KR100948432B1 - 연소 장치 - Google Patents

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KR100948432B1
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이종만
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솔렌스(주)
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    • F23B40/00Combustion apparatus with driven means for feeding fuel into the combustion chamber
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Abstract

본 발명은 연료가 담긴 연료수납부를 연소실 상부에 설치하여 연료를 투입함에 따라 연소속도의 제어를 단순화할 뿐만 아니라 열효율을 향상시켜 연소 장치를 소형화하면서 제조 비용을 줄일 수 있는 연소 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 연소 장치는 공급된 연료를 수용하는 연료 적재부; 상기 연료 적재부의 일측에 설치되며, 적어도 하나의 2차 연소공기 공급부로부터 2차 연소공기를 공급받아 연료를 연소하면서 열을 발생시키는 연소실; 상기 연소실에서 연소 후 발생된 배기가스를 배출시키는 배기가스 배출부; 및 상기 연료 적재부에 수용된 연료 더미 내부에 1차 연소공기 배출구가 위치된 1차 연소공기 공급수단;을 포함하되, 상기 1차 연소공기 공급수단은 1차 연소공기 배출구 주변의 연료를 1차로 연소시켜서 발생된 연소열에 의해 상기 연소실로 연료를 증발시킨다. 이러한 구성에 의하여, 연소속도의 제어가 용이하여 짧은 시간 내에 제어할 수 있을 뿐만 아니라 고체연료를 사용하면서도 부하변동이 심한 열기기에도 효율적으로 사용할 수 있게 되어 연소 장치의 소형화, 제조 비용 저감 및 열효율 향상을 도모할 수 있다.
연소 장치, 1차 연소공기 공급수단, 연료량 감지 센서, 다공성

Description

연소 장치{Combustion apparatus}
본 발명은 연소 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 연소속도의 제어를 단순화하여 열효율을 향상시킬 수 있는 연소 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 미분탄 연소기를 제외한 고체연료를 사용하는 연소기에서 연소기로 공급되는 고체연료는 연소실 내에 연료를 담는 그릇 또는 화격자 위로 공급된다. 이 경우, 연료의 투입량과 연소공기의 공급량을 동시에 조절함으로써, 연소속도, 즉, 화력을 제어할 수 있다.
연료가 많이 투입되더라도 연소공기의 공급량이 증가되지 않으면, 연소가 원활하게 이루어지지 않을 뿐만 아니라 투입되는 연료가 모두 소모되지 않는다. 이에 의해 연료 공급라인에 고장이 발생하거나, 연소실 내에 연료가 가득차게 되어 문제를 일으킬 우려가 있다. 반대로, 연료의 양을 적게 공급하고 연소공기를 다량으로 공급하면, 공급된 다량의 공기로 인하여 연소실 내의 온도가 내려가게 되므로 효율적으로 열을 발생시킬 수가 없다. 이처럼 고체연료를 사용하는 연소기의 화력을 제어하기 위해서는 공급되는 연료의 양과 연소공기의 공급량을 동시에 조절해야 만 한다.
이때, 연소 중인 연료의 양을 측정하기 위해서는 측정 센서가 필요하다. 그러나, 연소실 내부가 고온이므로 일반적인 측정 센서로는 연료의 양을 측정할 수 없다. 이에 따라 연소속도의 제어를 위해 연료의 양을 조절하기 위해서는 매우 복잡하고 까다로운 제어프로그램을 개발하여 사용하여야 한다는 문제점이 있다. 특히, 최초 운전을 한다든지, 어떠한 이유로든 정전사고 발생 후에 다시 연소기를 작동시킨다든지, 기타 비상 상황을 복구하는 하는 과정에 있어서 반드시 연소기를 운전하는 작업자가 있어야 하는 문제점이 있다.
또한, 연료의 양을 조절하여야만 화력이 조절되므로, 부하변동에 따라 즉각적으로 화력을 조절하여야 하는 장치에는 급작스러운 부하변동을 흡수할 수 있는 축열 장치 등과 같은 보조 장치를 반드시 사용하여야 하는 단점이 있다. 이러한 경우, 장치의 크기나 제조비용이 상승할 뿐만 아니라 열 손실도 증가하게 된다.
도 1a는 일반적인 고체연료 연소장치이며, 도 1b는 일반적인 2차 연소공기 공급구의 상세도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 외부로부터 공급되는 고체연료(3a)는 연료이송스크류(11)에 의하여 연료그릇(3)으로 이동한다. 연료그릇(3)으로 들어와 쌓이는 고체연료(3a)는 화염의 복사열에 의하여 증발되며, 증발하지 않는 탄소는 숯으로써 연소하게 된다.
상기 연소장치에서 고체연료(3a)의 소모 속도는 화염의 온도와 크기에 의하여 결정되며, 화염의 온도와 크기는 고체연료(3a)에서 증기로 발생되는 가연성 기 체의 양과, 공기공급구(2)를 통해 유입된 공기의 양에 따라 결정된다. 즉, 연료의 소모속도는 서로 상관 관계에 있는 연료의 공급량과 공기노즐과 같은 공기공급구(2)를 통해 와류 상태로 유입되는 공기의 양에 의하여 결정되어지므로, 연소를 제어한다는 측면에서 보면 매우 까다로운 경우가 된다.
또한, 연료그릇(3)에 남아있는 연료는 숯이 되어가는 과정에 있으면서 증발되므로 갑자기 연소부하가 감소한다고 하여 즉각 연소기체 증발 속도가 줄어들 수 없다. 그리고, 연소부하가 증가하는 경우에도 연료이송스크류(11)에 의하여 고체연료(3a)의 공급량을 늘린다고 하여도, 새로 투입되는 과량의 고체연료(3a)가 증발하기까지에는 시간지연이 생기게 된다. 이에 의해 부하 변동이 심하거나, 부하변동에 따라 즉각 반응하여야 하는 장치에는 이러한 연소장치를 쓰기가 쉽지 않다는 문제점이 있다. 여기에 더하여, 고체연료(3a)의 증발량을 늘리려면 화염으로부터 전달되는 복사열의 수열면적도 커야 하므로, 용량이 큰 연소기를 제작하여야 한다. 용량이 큰 연소기를 제작하려면 연료그릇(3)의 투영면적도 따라서 커져야만 하므로 장치가 커진다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 연료가 담긴 연료수납부를 연소실 상부에 설치하여 연료를 투입함에 따라 연소속도의 제어를 단순화할 뿐만 아니라 열효율을 향상시켜 연소 장치를 소형화하면서 제조 비용을 줄일 수 있는 연소 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 1차 연소공기 공급수단을 설치하여 연소된 연료에서 발생되는 연소열에 의해 다량의 연소가스를 증발시켜 화력 조절을 용이하고 신속하게 할 수 있는 연소장치를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 연소 장치는 공급된 연료를 수용하는 연료 적재부; 상기 연료 적재부의 일측에 설치되며, 적어도 하나의 2차 연소공기 공급부로부터 2차 연소공기를 공급받아 연료를 연소하면서 열을 발생시키는 연소실; 상기 연소실에서 연소 후 발생된 배기가스를 배출시키는 배기가스 배출부; 및 상기 연료 적재부에 수용된 연료 더미 내부에 공기배출구가 위치된 1차 연소공기 공급수단;을 포함하되, 상기 1차 연소공기 공급수단은 1차 연소공기 배출구 주변의 연료를 1차로 연소시켜서 발생된 연소열에 의해 상기 연소실로 연료를 증발시킨다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 연소 장치는 상기 연료 적재부가 상기 연소실 하부에 설치된다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 연소 장치는 상기 연료 적재부가 상기 연소실 상부에 설치된다.
또한, 상기 연료 적재부는 적재실 내에 설치되고, 상기 적재실의 상부에는 연료 이송부에 의해 이송된 연료를 연료투입부를 통해 공급받는 연료공급실이 설치되며, 상기 연료공급실에는 연료량 감지부재를 구비한 연료량 감지센서가 설치되어, 연료의 양을 정해진 범위로 유지한다.
또한, 상기 연료투입부에는 고압공기공급관이 연결된 공기증폭기 또는 공기노즐이 설치되어, 연료가 공급되는 방향으로 공기의 흐름을 유도하여 상기 연소실 내부의 연소가스가 역류되지 않도록 한다.
또한, 상기 연료 적재부는 다공성 재료로 형성되어 발생된 연소가스를 연소실로 공급한다.
또한, 상기 배기가스 배출부는 상기 연소실의 하단에 설치되며, 연소 시 발생된 재를 수납하는 재 회수부를 더 포함한다.
또한, 상기 연소공기 공급수단의 일 영역에는 투입되는 공기를 가열시키는 공기가열부가 더 설치된다.
또한, 상기 연료 적재부의 하단에는 미연소된 연료를 연소시키기 위한 받침부재가 더 설치된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 연소속도의 제어가 용이하여 짧은 시간 내에 제어할 수 있을 뿐만 아니라 고체연료를 사용하면서도 부하변동이 심한 열기기에도 효율적으로 사용할 수 있게 되어 연소 장치의 소형화, 제조 비용 저감 및 열효율 향상을 도모할 수 있다.
또한, 연소실 하부에 설치된 재 회수부에 재가 떨어지므로, 재의 수거를 용이하게 할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 도시한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 연소 장치를 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연소 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 연소 장치의 연소실(11)은 적어도 하나의 2차 연소공기 공급부(12)로부터 2차 연소공기를 공급받아 연료(13a)를 연소하면서 열을 발생시킨다. 이러한 연소실(11)의 하부에는 연료이송 스크류와 같은 연료이송부(15)로부터 공급된 연료(13a)를 수용하는 연료 적재부(13)가 설치된다.
여기서, 연소실(11)은 외부로의 열 손실을 방지하기 위하여 단열 벽(14)으로 이루어진다. 또한, 2차 연소공기 공급부(12)는 2차 연소공기를 와류 상태로 공급받아 흐름을 빠르게 하여 연소실(11) 내부로 불어넣어 주는 역할을 한다.
연료 적재부(13)에 수용된 연료 더미 내부에는 1차 연소공기 공급수단(10)의 단부인 1차 연소공기 배출구(10a)가 위치된다. 이에 의해 1차 연소공기 공급수 단(10)은 1차 연소공기 배출구(10a) 주변의 연료(13a)를 1차적으로 연소시킴으로써, 연소 시 발생되는 연소열에 의해 연소실(11)로 연료를 증발시킬 수 있다. 즉, 연소실(11)에 공급되는 1차 연소공기의 양을 제어하여 다량의 연소가스를 증발시킬 수 있도록 연료 적재부(13)에 수용된 연료(13a) 더미 내부에 1차 연소공기 배출구(10a)가 위치된 1차 연소공기 공급수단(10)을 설치한다. 이러한 1차 연소공기 공급수단(10)의 일 영역에는 투입되는 1차 연소공기를 가열시키는 1차 연소공기 가열부(16)가 더 설치될 수 있다.
다시 말하면, 1차 연소공기 공급수단(10)에서 공급되는 1차 연소공기에 의해 1차 연소공기 배출구(10a) 주변에 있는 연료(13a)가 연소하게 되며, 이때 발생된 연소열로 인하여 주위의 연료(13a)는 다량의 연소가스를 증발시키게 된다. 여기서, 1차 연소공기 공급수단(10)의 1차 연소공기 배출구(10a)를 통하여 공급되는 1차 연소공기의 양과 그 주변을 둘러싸는 연료(13a)의 양이 많을수록 발생하는 연소가스의 양이 많아지게 된다.
이에 따라, 작은 면적의 연료 적재부(13)로도 많은 양의 연소가스를 발생시킬 수 있으므로, 연소 장치를 소형으로 제작하는 것이 가능하다. 또한, 1차 연소공기 공급수단(10)으로 공급되는 1차 연소공기의 양을 조절함에 따라 즉각적으로 증발하는 연소가스의 양이 조절되므로 화력 조절이 매우 간단하게 이루어진다는 장점이 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연소 장치를 나타내는 단면도이고, 도 4는 도 3의 연소 장치에 연료가 공급되는 상태를 나타내는 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 연소 장치의 연소실(40)은 적어도 하나의 2차 연소공기 공급부(42)로부터 2차 연소공기를 와류 상태로 공급받아 연료를 연소하면서 열을 발생시킨다. 그리고, 연소실(40)의 상부에는 연료 적재부(51)를 구비한 적재실(50)이 설치되어 연료공급실(60)로부터 공급된 연료(54)를 수용한다.
연료공급실(60)은 적재실(50)의 상부에 설치되며, 연료이송 스크류와 같은 연료 이송부(91)에 의해 이송된 연료(54)를 연료투입부(90)를 통하여 공급받는다. 연료공급실(60)에는 연료량 감지부재(70a)를 구비한 연료량 감지센서(70)가 설치되어 있는데, 이는 연료의 양을 정해진 범위로 유지하는 역할을 한다.
연료 적재부(51)의 연료(54) 더미 내부에는 1차 연소공기 공급수단(100)의 단부인 1차 연소공기 배출구(100a)가 위치하여, 배출되는 1차 연소공기에 의해 1차 연소공기 배출구(100a) 주변의 연료(54)를 1차적으로 연소시킬 수 있다. 즉, 1차 연소공기 공급수단(100)의 1차 연소공기 배출구(100a)가 연료(54) 더미에 묻혀있도록 설치되므로, 연소 중에 1차 연소공기 공급수단(100)을 통해 공급되는 1차 연소공기에 의해 1차 연소공기 배출구(100a) 주변에 있는 연료(54)는 연소하게 되고, 그 연소열로 인해 주변의 연료(54)는 다량의 연소가스를 증발시키게 된다. 이때, 1차 연소공기 공급수단(100)의 1차 연소공기 배출구(100a)를 통하여 공급되는 1차 연소공기의 양과 그 주변을 둘러싸는 연료(54)의 양이 많을수록 발생하는 연소가스의 양이 많아지게 된다.
그러므로 작은 면적의 연료 적재부(51)로도 많은 양의 연소가스를 발생시킬 수 있어서 연소장치를 소형으로 제작하는 것이 가능하다. 또한, 1차 연료공기 공급수단(100)으로 공급되는 1차 연소공기의 양을 조절하면, 즉각적으로 증발하는 연소가스의 양이 조절되므로 화력 조절을 매우 간단하고 신속하게 할 수 있다. 이때, 1차 연소를 더 원활하게 하기 위하여 1차 연소공기 공급수단(100)의 일 영역에는 투입되는 1차 연소공기를 가열시키는 1차 연소공기 가열부(미도시)가 더 설치될 수 있다.
연소가스의 양 조절과 더불어 연료(54)의 양을 조절하기 위하여 본 발명의 제2 실시예에서는 앞서 설명한 바와 같이 연료 적재부(51)를 연소실(40)의 상부에 설치한다. 연료 적재부(51)는 다공성의 재료로 형성되어, 연소 중에 발생하여 증발하는 연소가스 및 재가 다공성의 연료 적재부(51)에 형성된 구멍을 통하여 배출되며, 미처 연소되지 않은 숯은 받침부재(52)에서 계속해서 연소된다.
이러한 받침부재(52)는 숯을 신속히 연료 적재부(51)에서 제거할 필요가 있을 때 사용하기 위하여 설치한다. 예를 들어 연소 장치를 끄는 경우, 남아있는 숯을 모두 연소시키려면 상대적으로 장시간이 소요된다. 이때, 1차 연소공기 공급수단(100)을 통하여 1차 연소공기를 강하게 공급하면 연료 적재부(51) 내에 남아있는 숯이 강한 바람에 의해 하부에 설치된 재 회수부(30)로 떨어져 서서히 연소하므로 안전하게 연소 장치의 가동을 중지할 수 있다. 이러한 재 회수부(30)를 구비한 배기가스 배출부(20)는 연소실(40) 하단에 설치된다.
도면에는 도시되지 않았지만, 받침부재(52)를 설치하지 않을 경우에는 숯, 또는 펠렛이 밑으로 빠지지 않도록 연료 적재부(51)의 하부는 연료 적재부(51)를 구성하고 있는 재료와 같은 다공성 재료로 막아야 한다.
정상적인 연소 중에 연소부하에 따라 연소량을 제어하는 것은 앞서 설명한 것과 같이 1차 연소공기 공급수단(100)을 통하여 공급되는 1차 연소공기의 양을 조절하면 된다. 이에 더하여, 1차 연소공기 공급수단(100) 단부의 1차 연소공기 배출구(100a)와 받침부재(52) 사이의 거리인 “A”의 값에 따라 연소가스의 최대 발생량이 결정된다. 이러한“A”값은 1차 연소공기 공급수단(100)을 통하여 공급되는 최대 공기량과 연료 적재부(51)의 크기와 형상에 따라 달라진다.
하지만, 본 발명의 제2 실시예에서 연료(54)는 연료량 감지센서(70)의 연료량 감지부재(70a)에 의하여 항상 일정한 범위로 공급되므로, 연료량을 별도로 제어할 필요가 없다. 연료량 감지센서(70)를 상세히 설명하면, 투입되는 연료(54)는 연료량 감지센서(70)의 연료량 감지부재(70a)에 의하여 감지될 때까지 계속 투입된다. 그리고, 연료량 감지센서(70)의 연료량 감지부재(70a)에 의하여 연료(54)가 감지되면, 그 신호에 의하여 연료이송부(91)의 작동이 멈추게 된다. 이후 연소가 계속됨에 따라 연료(54)의 양이 줄어들어 연료량 감지부재(70)에 의해 감지되지 않으면, 그 신호에 따라 연료이송부(91)가 작동하여 연료(54)를 다시 투입하게 된다. 이러한 과정이 연소가 중단될 때까지 되풀이되면서 연소가 안정적으로 이루어지도록 한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 연소 장치는 연소실(40)의 상부에 연료(54)가 담긴 연료 적재부(51)가 있고, 연료(53)가 공급되는 연료투입부(90)가 개방되어 있 으므로, 뜨거운 연소가스가 연료투입부(90)를 통하여 외부로 유출될 수 있다. 이를 방지하기 위하여 연료투입부(90)에 고압공기공급관(92)이 연결된 공기증폭기(91) 또는 공기노즐 등의 장치를 추가하여, 외부 공기를 연료 적재부(51) 측으로 유도하여 뜨거운 연소가스가 연료투입부(90)를 통하여 누출되지 않도록 할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에서 연소실(40)로 공급되는 2차 연소공기는 제1 외부공기 공급부(63)를 통해 공급되어 제1 공기통로(60a), 제2 공기통로(50a) 및 제3 공기통로(40a)를 통과하여 와류 형성을 위하여 공기노즐과 같은 2차 연소공기 공급부(42)에서 공급되는 것이다. 도 3 및 도 4에서 점선으로 표현된 제2 외부공기 공급부(53) 및 제3 외부공기 공급부(43)는 제1 외부공기 공급부(63)와 상호 대체가 가능한 위치를 표시한 것으로써, 외부공기 공급부는 위치에 한정되지 않는다.
이와 같이, 연료가 담긴 연료수납부를 연소실 상부에 설치하여 연료를 투입함에 따라 연소속도의 제어를 단순화할 뿐만 아니라 열효율을 향상시켜 연소 장치를 소형화하면서 제조 비용을 줄일 수 있다. 또한, 1차 연소공기 공급수단을 설치하여 연소된 연료에서 발생되는 연소열에 의해 다량의 연소가스를 증발시켜 화력 조절을 용이하고 신속하게 할 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
도 1a는 일반적인 고체연료 연소 장치를 나타내는 단면도.
도 1b는 일반적인 2차 연소공기 공급구의 상세도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연소 장치를 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연소 장치를 나타내는 단면도.
도 4는 도 3의 연소 장치에 연료가 공급되는 상태를 나타내는 단면도.
♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣
10, 100 : 1차 연소공기 공급수단 11, 40 : 연소실
12 : 2차 연소공기 공급부 13, 51 : 연료 적재부
30 : 재 회수부 50 : 적재실
60 : 연료공급실 70 : 연료량 감지부재
90 : 연료투입부 100a : 1차 연소공기 배출구

Claims (9)

  1. 공급된 연료(54)를 수용하는 연료 적재부(51);
    상기 연료 적재부(51)의 연통하여 설치되며, 상기 연료(54)가 연소되면서 열을 발생시키는 연소실(40);
    상기 연료 적재부(51)에 수용된 연료(54) 더미 내부에 1차 연소공기 배출구(100a)가 위치되어, 상기 1차 연소공기 배출구(100a) 주변의 연료(54)를 1차로 연소시켜서 발생된 연소열에 의해 상기 연소실(40)로 연료(54)를 증발시키는 1차 연소공기 공급수단(100);
    상기 연소실(40)에서 연소 후 발생된 배기가스를 배출시키는 배기가스 배출부(20); 및
    상기 연료 적재부(51) 및 연소실(40)의 외면을 둘러싸는 공기통로(40a,50a,60a)를 통해 적어도 하나의 외부공기 공급부(43,53,63)로부터 유입된 외부공기를 상기 연소실(40)로 공급하는 2차 연소공기 공급부(42);를 포함하는 연소 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연료 적재부(51)는 상기 연소실(40) 하부에 설치되는 것을 특징으로 하는 연소 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연료 적재부(51)는 상기 연소실(40) 상부에 설치되는 것을 특징으로 하는 연소 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 연료 적재부(51)는 적재실(50) 내에 설치되고,
    상기 적재실(50)의 상부에는 연료 이송부(91)에 의해 이송된 연료(54)를 연료투입부(90)를 통해 공급받는 연료공급실(60)이 설치되며,
    상기 연료공급실(60)에는 연료량 감지부재(70a)를 구비한 연료량 감지센서(70)가 설치되어, 연료(54)의 양을 정해진 범위로 유지하는 것을 특징으로 하는 연소 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 연료투입부(90)에는 고압공기공급관(81)이 연결된 공기증폭기(80) 또는 공기노즐이 설치되어, 연료(54)가 공급되는 방향으로 공기의 흐름을 유도하여 상기 연소실(40) 내부의 연소가스가 역류되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 연소 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 연료 적재부(51)는 다공성 재료로 형성되어 발생된 연소가스를 연소실(40)로 공급하는 것을 특징으로 하는 연소 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 배기가스 배출부(20)는 상기 연소실(40)의 하단에 설치되며, 연소 시 발생된 재를 수납하는 재 회수부(30)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연소 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 1차 연소공기 공급수단(100)의 일 영역에는 투입되는 공기를 가열시키는 1차 연소공기 가열부(82)가 더 설치된 것을 특징으로 하는 연소 장치.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 연료 적재부(51)의 하단에는 미연소된 연료를 연소시키기 위한 받침부재(52)가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 연소 장치.
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KR200311271Y1 (ko) * 2003-01-24 2003-04-21 김동선 코크스 보일러

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