.

초음파노즐(1)은 통전개시후에 약간의 준비시간이 필요하기 때문에 그 구동회로에서 나오는 준비완료의 신호에 맞추어 점화트랜스(15)에 통전되고 점화전극 (2) 상호간에 방전을 개시하며 전자펌프(12)에 구동전압이 버너콘트롤러(14)에서 인가되고 초음파노즐(1)은 연료의 분무를 개시한다. 그때 점화된다. 점화 후 소정시간동안 점화전극(2)의 방전은 계속된다. 그때 기화통(5) 내부에는 점화화염이 형성되 기화통(5)을 예열한다.

앞의 소정시간 종료후 점화전극(2)의 방전이 정지되면 기화통(5) 내부의 점화화염은 소멸하고 기화통(5)의 기화가스분출구(5a)에서 기화가스가 분출해 버너의 확산연소용 공기공급구(6a)에서 유입하는 공기에 따라 확산 연소한다. 이때 단화로 꺼진다고 생각되지만 기화통(5) 내와 확산연소통(6) 외부와의 풍압을 연소공기조절구(10a)으로 조절함에 따라 이것을 방지하고 있다.

소화시에는 도 4에서의 순으로 우선 전자펌프를 정지하여 연료의 공급을 중단하고 초음파노즐(1)을 정지시킨다.

그 동작은 초음파노즐(1)에서 연료의 뒤에 따르는 미연가스의 발생에 의해 냄새를 방지하기 때문이다. 버너부의 온도가 어느정도 떨어져 열방사가 초음파노즐 (1)등에 악영향을 끼치지 않을때에는 송풍모우터(7)가 정지한다.

재연소시에는 도 5에서의 순으로 송풍모우터(7)가 시동하고 초음파노즐(1)에 펄스전압이 인가되면서 점화트랜스(15)에 통전되고 전자펌프(12)의 구동으로 점화되지만 처음 점화시보다는 점화시간이 짧다.

앞의 설명과 같이 본 발명의 효과는 선단에 분무면을 가진 초음파노즐 선단의 분무면으로 인한 미세 분무입자의 효과적인 활용에 따라 저과잉공기연소(연소가능한 과잉공기 비율보다 적은공기 비율로 연소되는 것)를 실현했다. 더불어 기화통의 흡열작용과의 상승효과로 저질소산화물버너(Nox Controlled burner)를 얻을 수 있다.

저과잉공기연소에 의한 연소공기 유속의 저하와 송풍경로의 정류효과에 의하여 저소음 버너를 실현함에 이르렀다.

Claims (2)

1. 선단에 분무면을 가진 초음파노즐로 액체연료를 입자화해서 버너에 분무공급하는 액체연료 연소장치로서 버너의 송풍경로(4)와 연통되는 버너의 연료분무공급구(3)에 선단에 분무면을 가진 초음파노즐(1) 선단의 분무면(1a)이 위치토록 설치함과 동시에 확산연소통(6)에 연통되는 송풍경로(4)를 기화통(5)의 내부 저면(6b)과 연소공기조절판(10) 사이의 연소공기 공급구(10b) 및 연소공기 조절판(10)에 뚫린 연소공기 공급조절공(10a)으로 조절하여 액체연료의 미세분무입자의 효과적인 활용에 따라 저과잉공기연소에 의한 연소공기유속의 저하와 송풍경로의 정류효과로 저소음버너를 실현함을 특징으로 하는 선단에 분무면을 가진 초음파노즐을 사용한 액체연료 연소장치.
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