연소효율을 향상시킨 산업 플랜트용 대용량 버너의 오일 건{Oil gun of large scale burner for industrial plant}

본 발명은 산업 플랜트용 대용량 버너의 오일 건에 관한 것으로, 노즐의 구조를 개량하여 오일이 완전연소에 가깝게 연소될 수 있도록 하는 기술에 관련한다.

일반적으로 오일을 사용하여 고온의 열에너지를 얻는 버너(burner)는 현재 여러 분야의 산업 현장에서 사용되고 있는데, 이와 같은 산업 현장 중 아스팔트 포장작업에 사용되는 아스콘을 제조하는 일련의 기계설비인 아스팔트 플랜트에서도 이와 같은 버너가 사용되고 있다.

아스팔트 플랜트 설비의 일부인 골재 건조기는 이와 같은 골재의 표면 및 골재 자체가 포함하고 있는 수분과 유성인 아스팔트가 혼합될 때 골재의 수분으로 인해 아스팔트와 골재의 혼합이 불균일해짐으로 골재와 아스팔트 혼합공정 이전에 골재를 약 160℃ 이상으로 건조시키는 공정에 사용되고 있다. 이와 같은 골재 건조기에는 골재에 고온의 가열된 공기를 불어넣기 위해 경유와 중유(벙커-C유)를 사용하는 저압 분사형 버너가 설치되어 있다.

이러한 저압 분사형 버너의 일 예가 본 출원인에 의해 국내등록된 특허 제0220410호에 개시되어 있다.

상기 특허에서, 노즐부는(도면 7 참조) 오일 배관에 끼워지는 노즐캡을 원활히 끼워지도록 하는 노즐-배관 어댑터와, 압축공기 공급배관에 끼워지는 밴튜리 어댑터와, 밴튜리 어댑터의 외경에 나사 결합되는 분사노즐을 포함하고 있다.

그런데 분사노즐을 보면, 오일 공급통로와 압축공기 공급통로가 한 지점에서 연통하고, 이 지점에서 오일과 압축공기가 혼합되면서 분사되도록 구성되어 있다. 따라서, 오일을 압축공기로 무화시켜 가능한 작은 사이즈의 입자로 분사하려면 노즐 구멍의 직경을 가능한 작게 할 필요가 있다.

그러나, 노즐 구멍을 작게 하려면, 전제조건으로 경유나 중유를 충분히 가열하여 적당한 점도를 유지해야 하고, 이물질로 인하여 노즐 구멍이 막히는 것을 방지하기 위해 좋은 오일를 사용하여야 하며, 연소가 잘 되도록 8 ~ 15㎏/㎠ 정도의 높은 압력으로 송풍해야 한다.

문제는, 현장에서 원가절약을 위해 점점 저가의 저질유가 공급되기 때문에 종래의 분사노즐에 의해서는 연소효율이 점점 떨어지게 된다는 점이다. 또한, 현재 많이 쓰이고 있는 중유, 예를 들어, 아스팔트와 비슷한 성질의 메조 기름, 또는 고무성분이 많은 고무 기름의 경우, 노즐 분사 후 압축공기와 완전히 혼합되지 않기 때문에 송풍기만의 힘으로는 완전연소를 기대하기 어렵다.

한편, 상기의 특허에 의할 경우, 오일과 압축공기가 하나의 구멍을 통해서 노즐 외부로 분사된 후 오일과 압축공기가 혼합되므로 혼합 시간이 지나치게 짧아 혼합이 잘되지 않기 때문에, 혼합이 잘되도록 하기 위해서는 송풍기도 350㎜Aq 정도의 고압이 필요하다.

따라서, 본 발명의 목적은 경유나 중유와 같은 오일이 완전연소에 가깝게 연소될 수 있도록 하는 산업 플랜트용 대용량 버너의 오일 건을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 연소효율을 유지하면서 작은 용량의 송풍기를 적용할 수 있도록 하는 산업 플랜트용 대용량 버너의 오일 건을 제공하는 것이다.

상기의 목적은, 공기 유입구와 오일 유입구를 구비하고 분사방향으로 연장된 통 형상의 노즐 본체; 상기 오일 유입구와 연통하도록 상기 노즐 본체의 내부에 동심 구조로 설치된 오일 공급관; 일단이 상기 오일 공급관의 단부에 밀폐 결합하는 제1안내 노즐; 일단이 상기 제1안내 노즐의 타단에 결합하는 제2안내 노즐; 및 상기 제2안내 노즐의 타단과 밀폐 결합하고, 상기 노즐 본체와 결합하는 노즐 헤드를 구비하고, 상기 제1안내 노즐의 내부에 오일 공급로와 공기 공급로가 형성되어, 상기 오일 공급로와 상기 공기 공급로에서 출력된 오일와 공기가 혼합하여 혼합공기를 형성하는 제1혼합공간이 형성되고, 상기 제2안내 노즐의 내부에 혼합공기 공급로가 형성되어, 상기 제2안내 노즐과 상기 노즐 헤드가 인접하는 부분에 상기 혼합공기와 상기 혼합공기 공급로에서 출력된 공기와 혼합하는 제2혼합공간이 형성되며, 상기 노즐 헤드에 혼합공기가 외부로 분사되는 다수의 분사구멍이 형성되는 것을 특징으로 하는 산업 플랜트용 대용량 버너의 오일 건에 의해 달성된다.

바람직하게, 상기 제1안내 노즐에서, 상기 일단에 상기 오일 공급관이 끼워지는 수용공간이 형성되고, 상기 오일 공급로는 상기 수용공간으로부터 다수 개 분리하여 형성되고, 상기 공기 공급로는 측면에서 내부로 형성되어 상기 오일 공급로 각각과 연결되며, 상기 연결되는 위치에서 상기 타단까지 상기 제1혼합공간이 각각 형성된다.

바람직하게, 상기 제2안내 노즐에서, 상기 일단에 상기 제1안내 노즐이 끼워지는 수용공간이 형성되고, 상기 혼합공기 공급로는 상기 수용공간으로부터 하나가 형성되고, 상기 공기 공급로는 상기 일단에서 내부로 형성되어 상기 혼합공기 공급로에 모이게 된다.

바람직하게, 상기 노즐 헤드는 상기 제2혼합공간에 연통하는 혼합공간을 구비할 수 있다.

바람직하게, 상기 노즐 헤드는 소켓을 개재하여 상기 노즐 본체와 밀폐 결합할 수 있다.

상기한 구조에 의하면, 오일 건 내부의 안내 노즐을 통과하면서 오일과 압축공기가 혼합하고, 특히 노즐 헤드에서 최종 분사되기 전까지 충분히 혼합되어 오일의 무화 상태가 향상되어 오일 입자가 더 미세화된다.

또한, 혼합이 충분히 이루어져 종래에 비해 상대적으로 적은 블로워의 송풍압으로도 혼합이 되기 때문에 용량이 적은 블로워를 적용할 수 있어 버너 본체와 블로워를 일체형으로 만들어 외형을 간소화할 수 있고, 유지보수가 편리하고 제조원가가 감소한다는 이점이 있다.

또한, 오일과 압축공기의 충분한 혼합이 이루어진 후 분사되기 때문에, 오일의 무화 상태를 좋게 하기 위해서 노즐 구멍을 작게 할 필요가 없고, 오일 압력도 2 ~ 8㎏/㎠ 정도로 충분히 연소된다.

또한, 현장에서 원가절약을 위해 저가의 저질유를 사용하더라도 막힐 가능성이 희박하므로 노즐 구멍을 작게 하거나 굳이 좋은 오일을 사용할 필요가 없으며, 노즐 구멍을 작게 하기 위해 경유나 중유를 충분히 가열하여 적당한 점도를 유지할 필요도 없다.

도 1은 본 발명의 대용량 버너를 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 오일 건의 분해도이다.
도 3은 오일 건을 구성하는 부품의 상세도이다.
도 4는 오일 건의 결합도이다.

본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '구성된다' 또는 '포함한다' 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시 예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 대용량 버너를 나타내는 구성도이다.

블로워(송풍기, 120)의 한쪽 측면 중심에 콤프레셔(110)가 설치되고 반대쪽 측면에는 사일렌서(silencer, 160)가 설치된다. 블로워(120)의 단부에 인접한 내부에는 한 쌍의 댐퍼(130)가 설치되고, 단부에는 화염 안내 챔버(122)가 결합되고 화염 안내 챔버(122) 내부에 오일 건(100)이 장착된다.

오일 솔레노이드 밸브(152)를 통하여 오일이 공급되면 오일 펌프(150)는 오일을 오일 클리닝 밸브(140)와 오일 제어밸브(142)를 통하여 오일 건(100)에 공급된다.

블로워(120)와 오일 공급 관련 부품은 지지대(170) 위에 장착 고정된다.

상기한 구조에 의하면, 콤프레셔(110)의 가동에 의해 압축공기가 공급되고 오일 펌프(150)의 가동에 의해 오일이 공급되면, 오일 건(100)에서 공급된 오일과 공기가 분무되면서 혼합되어 연소에 최적화된 무화 상태가 된다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 오일 건의 분해도이고, 도 3은 오일 건을 구성하는 부품의 상세도이다.

본 발명에 따른 오일 건(100)은, 노즐 본체(10)와, 소켓(14), 오일 공급관(13), 안내 노즐(30, 40), 및 노즐 헤드(50)로 구성된다. 각 구성에 대해서는 이하 상세하게 설명한다.

<노즐 본체(10)>

노즐 본체(10)는 공기 유입구와 오일 유입구를 구비하고 분사방향으로 연장된 통 형상으로 이루어진다.

노즐 본체(10)는, 가령 강재(steel) 파이프로 구성될 수 있으며, 공기 유입구와 오일 유입구에는 각각 커플러(11, 12)가 결합될 수 있다.

<오일 공급관(13)>

오일 공급관(13)은 노즐 본체(10)의 내부에 동심 구조로 설치되는데, 일단은 오일 유입구에 설치된 커플러(11)와 결합하고 타단은, 후술하는 것처럼, 안내 노즐(30)에 결합하여 오일이 공급되는 통로를 형성한다.

이와 함께 오일 공급관(13)과 노즐 본체(10)의 내면에 의해 공기가 공급되는 통로를 형성한다.

<안내 노즐(30)>

안내 노즐(30)은 오일 공급관(13)의 단부에 밀폐 결합하여 오일 공급관(13)으로부터 오일을 유입받고 노즐 본체(10)로부터 공기를 유입받는다.

도 3(a)을 참조하면, 안내 노즐(30)은 오일 공급관(13)의 단부에 대응하는 위치에 형성된 수용공간(31)을 구비하며, 오일 공급로(32)와 공기 공급로(34)가 형성되어 오일 공급로(32)와 공기 공급로(34)에서 출력된 오일와 공기가 혼합하는 혼합공간(33)이 형성된다.

이 실시 예에 의하면, 오일 공급로(32)는 수용공간(31)으로부터 다수 개 분리하여 형성되고, 공기 공급로(34)는 몸체의 측면에서 내부로 형성되어 각 오일 공급로(32)와 연결된다.

따라서, 혼합공간(33)은 각각의 오일 공급로(32)와 공기 공급로(34)가 연결되는 위치에서 안내 노즐(30)의 단부까지 이어지도록 다수 개 형성된다.

<안내 노즐(40)>

안내 노즐(40)은 안내 노즐(30)에 결합하여 안내 노즐(30)로부터 혼합공기를 유입받고 노즐 본체(10)로부터 공기를 유입받는다.

도 3(b)을 참조하면, 안내 노즐(40)은 안내 노즐(30)의 단부에 대응하는 위치에 형성된 수용공간(41)을 구비하며, 내부에 혼합공기 공급로(42)와 공기 공급로(44)가 형성되어 혼합공기 공급로(42)와 공기 공급로(44)에서 출력된 혼합공기와 공기가 연결되는 혼합공간(43)이 형성된다.

이 실시 예에 의하면, 하나의 혼합공기 공급로(42)가 수용공간(41)으로부터 형성되고, 공기 공급로(44)는 다수 개가 몸체의 단부로부터 내부로 형성되어 혼합공간(43)으로 모이게 된다.

따라서, 혼합공간(43)은 각 공기 공급로(44)가 하나의 혼합공기 공급로(42)로 모여 연결되는 위치에서 안내 노즐(40)의 단부까지 이어진다.

<노즐 헤드(50)>

노즐 헤드(50)는, 일단에서 노즐 본체(10)와 밀폐 결합하는데, 가령 소켓(14)을 중간에 개재하여 결합할 수 있으며, 소켓(14)을 개재하는 경우, O-링을 이용하여 밀폐를 확실하게 할 수 있고, 분해 결합작업을 편하게 할 수 있다.

노즐 헤드(50)는, 타단에서 혼합공기가 외부로 분사되는 다수의 분사구멍(53)이 형성되며, 오일 건(100)의 축에 대해 일정한 각도로 경사지게 형성될 수 있다.

노즐 헤드(50)의 분사구멍(53) 바로 전에는 안내 노즐(40)의 혼합공간(43)에 연통하는 혼합공간(52)이 형성되어 혼합에 필요한 공간을 충분히 확보하게 된다.

이하, 상기와 같은 구조를 갖는 오일 건의 동작에 대해 도 2 내지 4를 참조하여 설명한다.

노즐 본체(10)의 공기 유입구와 오일 유입구를 통하여 유입된 공기와 오일은 각각 오일 공급관(13)과 오일 공급관(13) 외부의 노즐 본체(10)를 통하여 공급된다.

안내 노즐(30)의 다수의 오일 공급로(32)를 통하여 오일이 유입되고 이에 대응하여 공기 공급로(34)를 통하여 공기가 공급되는데, 오일과 공기는 각각 강한 압력으로 혼합되기 때문에 각 혼합공간(33)에서 1차 혼합하면서 무화 상태로 된다.

여기서, 오일 공급로(32)와 공기 공급로(34)를 다수 개로 하여 각각에 대응하는 다수의 혼합공간(33)을 구비하도록 함으로써 혼합을 작은 단위로 쪼개어 수행할 수 있어 혼합의 효율을 향상시킬 수 있다.

무화 상태의 혼합공기는 안내 노즐(40)의 하나의 혼합공기 공급로(42)를 통하여 흐르며, 이 과정에서 압축공기가 공기 공급로(44)를 통하여 혼합공기에 2차로 혼합된다.

이때, 상기한 것처럼, 안내 노즐(40)에서 혼합공간(43)은 각 공기 공급로(44)가 하나의 혼합공기 공급로(42)로 모여 연결되는 위치에서 안내 노즐(40)의 단부까지 이어지고, 이후 상기한 것처럼 노즐 헤드(50)의 혼합공간(52)으로 이어진다.

그 결과, 안내 노즐(30, 40)을 통과하면서 오일과 압축공기가 혼합하고, 특히 노즐 헤드(50)에서 최종 분사되기 전까지 충분히 혼합되어 오일의 무화 상태가 향상, 다시 말해 오일 입자가 더 미세화된다.

따라서, 종래에 비해 상대적으로 적은 블로워의 송풍압, 가령 200㎜Aq ~ 250㎜Aq 정도로도 혼합이 잘 되기 때문에 용량이 적은 블로워를 적용할 수 있어 버너 본체와 블로워를 일체형으로 만들어 외형을 간소화할 수 있고, 유지보수가 편리하고 제조원가가 감소한다는 이점이 있다.

또한, 오일과 압축공기의 충분한 혼합이 이루어진 후 분사되기 때문에, 오일의 무화 상태를 좋게 하기 위해서 노즐 구멍을 작게 할 필요가 없고, 오일 압력도 2 ~ 8㎏/㎠ 정도로 충분히 연소된다.

또한, 현장에서 원가절약을 위해 저가의 저질유를 사용하더라도 막힐 가능성이 희박하므로 노즐 구멍을 작게 하거나 굳이 좋은 오일을 사용할 필요가 없으며, 노즐 구멍을 작게 하기 위해 경유나 중유를 충분히 가열하여 적당한 점도를 유지할 필요도 없다.

본 발명에 따른 오일 건을 적용한 결과, 연소도 완전연소를 이루어 오일 소모량이 10% 이상 절감되었고 완전연소로 인해 배출되는 배기가스는 청정 가스에 비교될 만큼의 깨끗한 배출가스가 나오게 되었다.

전술한 내용은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 노즐 본체
11, 12: 커플러
13: 오일 공급관
14: 소켓
20, 22: O-링
30, 40: 안내 노즐
50: 노즐 헤드