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KR101983843B1 - 스팀을 이용한 연소버너 - Google Patents

스팀을 이용한 연소버너 Download PDF

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KR101983843B1
KR101983843B1 KR1020190019237A KR20190019237A KR101983843B1 KR 101983843 B1 KR101983843 B1 KR 101983843B1 KR 1020190019237 A KR1020190019237 A KR 1020190019237A KR 20190019237 A KR20190019237 A KR 20190019237A KR 101983843 B1 KR101983843 B1 KR 101983843B1
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KR
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combustion
fuel
water
pipe
casing
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KR1020190019237A
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Inventor
최광수
Original Assignee
(주) 두산포천에너지
(주) 이레환경산업
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Abstract

버블화된 물을 가열하여 스팀상태로 해리시킨 상태에서 상기 스팀에 버블화된 연료를 공급하여 연료를 연소시키는 스팀을 이용한 연소버너가 개시된다.

Description

스팀을 이용한 연소버너{BURNER USING STEAM}
본 발명은 스팀을 이용한 연소버너에 관한 것으로, 보다 상세하게는 버블화된 물을 가열하여 스팀을 해리시킨 상태에서 상기 스팀에 버블화된 연료를 공급하여 연료를 연소시키는 스팀을 이용한 연소버너에 관한 것이다.
일반적인 연소장치는 연료통으로부터 공급되는 연료를 노즐로 분사하여 연소실 내부에서 연소되도록 함으로써 열원을 얻는다.
하지만, 이러한 연소장치는 고가의 비용이 소요되며 벙커시유와 같은 저가 액상연료는 연소시 불완전 연소로 인해 대기오염물질이 발생되는 문제점이 있어 저렴한 액상연료를 물을 가열하여 얻은 고온의 증기와 함께 분사하여 연소시킴으로써 연료의 미분화와 활성화를 통해 완전연소를 유도하고 화력을 보강하기 위한 연구들이 활발히 진행되고 있다.
상기 기술의 일례로, 국내 특허 제10-1280074호에서는 "물을 해리하여 연소시키는 장치에 있어서, 공급되는 물을 해리를 위한 온도로 가열하는 가열수단; 물이 상기 가열수단을 경유하여 연소공간으로 공급되도록 하는 물공급수단; 및 상기 가열수단으로 향하는 물에 초음파를 가하여 물에 캐비테이션현상이 발생되도록 하는 초음파발생기;를 포함하여 구성되고, 상기 가열수단은 연소공간에서 발생되는 열에 의해 물이 가열되도록 하는 것을 특징으로 하는 물을 해리하여 연소시키는 장치"를 개시한다.
본 발명은 상기 기술을 개량한 것으로, 물을 고온으로 가열하여 스팀으로 기화시킨 상태에서 상기 스팀에 버블화된 연료를 공급하여 연료를 연소시킴으로써 연소효율을 보다 향상시킨 스팀을 이용한 연소버너을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 연소공간의 고온환경을 유지할 수 있도록 연소케이싱 외면에 단열구조를 형성하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 본 발명의 목적은 내부에는 연소공간을 갖으며, 연소공간에 열을 제공하기 위해 벽체내에는 열코일이 내장된 연소케이싱과; 상기 연소케이싱의 전방에 배치되어 물을 수용하는 물탱크와; 상기 물탱크의 물을 연소케이싱의 연소공간으로 공급하는 물펌프와; 상기 연소케이싱의 전방에 배치되어 연료를 수용하는 연료탱크와; 상기 연료탱크의 연료를 연소케이싱의 연소공간으로 공급하는 연료펌프와; 상기 연소케이싱 내부에 설치되며 연료가 투입되는 입구와 화염이 토출되는 토출구를 갖는 연소파이프와; 일단은 상기 물펌프에 연결되고 타단은 상기 연소케이싱으로 인입된 후 상기 연소파이프를 선회한 후 상기 연소파이프의 입구측으로 연결되는 물이송배관과; 일단은 상기 연료펌프에 연결되고 타단은 상기 연소파이프의 입구측으로 인입되어 연료를 상기 연소파이프내로 공급하는 연료이송배관과; 상기 물이송배관상에 설치되어 물에 초음파를 가해 물을 버블로 변화시켜 버블화된 물을 연소케이싱 내부로 유입하는 제1초음파발생기와; 상기 연료이송배관상에 설치되어 연료에 초음파를 가해 연료를 버블로 변화시켜 버블화된 연료를 상기 연소파이프 내로 공급하는 제2초음파발생기를 포함하여 구성되어, 상기 제1초음파발생기에 의해 버블화된 물은 연소케이스 내에서 물이송배관을 유동할 때 연소케이싱의 열코일에 의해 발생된 열에 의해 고온 및 고압하에서 기화된 후 스팀이 수소와 산소로 해리되어 연소파이프로 유입되며, 제2초음파발생기에 의해 버블화된 연료는 연소파이프에서 스팀으로 분사된 후 점화되어 연소파이프의 토출구를 통해 화염이 토출되도록 구성된 것을 특징으로 하는 스팀을 이용한 연소버너를 제공함으로써 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 스팀을 이용한 연소버너는 물을 고온으로 가열하여 스팀으로 기화시킨 상태에서 상기 스팀에 버블화된 연료를 공급하여 연료를 연소시킴으로써 연소효율을 향상시키고, 완전연소를 도모화여 친환경 연소환경을 제공할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 연소케이싱 외면에 단열구조를 형성하여 연소공간의 고온환경을 유지할 수 있다는 효과가 있다.
도1은 본 발명에 따른 스팀을 이용한 연소버너의 개략도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 스팀을 이용한 연소버너를 상세하게 설명한다.
첨부된 도1은 본 발명에 따른 스팀을 이용한 연소버너의 개략도이다.
본 발명에 따른 스팀을 이용한 연소버너는 내부에는 연소공간(111)을 갖으며, 벽체내에는 열코일(112)이 내장된 연소케이싱(110)을 구비한다. 상기 열코일(112)은 연소공간(111)에 열을 제공하기 위한 것으로 후술하는 바와 같이 상기 연소공간으로 버블화된 물이 유입되면 상기 물은 상기 열코일에 의해 제공되는 열에 의해 고온 및 고압하에서 기화된 후 스팀이 수소와 산소로 해리된다.
상기 연소케이싱의 전방에는 물탱크(120)와 연료탱크(1130)가 각각 구비된다.
상기 물탱크(120)는 연소케이싱(110) 내부로 공급되는 물을 수용하며, 상기 연료탱크(130)는 연소케이싱(120) 내부로 공급되는 연료를 수용한다. 여기서 상기 연료는 액체연료로서 경유보다는 점도가 높은 벙커비유 내지 벙커씨유가 바람직하다.
상기 물탱크(120)와 연소케이싱(110) 사이 및 연료탱크(130)와 연소케이싱(110)의 사이에는 각각 물펌프(140)와 연료펌프(150)가 설치된다.
상기 물펌프(140)는 물탱크(120)의 물을 연소케이싱(110) 내부로 공급하며, 상기 연료펌프(150)는 연료탱크(130)의 물을 연소케이싱(110) 내부로 공급한다.
또한, 상기 연소케이싱(110) 내부에는 연료가 투입되는 입구(161)와 화염이 토출되는 토출구(162)를 구비하는 연소파이프(160)가 설치된다.
상기 물이송배관(170)은 일단은 상기 물펌프(171)에 연결되고 타단은 상기 연소케이싱(110)으로 인입된 후 상기 연소파이프(160)의 외부를 선회한 후 상기 연소파이프(110)의 입구측으로 연결된다.
여기서, 상기 물이송배관(170)상에는 물에 초음파를 가해 물을 버블로 변화시켜 버블화된 물을 연소케이싱 내부로 유입하는 제1초음파발생기(171)가 설치된다.
상기 제1초음파발생기(171)는 물이송배관에 이송되는 물에 초음파를 가해 물을 버블(거품)으로 변화시키는 장치로서, 이와 같이 물을 버블화시킨 다음 고온으로 가열하면 물의 기화속도를 향상시킬 수 있고 이에 따라 스팀을 신속하게 얻을 수 있다.
상기 연료이송배관(180)은 일단은 상기 연료펌프(150)에 연결되고 타단은 상기 연소파이프(160)의 입구측으로 인입되어 연료를 상기 연소파이프(160)내로 공급한다.
여기서, 상기 연료이송배관(181)상에는 연료에 초음파를 가해 연료를 버블로 변화시켜 버블화된 연료를 연소케이싱(160) 내부로 유입하는 제2초음파발생기(181)가 설치된다.
상기 제2초음파발생기(181)는 연료이송배관(180)에 이송되는 연료에 초음파를 가해 연료를 버블(거품)으로 변화시키는 장치로서, 이와 같이 연료를 버블화시켜 연소파이프(160)에 공급하게 되면 버블화된 연료가 스팀을 감싸하면 연소되어 열효율이 향상되며 완전연소를 도모할 수 있다.
한편, 상기 열코일에 의해 연소공간은 고온으로 유지되고 상기 연소공간내의 물이송배관을 유동하는 버블화된 물은 기화된 후 스팀이 수소와 산소로 해리되는 데, 이 때 물이송배관의 압력은 40bar 내지 60bar을 유지할 수 있도록 열코일에 의해 가열된다. 이와 같이 물이송배관의 고온과 고압하에서 버블화된 물은 급격히 기화되어 해리된다.
이하, 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 스팀을 이용한 연소버너의 작동을 설명한다.
상기 제1초음파발생기에 의해 버블화된 물은 연소케이스 내에서 물이송배관을 유동할 때 연소케이싱의 열코일에 의해 발생된 열에 의해 40bar 내지 60bar의 고압하에서 기화된 후 스팀이 수소와 산소로 해리되어 연소파이프로 유입된다.
그리고, 제2초음파발생기에 의해 버블화된 연료는 연소파이프에서 상기 스팀으로 분사되고, 고온 고압하에서 자연점화되어 연소파이프의 토출구를 통해 화염이 토출된다.
따라서, 본 발명에 의하면, 물 뿐만 아니라 연료도 초음파발생기에 의해 버블화된 상태로 연소공간으로 유입된 후 연소되게 함으로써 최소의 연료비로 최대의 열량을 얻는 방식으로 연소효율을 향상시키고, 완전연소를 유도하여 친화경 연소상태를 제공할 수 있다.
나아가, 본 발명은 열코일에 의해 가열되는 연소공간의 고온환경을 유지할 수 있도록 연소케이싱 외면에 단열구조를 형성한다.
상기 단열구조는 도1에 도시된 바와 같이 연료케이싱(110)의 외면을 감싸 연료케이싱의 열이 외부로 유출되는 것을 차단하는 내화벽돌(113)과, 상기 내화벽돌(113)의 외면에 형성되는 단열커버(114)를 포함하여 구성된다.
이 때, 상기 단열커버(114)는 연료케이싱의 단열성능을 향상키고 내구성과 충분한 강도를 갖출 수 있도록 특수하게 조성된 합성수지조성물로 성형된다.
이를 구현하기 위한 합성수지조성물은 폴리에틸렌 글리콜 페닐에테르 3.5중량%와, 알루미늄 실리케이트 미세중공체 분말과 잔탄검이 7:3의 중량비로 혼합된 혼합물 12.5중량%와, 폴리테트라 플루오로에틸렌 5.5중량%와, 퍼플루오로-1,3-디옥솔 1.5중량%와, C18H24N2 2.5중량%와, 구타페르카와 실리카겔이 2:1의 중량비로 혼합된 것을 클로로폼에 녹인 액체 5중량%와, 메틸술포닉메탄 3.5중량%와, 디메틸폴리실록산 3.5중량%와, 테트라에틸오소실리케이트 2.5중량% 및 나머지 폴리카보네이트 수지로 이루어진다.
여기에서, 상기 폴리에틸렌 글리콜 페닐에테르는 입자의 응집을 방지하고, 균일한 분산성을 확보하여 단열, 차열 구현 성분의 분산안정화를 유지하기 위해 첨가된다.
그리고, 상기 미세중공체 분말과 잔탄검의 혼합물은 단열, 차열 특성을 강화시키기 위해 첨가된다. 특히, 알루미늄 실리케이트 미세중공체 분말은 단열기능과 차열기능을 강화시키는 대표적인 물질이며, 잔탄검은 고분자 다당류의 검물질을 이소프로필렌알콜로 정제하고 건조하여 분쇄한 것으로서 유화안정화 및 미세중공체 분말의 결합 및 고정안정성을 높이기 위해 첨가된다.
또한, 상기 폴리테트라 플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene)은 내약품성, 전기적 절연특성, 비점착성, 방오성, 내열성, 마찰특성 등의 여러 가지 특성이 뛰어나므로 이를 구현하기 위해 첨가된다.
아울러, 상기 퍼플루오로-1,3-디옥솔은 폴리테트라 플루오로에틸렌의 피블릴화를 억제하여 재응집되지 않도록 방지하기 위해 첨가되며, C18H24N2(N-(1,3-Dimethylbutyl)-N'-phenyl-p-phenylenediamine)는 열에 의해 산화되는 것을 막아 폴리테트라 플로오로에틸렌의 단열, 차열 특성 강화를 위해 첨가된다.
뿐만 아니라, 구타페르카는 1000-5000개의 이소프렌 단위체가 중합되어 트랜스형 긴사슬을 갖는 것으로서 고무에 비해 탄성은 적지만 산과 알카리에 잘 침식되지 않기 때문에 내산성, 내알카리성, 내침식성을 확보하기 위해 첨가된다. 다만, 탄성과 햇빛 및 산소와 반응하여 분해되는 것을 억제하면서 내수성, 발수성 특성을 동시에 갖추도록 실리카겔을 2:1의 중량비로 혼합 사용함이 바람직하며, 물에 잘 녹지 않기 때문에 클로로폼에 녹여 사용한다.
그리고, 상기 메틸술포닉메탄은 유연성을 유지하면서 크랙, 갈라짐을 억제하기 위해 첨가되며, 상기 디메틸폴리실록산은 열에 강한 실록산 결합(Si-O-Si)과 유기질의 메틸기로 구성되어 있어 강한 접착성과 열산화 안정성을 유지하면서 강한 내구성과 강도 증진을 위해 첨가된다.
또한, 상기 테트라에틸오소실리케이트(tetraethyl orthosilicate)는 자기조립단분자막을 형성하는 과정에서 실리카 나노구조를 이루게 되어 접촉각을 현저히 증가시킴으로써 초발수특성을 강화시키기 위해 첨가된다.
아울러, 폴리카보네이트 수지는 강도가 우수하여 내구성을 높이는데 용이한 베이스 수지이다.
이때, 상기 단열커버(114)의 단열, 차열 특성을 확인하기 위해 상기 합성수지 조성물로 10cm × 10cm × 0.5cm 크기의 시트상 샘플을 만들고, 이 샘플에 대해 KS L2514:2011의 시험방법에 따라 차열(단열)시험을 실시한 결과, 78%의 차열효과가 있음을 확인하였다.
따라서, 이와 같은 합성수지 조성물로 성형하여 단열커버(114)를 구성하게 되면 연소케이싱에서 내화벽돌을 통해 외부로 방출되는 열을 차단할 수 있기 때문에 그 만큼 연소케이싱(110)의 단열성, 차열성을 더욱 더 강화시킬 수 있다.
110: 연소케이싱 111: 연소공간
112: 열코일 113: 내화벽돌
114: 단열커버 120: 물탱크
130: 연료탱크 140: 물펌프
150: 연료펌프 160: 연소파이프
170: 물이송배관 171: 제1초음파발생기
180: 연료이송배관 181: 제2초음파발생기

Claims (3)

  1. 내부에는 연소공간을 갖으며, 연소공간에 열을 제공하기 위해 벽체내에는 열코일이 내장된 연소케이싱과;
    상기 연소케이싱의 전방에 배치되어 물을 수용하는 물탱크와;
    상기 물탱크의 물을 연소케이싱의 연소공간으로 공급하는 물펌프와;
    상기 연소케이싱의 전방에 배치되어 연료를 수용하는 연료탱크와;
    상기 연료탱크의 연료를 연소케이싱의 연소공간으로 공급하는 연료펌프와;
    상기 연소케이싱 내부에 설치되며 연료가 투입되는 입구와 화염이 토출되는 토출구를 갖는 연소파이프와;
    일단은 상기 물펌프에 연결되고 타단은 상기 연소케이싱으로 인입된 후 상기 연소파이프를 선회한 후 상기 연소파이프의 입구측으로 연결되는 물이송배관과;
    일단은 상기 연료펌프에 연결되고 타단은 상기 연소파이프의 입구측으로 인입되어 연료를 상기 연소파이프내로 공급하는 연료이송배관과;
    상기 물이송배관상에 설치되어 물에 초음파를 가해 물을 버블로 변화시켜 버블화된 물을 연소케이싱 내부로 유입하는 제1초음파발생기와;
    상기 연료이송배관상에 설치되어 연료에 초음파를 가해 연료를 버블로 변화시켜 버블화된 연료를 상기 연소파이프 내로 공급하는 제2초음파발생기를 포함하여 구성되어,
    상기 제1초음파발생기에 의해 버블화된 물은 연소케이스 내에서 물이송배관을 유동할 때 연소케이싱의 열코일에 의해 발생된 열에 의해 고온 및 고압하에서 기화된 후 스팀이 수소와 산소로 해리되어 연소파이프로 유입되며, 제2초음파발생기에 의해 버블화된 연료는 연소파이프에서 스팀으로 분사된 후 점화되어 연소파이프의 토출구를 통해 화염이 토출되도록 구성된 것을 특징으로 하는 스팀을 이용한 연소버너.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1초음파발생기에 의해 버블화된 물은 연소케이스 내에서 물이송배관을 유동할 때 연소케이싱의 열코일에 의해 발생된 열에 의해 40bar 내지 60bar의 고압하에서 해리되어 연소파이프로 유입되도록 한 것을 특징으로 하는 스팀을 이용한 연소버너.
  3. 제1항에 있어서,
    연료케이싱의 외면을 감싸 연료케이싱의 열이 외부로 유출되는 것을 차단하는 내화벽돌과, 상기 내화벽돌의 외면에 형성되는 단열커버를 더 포함하여 구성되되,
    상기 단열커버는 폴리에틸렌 글리콜 페닐에테르 3.5중량%와, 알루미늄 실리케이트 미세중공체 분말과 잔탄검이 7:3의 중량비로 혼합된 혼합물 12.5중량%와, 폴리테트라 플루오로에틸렌 5.5중량%와, 퍼플루오로-1,3-디옥솔 1.5중량%와, C18H24N2 2.5중량%와, 구타페르카와 실리카겔이 2:1의 중량비로 혼합된 것을 클로로폼에 녹인 액체 5중량%와, 메틸술포닉메탄 3.5중량%와, 디메틸폴리실록산 3.5중량%와, 테트라에틸오소실리케이트 2.5중량% 및 나머지 폴리카보네이트 수지로 이루어지는 합성수지조성물로 성형되는 것을 특징으로 하는 스팀을 이용한 연소버너.
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