KR101284290B1

KR101284290B1 - 연소장치

Info

Publication number: KR101284290B1
Application number: KR1020120086479A
Authority: KR
Inventors: 이대훈; 김관태; 송영훈; 이재옥; 허민; 강우석
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2012-08-07
Filing date: 2012-08-07
Publication date: 2013-07-08
Also published as: CN103574600A; JP5435381B2; US20140045128A1; JP2014035182A; CN103574600B; EP2696140A3; EP2696140A2; ES2830039T3; EP2696140B1

Abstract

본 발명의 목적은 화염을 출구에서 떨어진 위치에 형성함으로써 연료와 공기의 혼합 시간을 더 확보하여 연료와 공기의 혼합을 균일하게 함으로써 NOx의 발생량을 저감하는 연소장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연소장치는, 공급되는 탄화수소계 연료와 공기를 개질하여 수소가 포함된 고온의 개질 가스를 출구로 토출하도록 중심측에 형성되는 개질부, 및 상기 개질부에서 토출되는 상기 개질 가스의 일측으로 연료와 공기를 분사하여 상기 출구로부터 거리만큼 이격된 위치에 화염을 형성하도록 적어도 상기 출구의 외측에 구비되는 공급부를 포함한다.

Description

연소장치 {COMBUSTION APPARATUS}

본 발명은 탄화수소계 연료를 개질하여 생성된 고온의 수소를 포함한 기체를 분사하여 출구에서 떨어진 위치에 화염을 형성함으로써 NOx의 발생량을 저감하는 연소장치에 관한 것이다.

일반적인 연소장치는 공급되는 연료와 공기를 내부 또는 외부에서 만나게 하여 확산화염(diffusion flame)을 형성하도록 이루어져 있다. 이때, 연료와 공기의 혼합 정도 및 혼합 속도에 따라 NOx 발생량이 달라질 수 있다.

NOx 발생량을 줄이기 위하여, 공기 또는 연료를 다단으로 분사하거나 여러 단계의 농후 연소 및 희박 연소를 수행하는 연소장치가 개발되고 있다. 그러나 다단 연소는 화염의 길이를 길어지게 하고, 이 연소장치의 구조를 복잡하게 한다.

이를 해결하기 위하여, 연료와 공기를 급속히 혼합함으로써 NOx의 발생량을 줄이는 연소장치가 개발되고 있다. 이 경우, 연소장치는 화염의 점화를 위한 점화기를 필요로 하고, 화염을 연소장치에 정착 및 안정시키기 위한 파일럿 화염(pilot flame)을 연소장치의 출구에 형성하여야 한다. 즉 파일럿 화염이 없으면 화염이 연소장치의 출구에서 떨어져 꺼진다(blow off).

본 발명의 목적은 화염을 출구에서 떨어진 위치에 형성함으로써 연료와 공기의 혼합 시간을 더 확보하여 연료와 공기의 혼합을 균일하게 함으로써 NOx의 발생량을 저감하는 연소장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 연료를 개질하여 수소가 포함된 개질 기체를 출구의 중심에서 공급하여 블로우오프 되지 않는 상태로 화염을 출구에서 떨어진 위치에 형성하는 연소장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 연소장치는, 공급되는 탄화수소계 연료와 공기를 개질하여 수소가 포함된 고온의 개질 가스를 출구로 토출하도록 중심측에 형성되는 개질부, 및 상기 개질부에서 토출되는 상기 개질 가스의 일측으로 연료와 공기를 분사하여 상기 출구로부터 거리만큼 이격된 위치에 화염을 형성하도록 적어도 상기 출구의 외측에 구비되는 공급부를 포함한다.

상기 개질부에 공급되는 연료와 공기의 혼합물에서 액화천연가스(LNG)의 경우 O₂/C비는 0.7 ~ 1.9일 수 있다.

상기 개질부는 공기를 공급하고 접지되는 제1 하우징, 및 상기 제1 하우징의 내측 중앙에 이격 장착되어 전압이 인가되는 전극을 포함할 수 있다.

상기 제1 하우징은, 상기 전극과의 사이에 방전 간극을 형성하여 연료와 공기를 부분 산화 조건으로 반응시키는 방전부, 및 상기 방전부에서 반응되어 토출되는 기체를 안정시키도록 상기 방전부에서 확장 형성되는 확장부를 포함할 수 있다.

상기 공급부는 상기 개질부에서 토출되는 상기 개질 가스의 외측으로 연료와 공기를 분사할 수 있도록 형성된다.

상기 공급부는, 상기 제1 하우징의 외주에 이격 배치되는 제2 하우징, 상기 제2 하우징의 외주에 이격 배치되는 제3 하우징을 포함하며, 상기 제1 하우징과 상기 제2 하우징 사이에 형성되는 연료통로, 및 상기 제2 하우징과 상기 제3 하우징 사이에 형성되는 공기통로를 더 포함할 수 있다.

상기 공기 통로는, 상기 제2 하우징과 상기 제1 하우징을 연결하는 통로연결부재에 의하여, 상기 연료통로를 건너서 상기 방전부에 연결될 수 있다.

상기 제2 하우징은 상기 연료통로의 일측에 측벽을 형성하고, 상기 제1 하우징은 상기 측벽에 나사 결합 또는 용접등의 방법으로 연결될 수 있다.

상기 제1 하우징은 상기 제2 하우징의 측벽을 향하여 돌출되는 결합부를 더 형성하고, 상기 연료통로는 상기 제1 하우징의 일측 중앙에 형성되는 유입측, 및 상기 제1 하우징의 외주측에 연결하는 공급측을 포함하며, 상기 결합부는 상기 유입측과 상기 공급측을 연결하는 관통구를 형성할 수 있다.

상기 제2 하우징의 측벽의 반대측에서, 상기 제1 하우징의 단부는, 상기 제2 하우징의 길이 방향에서, 상기 제2 하우징의 단부와 간격을 형성하도록 상기 제2 하우징의 직경 방향에서 외곽으로 돌출 형성되는 플랜지를 더 포함하며, 상기 플랜지와 상기 제2 하우징의 단부 사이에 설정되는 상기 간격은, 상기 연료통로의 공급측을 상기 제2 하우징의 직경 방향 외곽으로 개방될 수 있다.

상기 제2 하우징의 단부와 상기 제3 하우징의 단부는 상기 직경 방향에서 동일 선상에 배치될 수 있다.

상기 제1 하우징은, 상기 전극을 향하여 공기를 분사하는 공기 분사구를 형성하는 내측 부재, 및 상기 내측 부재의 외주에 결합되어 상기 공기 분사구로 분사될 공기를 공급받아 수용하는 챔버를 형성하는 외측 부재를 포함할 수 있다.

상기 공기 분사구는, 상기 내측 부재에서 원주 방향으로 이격되어 복수로 배치되고, 상기 내측 부재의 직경 방향에 대하여 경사진 각도를 가질 수 있다.

상기 공급부는 상기 개질부에서 토출되는 상기 개질 가스의 외측에서 상기 개질 가스의 토출 방향과 나란한 방향으로 연료와 공기를 분사하도록 형성될 수 있다.

상기 공급부는, 상기 제1 하우징의 외주에 이격 배치되는 제2 하우징, 상기 제2 하우징의 외주에 이격 배치되는 제3 하우징을 포함하며, 상기 제1 하우징과 상기 제2 하우징 사이에 형성되는 연료통로, 및 상기 제2 하우징과 상기 제3 하우징 사이에 형성되는 공기통로를 더 포함하고, 상기 제1 하우징의 단부는 상기 제2 하우징의 단부의 내측에 배치되어 상기 제1 하우징의 직경 방향에서 내측으로 돌출 형성되는 플랜지를 형성할 수 있다.

상기 제2 하우징의 단부와 상기 제2 하우징의 단부는 서로 나란하게 형성되며, 상기 제1 하우징의 단부와 상기 제2 하우징의 단부 사이에 제1 스월러가 설치되고, 상기 제 2하우징의 단부와 상기 제3 하우징의 단부 사이에 제2 스월러가 설치될 수 있다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예는, 개질부에서 연료를 개질하여 수소를 포함하는 개질 가스를 토출하고, 공급부로 출구의 외측에 연료와 공기를 공급함으로써, 출구에서 설정된 거리만큼 이격된 위치에 화염을 안정적으로 형성할 수 있다.

따라서 연소장치에서 출구와 화염의 이격 거리에 상응하는 만큼 공급부에서 공급하는 연료와 공기에 혼합 시간을 더 확보할 수 있다. 혼합 시간의 연장으로 연료와 공기의 혼합은 더욱 균일하게 이루어지고, 이로 인하여 NOx의 발생량이 저감될 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연소장치의 부분 단면 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 연소장치의 단면도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 4는 도 1의 연소장치로 연료를 연소할 때, 화염의 상태를 도시한 사진이다.
도 5는 종래기술에 따른 연소장치로 연료를 연소할 때, 화염의 상태를 도시한 사진이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연소장치의 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연소장치의 부분 단면 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 연소장치의 단면도이며, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 자른 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 제1 실시예의 연소장치(1)는 탄화수소계 연료를 수소가 포함된 고온의 개질 가스로 개질하는 개질부(100), 및 연소장치(1)의 출구(101)에 연료와 공기를 분사하는 공급부(200)를 포함한다.

개질 가스에 포함된 수소는 연소 속도 및 확산 속도에서 빠른 성질을 가진다. 따라서 개질부(100)로부터 공급되는 고온의 개질 가스 및 수소는 연소장치(1)의 출구(101)에서 이격된 위치에 화염(F)이 형성되게 하고, 또한 이 화염(F)의 블로우 오프(blow off)를 방지한다. 즉 개질 가스 및 수소는 연소장치(1)의 출구(101)로부터 이격된 위치에서 화염(F)을 안정화시킬 수 있다.

이를 위하여, 개질부(100)는 연소장치(1)의 중심측에 구비되어 공급되는 연료를 부분 산화 조건으로 반응시켜, 고온의 수소가 포함된 가스로 개질하고, 이 수소 및 개질 가스를 출구(101)로 토출하도록 구성된다.

개질부(100)에서 토출되는 개질 가스는 출구(101)에서 전방(화염(F) 측)으로 분사됨으로써, 공급부(200)에서 공급되는 연료와 공기의 연소에 의한 화염(F)을 밀어서 연소장치(1)의 출구(101)로부터 설정된 거리(L)만큼 이격된 위치에서 안정적으로 유지시킨다.

본 실시예에서 개질부(100)는 연소장치(1)에 일체로 구비되므로 공급부(200)에서 출구(101)로 공급되는 공기 및 연료를 향하여 수소를 안정적으로 공급할 수 있게 한다. 따라서 개질부(100)는 간단한 구성으로 수소를 공급할 수 있게 하며, 즉 수소를 공급하기 위한 별도의 장치를 필요로 하지 않게 한다.

공급부(200)는 적어도 출구(101)의 외측에 구비되어, 토출되는 개질 가스의 외곽에 연료와 공기를 분사하여 화염(F)을 형성하도록 구성된다. 본 실시예의 공급부(200)는 개질부(100)를 수용하는 구조로 형성된다. 공급부(200)에서 공급되는 연료 및 공기는 개질부(100)로부터 공급되는 개질 가스에 의하여 출구(101)에서 설정된 거리(L)만큼 밀리게 된다.

그러나 개질부(100)에서 공급되는 고온의 개질 가스 및 수소의 빠른 연소 및 확산 속도에 의하여, 공급부(200)에서 공급되는 연료 및 공기는 출구(101)에서 거리(L)만큼 이격된 위치에서 블로우 오프되지 않고 연소되면서 화염(F)을 안정적으로 유지한다.

출구(101)와 화염(F) 사이에 설정되는 이격 거리(L)는 공급부(200)에서 공급되는 연료와 공기의 혼합 시간을 더 길게 확보한다. 따라서 출구(101)를 떠난 상태에서 연료와 공기는 이격 거리(L)를 진행하면서 더욱 균일하게 혼합될 수 있다.

이와 같이, 본 실시예의 연소장치(1)는 연료 연소시, 개질부(100)에서 생성되는 고온의 개질 가스 및 수소의 빠른 연소 및 확산 성능을 이용함으로써 NOx의 발생량을 크게 줄일 수 있다.

개질부(100)에서 연료와 공기의 혼합비가 지나치게 과농이면, 부분 산화 반응이 일어나지 않아서 수소가 발생되지 않는다. 반대로, 개질부(100)에서 연료와 공기의 혼합비가 지나치게 연소비에 가까우면, 화염이 개질부(100) 내에만 유지되고 수소가 발생되지 않는다.

이와 같이, 개질부(100)에서 수소가 발생되지 않으면 공급부(200)로 공급되는 연료 및 공기의 연소로 형성되는 화염은 연소장치(1)의 출구(101)에서 꺼진다. 따라서 연료와 공기의 혼합물은 적절한 당량비를 가져야 한다.

예를 들면, 탄화수소계 연료에서 부분 산화의 이론 당량비가 0.5이고, 연소의 이론 당량비가 2.0이므로, 개질부(100)에서 연료와 공기의 혼합물에서 주성분이 메탄인 액화천연가스(LNG)의 경우 O₂/C비는 0.7 ~ 1.9 사이의 범위이다.

연소장치(1)에 대하여 보다 구체적으로 설명하면, 개질부(100)는 공기를 공급하고 전기적으로 접지되는 제1 하우징(10), 및 제1 하우징(10)의 내측 중앙에 이격 장착되어 연료를 공급하고 전압(HV)이 인가되는 전극(E)을 포함한다.

전극(E)에 전압(HV)을 인가하면, 전극(E)과 제1 하우징(10) 사이에서 혼합된 연료와 공기에 플라즈마 방전이 발생된다. 이때 연료는 부분 산화되어 수소를 포함하는 고온의 개질 기체 상태를 이룬다.

제1 하우징(10)은 연료와 공기가 유입되어 개질된 개질 가스의 토출 방향을 따라 설정되는 방전부(111) 및 확장부(112)를 포함한다. 방전부(111)는 제1 하우징(10)과 전극(E) 사이에 방전 간극(G)을 형성하고, 방전 간극(G)에서 플라즈마 방전을 일으켜, 공급되는 연료와 공기를 부분 산화 조건으로 반응시켜 개질한다.

확장부(112)는 방전부(111)의 일측에서 방전부(111)의 직경보다 크게 확장 형성되어, 방전부(111)에서 부분 산화 조건으로 반응되어 토출되는 기체를 안정시켜 토출한다. 즉 방전부(111)에서 부분 산화 조건으로 반응된 개질 가스는 확장부(112)의 넓은 공간 내에서 재순환하면서 안정화된다.

공급부(200)는 제1 하우징(10)의 외주에 이격 배치되는 제2 하우징(20) 및 제2 하우징(20)의 외주에 이격 배치되는 제3 하우징(30)을 포함한다. 이때, 제1 하우징(10)은 제2 하우징(20)에 수용되고, 제2 하우징(20)은 제3 하우징(30)에 단계적으로 수용된다. 예를 들면, 제1, 제2, 제3 하우징(10, 20, 30)은 동심원 구조를 형성할 수 있다.

제1 하우징(10)과 제2 하우징(20)은 이격되는 서로의 사이에 연료통로(P1)를 형성하고, 제2 하우징(20)과 제3 하우징(30)은 이격되는 서로의 사이에 공기통로(P2)를 형성한다. 연료통로(P1) 및 공기통로(P2)는 일측으로 공급되는 연료와 공기를 개질부(100) 및 공급부(200)로 공급한다.

예를 들면, 공기통로(P2)는 제2 하우징(20)을 관통하여 제1 하우징(10)에 연결되는 통로연결부재(21)에 의하여, 연료통로(P1)를 건너서 개질부(100)의 방전부(111)에 연결된다. 공기통로(P2)는 공기를 방전부(111)로 공급한다. 또한 공기통로(P2)는 공급부(200)의 제2, 제3 하우징(20, 30)의 단부(E2, E3) 사이로 공기를 공급한다.

예를 들면, 제2 하우징(20)은 연료통로(P1)의 일측에 측벽(21)을 형성하고, 제1 하우징(10)은 제2 하우징(20)의 측벽(21)에 나사 결합 또는 용접 등 다양한 방법으로 연결될 수 있다. 나사 결합을 위하여, 제1 하우징(10)은 제2 하우징(20)의 측벽(21)을 향하여 돌출되는 결합부(11)를 더 형성한다. 즉 결합부(11)의 수나사는 측벽(21)의 암나사에 나사 결합된다.

이때, 제1, 제2 하우징(10, 20) 사이에 설정되는 연료통로(P1)는 제1 하우징(10)의 일측 중앙에 형성되는 유입측(P11)과, 제1 하우징(10)의 외주측에 연결하는 공급측(P12)을 포함한다.

제1 하우징(10)의 결합부(11)는 연료통로(P1)의 유입측(P11)과 공급측(P12)을 연결하는 관통구(12)를 형성한다. 유입측(P11)으로 유입되는 공기는 방전부(111)로 공급됨과 동시에, 결합부(11)의 관통구(12)를 통하여 공측측(P12)으로 공급된다.

제2 하우징(20)의 측벽(21)의 반대측에서, 제1 하우징(10)은 제2 하우징(20)의 길이 방향(도 2에서 좌우 방향) 일측에 설정되는 단부(E1)에 플랜지(13)를 형성한다.

플랜지(13)는 제2 하우징(20)의 직경 방향에서 외곽으로 돌출 형성되어 제2 하우징(20)의 단부(E2)와의 사이에 간격(C)을 형성한다. 간격(C)은 연료통로(P1)의 공급측(P12)을 제2 하우징(20)의 직경 방향 외곽으로 향하여 개방하므로 공급되는 연료를 제2 하우징(20)의 외곽 방향으로 공급할 수 있게 한다.

이때, 제2 하우징(20)의 단부(E2)와 제3 하우징(30)의 단부(E3)는 직경 방향에서 동일 선상에 배치되어, 공기통로(P2)로 공급되는 공기를 양 단부들(E2, E3) 사이로 공급되는 연료와 혼합할 수 있게 한다.

즉 연료통로(P1)로 공급되는 연료는 간격(C)을 통하여 공기통로(P2) 끝으로 공급되어, 공기통로(P2)로 공급되는 공기와 혼합되어 연소장치(1)에서 출구(101)의 전방으로 토출되어 화염(F)을 형성한다.

제2 하우징(20)의 측벽(21)에 대한 제1 하우징(10)의 결합부(11)의 체결 범위에 따라 간격(C)의 크기로 조절할 수 있다. 간격(C)의 크기에 따라 공기통로(P2)의 공급되는 공기의 공급량에 대한 연료통로(P1)로 공급되는 연료의 공급량을 제어하여, 공기와 연료의 혼합비를 설정할 수도 있다.

또한, 제1 하우징(10)은 서로 결합되어 길이 방향으로 부분적으로 중첩되는 내측 부재(14)와 외측 부재(15)를 포함한다. 내측 부재(14)는 방전부(111)의 전극(E)을 향하여 공기를 분사하는 공기 분사구(16)를 형성한다.

공기 분사구(16)는 내측 부재(14)에서 원주 방향으로 이격되어 복수로 배치되고, 내측 부재(14)의 직경 방향에 대하여 경사진 각도(θ)를 가진다(도 3 참조). 따라서 공기 분사구(16)로 공급되는 공기는, 전극(E)과 제1 하우징(10) 사이 및 간극(G)에서 원주 방향으로 회전하면서 공급된다.

외측 부재(15)는 내측 부재(14)의 외주에 결합되어 공기 분사구(16)로 분사될 공기를 공급받아 수용하는 챔버(17)를 형성한다. 따라서 챔버(17)는 공급되는 공기의 압력들 일정하게 유지하여 복수로 구비되는 공기 분사구들(16)로 분사되는 공기의 양을 균일하게 한다.

한편, 내측 부재(14)와 함께 방전부(111)를 형성하는 전극(E)은 연료를 분사하는 연료 분사구(26)를 형성한다. 연료 분사구(26)는 연료통로(P1)의 유입측(P11)에 연결되어 공급되는 연료를 간극(G) 주위에서 내측 부재(14)의 내벽으로 분사한다.

방전부(111)의 간극(G)으로 분사된 연료는 공기 분사구(16)로 분사되는 회전하는 공기와 혼합되고, 전극(E)과 내측 부재(14) 사이에 설정되는 전압(HV)에 의하여 회전 아크를 일으키면서 부분 산화 조건으로 반응된다. 즉 연료는 수소를 포함하는 고온의 기체로 개질된다.

방전부(111)에서 개질된 수소 및 개질 기체는 확장부(112) 내에서 재순환되면서 안정화되어 출구(101)로 토출된다. 토출되는 수소 및 개질 기체는 출구(101)의 전방에서 설정된 범위의 거리(L) 내에서 미는 힘으로 작용하여 공급부(200)로 공급되는 연료 및 공기가 거리(L)의 범위 밖으로 밀어낸다.

따라서 공급부(200)로 공급되는 연료 및 공기는 수소 및 개질 기체의 영역 외부를 통하여 거리(L)의 범위 밖에 이르게 된다. 이와 동시에, 개질 기체는 고온 상태를 유지하고, 수소는 빠른 연소 및 확산 속도를 가진다. 따라서 공급부(200)로 공급되는 연료 및 공기는 거리(L) 범위 밖에서 희박 연소에 구현하면서 화염(F)을 안정적으로 유지한다

공급부(200)로 공급되는 연료 및 공기는 거리(L)만큼 진행하면서 추가 혼합 시간을 가지고 더 균일한 상태로 혼합되어 희박 연소를 구현한다. 따라서 연료의 연소 시, NOx의 발생량이 감소될 수 있다.

도 4는 도 1의 연소장치(1)로 연료를 연소할 때, 화염의 상태를 도시한 사진이고, 도 5는 종래기술에 따른 연소장치(2)로 연료를 연소할 때, 화염의 상태를 도시한 사진이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 종래의 연소장치(2)는 출구에 근접하여 화염(F2)을 형성한다. 이에 비하여, 본 발명의 연소장치(1)는 출구(101)에서 거리(L)만큼 이격된 위치에 화염(F)을 안정적으로 형성한다. 출구(101)의 중앙부에서 화염(F)이 형성되지 않는 것을 확인할 수 있다.

이하에서 본 발명의 제2 실시예에 대하여 설명한다. 제1 실시예와 비교하여 동일한 구성에 대한 설명을 생략하고 서로 다른 구성을 설명한다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연소장치의 단면도이다. 도 6을 참조하면, 제2 실시예의 연소장치(3)에서, 공급부(300)는 개질부(100)에서 토출되는 수소가 포함된 개질 가스의 외측에서 개질 가스의 토출 방향과 나란한 방향으로 연료와 공기를 분사하도록 형성된다.

예를 들면, 제1 하우징(10)의 단부(E21)는 제2 하우징(20)의 단부(E22) 내측에 배치되어 제1 하우징(10)의 직경 방향에서 내측으로 돌출 형성되는 플랜지(23)를 구비한다.

플랜지(23)는 방전부(111)에서 출구(102)를 좁게 형성함으로써 출구(102)를 통하여 분출되는 수소가 포함된 개질 가스의 속도를 저하시키거나 조절할 수 있다.

제3 하우징(30)의 단부(E23)는 제2 하우징(20)의 단부(E22)와 함께 출구(102)에 나란하게 배치된다. 연료 통로(P1)를 형성하는 제1, 제2 하우징(10, 20)의 단부(E21, E22) 사이에 제1 스월러(S1)가 구비되어 배출되는 연료를 선회시킨다. 공기 통로(P2)를 형성하는 제2, 제3 하우징(20, 30)의 단부(E22, E23) 사이에 제2 스월러(S2)가 구비되어 배출되는 공기를 선회시킨다.

따라서 제1, 제2 하우징(10, 20)의 단부(E21, E22) 사이로 배출되는 연료와 제2, 제3 하우징(20, 30)의 단부(E22, E23) 사이로 배출되는 공기는 제1, 제2 스월러(S1, S2)에 의하여 선회되면서 혼합되어, 개질 가스의 토출 방향으로 나란한 방향으로 선회하면서 토출될 수 있다,

제1, 제2 스월러(S1, S2)에 의하여 혼합된 연료와 공기는 개질 가스의 토출 속도에 따라 출구(102)로부터 이격 거리(L)만큼 떨어져서 꺼지지 않고 화염(F)을 형성할 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

10, 20, 30: 제1, 제2, 제3 하우징 11: 결합부
12: 관통구 13, 23: 플랜지
14: 내측 부재 15: 외측 부재
16: 공기 분사구 17: 챔버
21: 측벽 100: 개질부
101, 102: 출구 111: 방전부
112: 확장부 200: 공급부
C: 간격 E1, E2, E3, E21, E22, E23: 단부
F: 화염 L: 거리
P1: 연료통로 P11: 유입측
P12: 공급측 P2: 공기통로
1, 2, 3: 연소장치

Claims

공급되는 탄화수소계 연료와 공기를 개질하여 수소가 포함된 고온의 개질 가스를 출구로 토출하도록 중심측에 형성되는 개질부; 및
상기 개질부에서 토출되는 상기 개질 가스의 일측으로 연료와 공기를 분사하여 상기 출구로부터 이격되어 화염을 형성하도록 적어도 상기 출구의 외측에 구비되는 공급부
를 포함하며,
상기 공급부는,
상기 개질부에서 토출되는 상기 개질 가스의 외측으로 연료와 공기를 분사하도록 형성되는 연소장치.
제1항에 있어서,
상기 개질부에 공급되는 연료와 공기의 혼합물에서 액화천연가스(LNG)의 경우 O₂/C비는 0.7 ~1.9인 연소장치.
제1항에 있어서,
상기 개질부는
공기를 공급하고 접지되는 제1 하우징, 및
상기 제1 하우징의 내측 중앙에 이격 장착되어 전압이 인가되는 전극
을 포함하는 연소장치.
제3항에 있어서,
상기 제1 하우징은,
상기 전극과의 사이에 방전 간극을 형성하여 연료와 공기를 부분 산화 조건으로 반응시키는 방전부, 및
상기 방전부에서 반응되어 토출되는 기체를 안정시키도록 상기 방전부에서 확장 형성되는 확장부
를 포함하는 연소장치.
삭제
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 공급부는,
상기 제1 하우징의 외주에 이격 배치되는 제2 하우징,
상기 제2 하우징의 외주에 이격 배치되는 제3 하우징
을 포함하며,
상기 제1 하우징과 상기 제2 하우징 사이에 형성되는 연료통로, 및
상기 제2 하우징과 상기 제3 하우징 사이에 형성되는 공기통로
를 더 포함하는 연소장치.
제6항에 있어서,
상기 공기 통로는,
상기 제2 하우징과 상기 제1 하우징을 연결하는 통로연결부재에 의하여, 상기 연료통로를 건너서 상기 방전부에 연결되는 연소장치.
제6항에 있어서,
상기 제2 하우징은,
상기 연료통로의 일측에 측벽을 형성하고,
상기 제1 하우징은,
상기 측벽에 나사 결합 또는 용접으로 연결되는 연소장치.
제8항에 있어서,
상기 제1 하우징은,
상기 제2 하우징의 측벽을 향하여 돌출되는 결합부를 더 형성하고,
상기 연료통로는,
상기 제1 하우징의 일측 중앙에 형성되는 유입측, 및
상기 제1 하우징의 외주측에 연결하는 공급측을 포함하며,
상기 결합부는
상기 유입측과 상기 공급측을 연결하는 관통구를 형성하는 연소장치.
제9항에 있어서,
상기 제2 하우징의 측벽의 반대측에서, 상기 제1 하우징의 단부는,
상기 제2 하우징의 길이 방향에서, 상기 제2 하우징의 단부와 간격을 형성하도록 상기 제2 하우징의 직경 방향에서 외곽으로 돌출 형성되는 플랜지를 더 포함하며,
상기 플랜지와 상기 제2 하우징의 단부 사이에 설정되는 상기 간격은,
상기 연료통로의 공급측을 상기 제2 하우징의 직경 방향 외곽으로 개방되는 연소장치.
제10항에 있어서,
상기 제2 하우징의 단부와 상기 제3 하우징의 단부는 상기 직경 방향에서 동일 선상에 배치되는 연소장치.
제3항에 있어서,
상기 제1 하우징은,
상기 전극을 향하여 공기를 분사하는 공기 분사구를 형성하는 내측 부재, 및
상기 내측 부재의 외주에 결합되어 상기 공기 분사구로 분사될 공기를 공급받아 수용하는 챔버를 형성하는 외측 부재
를 포함하는 연소장치.
제12항에 있어서,
상기 공기 분사구는,
상기 내측 부재를 원주 방향으로 이격되어 복수로 배치되고,
상기 내측 부재의 직경 방향에 대하여 경사진 각도를 가지는 연소장치.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 공급부는,
상기 개질부에서 토출되는 상기 개질 가스의 외측에서 상기 개질 가스의 토출 방향과 나란한 방향으로 연료와 공기를 분사하도록 형성되는 연소장치.
제12항에 있어서,
상기 공급부는,
상기 제1 하우징의 외주에 이격 배치되는 제2 하우징,
상기 제2 하우징의 외주에 이격 배치되는 제3 하우징
을 포함하며,
상기 제1 하우징과 상기 제2 하우징 사이에 형성되는 연료통로, 및
상기 제2 하우징과 상기 제3 하우징 사이에 형성되는 공기통로
를 더 포함하고,
상기 제1 하우징의 단부는,
상기 제2 하우징의 단부의 내측에 배치되어 상기 제1 하우징의 직경 방향에서 내측으로 돌출 형성되는 플랜지를 형성하는 연소장치.
제15항에 있어서,
상기 제2 하우징의 단부와 상기 제2 하우징의 단부는 서로 나란하게 형성되며,
상기 제1 하우징의 단부와 상기 제2 하우징의 단부 사이에 제1 스월러가 설치되고,
상기 제 2하우징의 단부와 상기 제3 하우징의 단부 사이에 제2 스월러가 설치되는 연소장치.