KR100951576B1 - 유연탄용 연탄보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유연탄용 연탄보일러에 관한 것으로서, 유연탄을 주원료로 하여 하향으로 연소되도록 이루어지며 복수개의 연소홀이 천공된 연탄을 원료로 하는 보일러에 있어서, 외기를 흡입하도록 외기흡입구가 구비된 재받침대; 상기 외기흡입구에서 흡입된 외기가 연탄의 연소홀로만 공급되도록 바닥판에 천공된 적어도 하나 이상의 외기공급공 및 연탄삽입구가 구비된 챔버; 상기 챔버의 연탄삽입구를 개폐하는 덮개; 상기 외기공급공의 상부에 다단으로 적층된 연탄과의 사이에 연소간극을 형성하도록 형성되어 챔버의 바닥판 상부에 수직으로 설치된 연소관; 상기 연소관에서 연소되어 챔버의 상부로 상승된 고압의 제1연소열을 체류시키는 체류실을 구획하면서, 연소관과 챔버의 내부 사이에 연도를 형성하도록 설치되는 구획판; 상기 구획판의 일측에 천공되어 체류실에서 체류된 고압의 제1연소열을 저압의 연도로 배풍시키는 배풍공; 상기 체류실에서 체류된 고압의 제1연소열이 저압의 연소간극으로 유입되면서 연도로 배출되도록 연소관에 천공된 적어도 하나의 배출공; 상기 연소관에서 발생된 연소열에 의해 가열되도록 챔버에 내장되는 수관; 상기 연도의 하부를 흐르는 제2연소열을 대기로 배기시키도록 챔버의 하부에 연결된 연통;으로 구성된다.

유연탄, 보일러, 연소관, 배출공, 배풍공, 구획판.

Description

유연탄용 연탄보일러{BRIQUE BOILER}

본 발명은 유연탄용 연탄보일러에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유연탄의 연소 시간을 적절히 조절하여 에너지 효율을 제고시키며, 유연탄의 연소 시 발생되는 연소열을 완전연소에 가깝도록 연소시켜서 환경오염을 미연에 방지할 수 있는 유연탄용 연탄보일러에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 연탄보일러는 연탄을 연료로 하여 물을 끓여서 증기를 발생시키는 것으로서, 여기서 연탄은 주원료인 무연탄과 코크스, 목탄 따위의 가루에 피치(pitch), 해조, 석회 따위의 점결제를 섞어서 굳혀 만들게 된다.

한편, 유연탄은 무연탄에 대응하는 석탄의 한 종류로서, 이탄, 아탄, 갈탄, 역청탄 등이 속하며, 다량의 휘발분을 함유하여 화염을 내며 타고, 발열량이 높아서 발전용으로 사용된다.

이러한 유연탄을 주원료로 하여 제조된 연탄은, 연소 시 이산화탄소와 일산화탄소 및 이산화황 등의 유해가스를 방출함에 따라, 가정용 보일러의 연료로 사용되지 못하고 있다.

또한 유연탄은 상술한 바와 같이 휘발분을 다량 함유하므로 연탄으로 제조되어 보일러의 연료로 사용될 경우, 착화와 동시에 발화되면서 순식간에 연소되기 때문에, 연소 시 발생되는 연소열을 일정하게 유지할 수 없으며, 이에 따라 보일러 본래의 기능을 구현할 수 없는 문제점이 있었다.

아울러 종래의 보일러는, 유연탄으로 제조된 연탄이 연소실 내에 다단으로 적층되어 하부에서 상부 방향으로 연소되면서 열기를 방출하고, 이 열기에 포함된 연기는 보일러 상부에 구비된 연통을 통해 대기로 배출하는 구조로 이루어지기 때문에, 연소실의 온도가 일정 온도로 높아지기 전까지 불완전연소가 이루어지며, 이러한 불완전연소 시 발생된 연기에는 인체에 치명적인 유해가스가 포함되어 있으므로 중독에 의한 인명 사상 및 대기오염을 유발하는 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 유연탄을 주원료로 하여 제조된 연탄의 연소 시간을 일정하게 유지하며, 유연탄의 완전연소를 도모하여 인명 사상 및 대기오염을 미연에 방지할 수 있는 유연탄용 연탄보일러를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 유연탄을 주원료로 하여 하향으로 연소되도록 이루어지며 복수개의 연소홀이 천공된 연탄을 원료로 하는 보일러에 있어서, 외기를 흡입하도록 외기흡입구가 구비된 재받침대; 상기 외기흡입구에서 흡입된 외기가 연탄의 연소홀로만 공급되도록 바닥판에 천공된 적어도 하나 이상의 외기공급공 및 연탄삽입구가 구비된 챔버; 상기 챔버의 연탄삽입구를 개폐하는 덮개; 상기 외기공급공의 상부에 다단으로 적층된 연탄과의 사이에 연소간극을 형성하도록 형성되어 챔버의 바닥판 상부에 수직으로 설치된 연소관; 상기 연소관에서 연소되어 챔버의 상부로 상승된 고압의 제1연소열을 체류시키는 체류실을 구획하면서, 연소관과 챔버의 내부 사이에 연도를 형성하도록 설치되는 구획판; 상기 구획판의 일측에 천공되어 체류실에서 체류된 고압의 제1연소열을 저압의 연도로 배풍시키는 배풍공; 상기 체류실에서 체류된 고압의 제1연소열이 저압의 연소간극으로 유입되면서 연도로 배출되도록 연소관에 천공된 적어도 하나의 배출공; 상기 연소관에서 발생된 연소열에 의해 가열되도록 챔버에 내장되는 수관; 상기 연도의 하부를 흐르는 제2연소열을 대기로 배기시키도록 챔버의 하부에 연결된 연통;으로 구성하는 것이다.

이때, 상기 연통은 배출공 및 배풍공이 형성된 챔버의 반대쪽 하부에 연결되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 배출공은 다단으로 적층되는 연탄의 개수에 부합되도록 연소관에 등간격으로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 배출공은 1~15mm의 지름으로 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 상기 연소관에는 연소간극을 유지하도록 스페이서가 구비될 수 있으며, 상기 연소관의 외면 양측 상부에는 풍향가이드가 구비되어, 연소열을 연도의 상부에서 하부로 안내하게 된다.

상기와 같은 수단으로 구현된 본 발명에 따르면, 연소관에서 연소된 제1연소열이 체류실로 상승된 후, 일부는 배풍공을 통해 연도로 향하고 나머지는 연소간극과 배출공을 통해 연도로 이동되면서 연탄을 한 번 더 연소시키며, 연도로 유입된 제1연소열은 풍향가이드에 의해 상부에서 하부로 안내되어 제2연소열의 형태로 이루어진 다음, 반대쪽의 연통을 통해 대기로 배기시키는 완전연소를 도모함에 따라, 유해가스의 발생을 현저히 낮추어서 인명 사상 및 환경오염을 미연에 방지할 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.

특히 본 발명은, 체류실 내의 제1연소열은 연소간극과 배출공을 통해 연도로 이동됨에 따라, 연소관 내에 다단으로 적층된 연탄을 상부에서 하부 방향으로 순차적으로 연소시키게 되어, 연탄의 연소 시간을 일정하게 유지하고, 이로 인해 열교환 능력을 제고시킬 수 있는 효과가 있다.

아울러 본 발명은, 연소관에 적층되는 연탄이 스페이서에 의해 연소간극을 적절히 유지하므로 연소관 내의 열팽창계수를 일정하고 고르게 유지할 수 있는 효과도 있다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은, 유연탄을 주원료로 하여 하향으로 연소되도록 이루어지며 복수개의 연소홀(11)이 천공된 연탄(10)을 원료로 하는 보일러에 있어서, 외기를 흡입하도록 외기흡입구(21)가 구비된 재받침대(20); 상기 외기흡입구(21)에서 흡입된 외기가 연탄(10)의 연소홀(11)로만 공급되도록 바닥판(31)에 천공된 적어도 하나 이상의 외기공급공(32) 및 연탄삽입구(33)가 구비된 챔버(30); 상기 챔버(30)의 연탄삽입구(33)를 개폐하는 덮개(40); 상기 외기공급공(32)의 상부에 다단으로 적층된 연탄(10)과의 사이에 연소간극(G)을 형성하도록 형성되어 챔버(30)의 바닥판(31) 상부에 수직으로 설치된 연소관(50); 상기 연소관(50)에서 연소되어 챔버(30)의 상부로 상승된 고압의 제1연소열을 체류시키는 체류실(60)을 구획하면서, 연소관(50) 과 챔버(30) 사이에 연도(70)를 형성하도록 설치되는 구획판(80); 상기 구획판(80)의 일측에 천공되어 체류실(60)에서 체류된 고압의 제1연소열을 저압의 연도(70)로 배풍시키는 배풍공(81); 상기 체류실(60)에서 체류된 고압의 제1연소열이 저압의 연소간극(G)으로 유입되면서 연도(70)로 배출되도록 연소관(50)에 천공된 적어도 하나의 배출공(51); 상기 연소관(50)에서 발생된 연소열에 의해 가열되도록 챔버(30)에 내장되는 수관(90); 상기 연도(70)의 하부를 흐르는 제2연소열을 대기로 배기시키도록 챔버(30)의 하부에 연결된 연통(100);을 포함하는 것을 기술적인 사상으로 한다.

먼저, 본 발명에서 사용되는 연탄(10)은 유연탄을 주원료로 하여 석회 따위의 점결제를 섞어서 굳혀 만든 것을 사용하는데, 이러한 하향식 연탄의 상부에는 점화층 또는/및 착화층이 형성되어 상부에서 하부 방향을 따라 연소된다. 그리고 연탄(10)에는 복수개의 연소홀(11)이 수직으로 천공되어 외기공급공(32)에서 공급되는 외기에 의해 연소가 이루어진다.

재받침대(20)는 상부가 개방된 납작한 원통형으로 형성되어 연소 후 떨어지는 재를 받치게 된다. 그리고 재받침대(20)의 일측에는 외기흡입구(21)가 형성되어 외기를 흡입하며, 이 외기흡입구(21)에는 도 5에서와 같이 밸브(22)가 구비되어 외기의 흡입량을 조절하게 된다. 또한 재받침대(20)에는 연소 후 떨어지는 재를 받치는 트레이(도시생략)가 인출가능하게 구비될 수 있다.

챔버(30)는 도 1에 도시된 바와 같이 원통으로 형성되어 본 발명의 골조를 이루는데, 챔버(30)의 상부에는 연탄(10)을 삽입할 수 있도록 연탄삽입구(33)가 구비되고, 하부 바닥판(31)에는 적어도 하나 이상, 바람직하게는 둘 이상의 외기공급공(32)이 천공되는데, 여기서 외기공급공(32)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 연탄(10)의 외경보다 작게 형성되어 연탄(10)의 연소홀(11)로만 외기를 공급하게 된다. 그리고 챔버(30)의 연탑삽입구(33)는 덮개(40)에 의해 기밀히 밀폐되거나 개방되는데, 덮개(40)의 상부에는 손잡이(41)가 구비되어 개폐를 용이하게 한다. 또한 챔버(30)의 내주면으로는 보온재(34)가 부착되어 외부로 손실되는 열기를 차단하게 된다.

연소관(50)은 열전도율이 우수한 스테인레스스틸(stainless steel)을 재질로 하며, 상하로 연이어져 통하도록 원통형으로 형성되어 챔버(30)의 바닥판(31) 상부, 즉 외기공급공(32)과 중심을 같이하는 동심원상에 수직으로 설치되어 연탄(10)을 연소시키는 연소실(C)을 형성하는데, 이러한 연소관(50)의 내경은 연탄(10)의 외경보다 크게 이루어져 연소실(C)에 다단으로 적층된 연탄(10)과의 사이에 연소간극(G)을 형성하게 된다.

첨부된 도 3은 도 2의 A-A선 단면도를 나타내었고, 도 4는 도 2의 B-B선 절단부만을 도시한 절단부 단면도를 나타낸 것으로서, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 복수개로 이루어진 연소관(50)은 상호 좌우로 연이어져 통하도록 연통공(52) 을 갖는 것이 바람직하며, 이에 의해 복수개의 연소관(50)은 동일 내지 유사한 열팽창계수를 유지하여 연탄(10)의 균일한 연소를 도모하게 된다. 그리고 연소관(50)의 상부 양측에는 풍향가이드(53)가 구비되어 체류실(C)에서 연도(70)로 배풍된 제1연소열의 흐름을 안내하게 된다. 즉, 체류실(C)에서 배풍된 제1연소열이 연통(100)을 통해 그대로 배출되지 않고 연도(70)를 따라 흐르도록 안내하는 것이다.

특히, 연소관(50)에는 도 2에 도시된 바와 같이 상하로 적절한 간격을 따라 배출공(51)이 형성되어, 체류실(60)에서 체류된 고압의 제1연소열이 상대적으로 저압인 연도(70)로 배출되도록 연소간극(G)과 함께 통로 역할을 하게 된다. 즉, 체류실(60) 내의 제1연소열이 연소간극(G)을 지나면서 연탄(10)을 한 번 더 연소시키므로, 연소 시 연탄(10)에 포함된 수분에 의해 일산화탄소가 발생되는 현상을 최소화하게 된다. 상술한 바와 같이 체류실(60) 내의 제1연소열은, 연소간극(G)을 지나면서 연도(70)로 배출되어 다단으로 적층된 맨 위의 연탄(10)을 완전히 연소시킨 후, 이어서 그 아래의 연탄(10)을 순차적으로 연소시키게 된다. 그리고 배출공(51)은 도 2에 도시된 바와 같이 연소실(C)에 다단으로 적층되는 연탄(10)의 개수에 부합되도록 등간격으로 형성되는 것이 바람직하며, 배출공(51)의 지름은 1~15mm로 이루어지는 것이 바람직하다.

아울러, 연소관(50)의 내주면으로는 복수개의 스페이서(54)가 구비되어 연소간극(G)을 적절히 유지하게 된다.

구획판(80)은 챔버(30)의 내경에 부합되는 지름을 갖도록 원판형으로 형성되 고, 그 중심부에는 연소관(50)의 상단부 외경으로 결합되도록 적어도 하나 이상의 결합공(82)이 천공되어(도 2 참조), 챔버(30)의 내부에 수평으로 설치되는 것으로서, 이러한 구획판(80)에 의해 챔버(30) 내의 상부에는 체류실(60)이 구획되고, 연소관(50)의 외면과 챔버(30)의 내면 사이에는 연도(70)가 형성된다. 그리고 구획판(80)에는 연도(70)에 연이어져 통하도록 배풍공(81)이 천공된다.

체류실(60)은 연소실(C)에 연이어져 통하므로, 연소관(50)에서 연소되면서 상승된 제1연소열을 체류시키며, 이러한 체류실(60)은 고압을 이루게 된다.

연도(70)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 연소관(50)의 외부 둘레를 따라 형성되어 체류실(60)보다 저압을 형성하게 되는데, 이에 따라 체류실(60)에서 체류된 고압의 제1연소열은 배풍공(81)을 지나 상대적으로 저압을 형성하는 연도(70)로 이동하게 된다.

따라서, 연소관(50)에서 연소된 제1연소열은 체류실(60)로 상승되어 체류하면서 고압을 형성하고, 이러한 고압의 제1연소열은 배풍공(81)을 통해 상대적으로 저압을 형성하는 연도(70)로 이동된다.

연통(100)은 연도(70)로 유입되어 완전연소에 가깝게 연소된 제2연소열을 대기로 배기시키는 것으로서, 이러한 연통(100)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 배출공(51) 및 배풍공(81)이 형성된 챔버(30)의 반대쪽 하부에 연결되어, 연도(70)의 하부를 흐르면서 수관(90)을 가열한 제2연소열을 대기로 배기시키게 된다.

수관(90)은 연소관(50) 내에서 발생된 연소열에 의해 가열되어 난방수 또는 온수로 사용되는데, 이러한 수관(90)은 열전도율이 우수한 스테인레스스틸 재질의 주름관으로 이루어지며, 도 2에 도시된 바와 같이 체류실(60)의 내면을 따라 나선형으로 감기도록 챔버(30)의 내부에 구비되어 체류실(60) 내의 제1연소열에 의해 열교환되면서 난방수 또는/및 온수로 사용되는 제1수관(91)과, 연도(70)의 내면을 따라 나선형으로 감기도록 챔버(30)의 내부에 구비되어 연도(70) 내의 제2연소열에 의해 열교환되면서 난방수 또는/및 온수로 사용되는 제2수관(92)으로 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 전체적인 열의 이동경로를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 연소실(C)에 하향식 연탄(10)을 적층시키는데, 이때 연소관(50)의 내면과 연탄(10) 사이의 연소간극(G)을 확보하는 것이 중요하다. 그리고 적층된 맨 위의 연탄(10)을 점화한 후 착화된 상태를 확인하고 챔버(30)의 연탄삽입구(33)를 덮개(40)로 폐쇄시킨다.

이어서 밸브(22)를 조절하여 외기흡입구(21)를 통한 외기의 흡입을 조절하면, 외기흡입구(21)를 통해 외기가 재받침대(20) 내부로 흡입되고, 재받침대(20) 내부로 흡입된 외기는 외기공급공(32)을 통해 연탄(10)의 연소홀(11)로 공급되어 착화된 맨 위의 연탄(10)을 연소시키게 된다.

이같이 연소되는 연탄(10)에서는 제1연소열이 발생되어 체류실(60)로 상승된 후 제1수관(91)을 열교환하는데, 제1연소열 중 일부는 배풍공(81)을 통해 상대적으 로 저압을 형성하는 연도(70)로 배풍되고, 나머지는 연소간극(G)과 배출공(51)을 통해 연도(70)로 배출된다.

여기서 배풍공(81)을 통해 연도(70)로 배풍되는 연소열의 이동경로를 살펴보면, 도 6의 이점쇄선 화살표에서와 같이 풍향가이드(53)에 의해 안내되어 연도(70)를 따라 이동되고, 이어서 도 6의 점선 화살표에서와 같이 제2수관(92)을 충분히 열교환하면서 제2연소열의 형태를 이루어 연통(100)을 통해 대기로 배기된다.

그리고 연소간극(G)과 배출공(51)을 통해 연도로 배출되는 연소열의 이동경로를 살펴보면, 도 6의 일점쇄선 화살표에서와 같이 체류실(60) 내의 제1연소열은 연소간극(G)과 배출공(51)을 통해 연도(70)로 배출되므로, 연소관(50) 내의 연탄(10)을 한 번 더 연소시킨 후, 배풍공(81)을 통해 배풍된 연소열과 혼합되면서 풍향가이드(53)에 의해 안내된 다음, 도 6의 점선 화살표에서와 같이 제2수관(92)을 열교환하면서 제2연소열의 형태로 연통(100)을 향하게 된다.

상술한 바와 같은 과정을 반복하면서 적층된 연탄(10)은 상부에서 하부 방향을 따라 순차적으로 연소된다.

따라서, 본 발명은 연소관에서 연소된 제1연소열이 체류실에서 체류한 후, 일부는 배풍공을 통해 연도로 향하고 나머지는 연소간극과 배출공을 통해 연도로 이동되며, 연도로 유입된 제1연소열은 풍향가이드에 의해 상부에서 하부로 안내되어 제2연소열의 형태로 이루어진 다음, 반대쪽의 연통을 통해 대기로 배기시키는 완전연소를 도모함에 따라, 인명 사상 및 환경오염을 미연에 방지하게 된다.

특히 본 발명은, 체류실 내의 제1연소열은 연소간극과 배출공을 통해 연도로 이동됨에 따라, 연소관 내에 다단으로 적층된 연탄을 상부에서 하부 방향으로 순차적으로 연소시키게 되어 연탄의 연소 시간을 일정하게 유지하고, 이로 인해 열교환 능력을 제고시키게 된다.

본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태로 개량, 변경, 대체, 부가할 수 있음은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체, 부가에 의한 실시가 이하의 특허청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것임은 자명하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 분해 사시도.

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 정단면도.

도 3은 도 2의 A-A선 단면도.

도 4는 도 2의 B-B선 절단부 단면도.

도 5는 도 3의 C-C선 단면도.

도 6은 본 발명의 실시예에 의한 연소열의 이동 경로를 도시한 예시도.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

10 : 연탄 20 : 재받침대

21 : 외기흡입구 30 : 챔버

32 : 외기공급공 40 : 덮개

50 : 연소관 51 : 배출공

53 : 풍향가이드 54 : 스페이서

60 : 체류실 70 : 연도

80 : 구획판 81 : 배풍공

90 : 수관 100 : 연통

C : 연소실 G : 연소간극

Claims (6)

1. 유연탄을 주원료로 하여 하향으로 연소되도록 이루어지며 복수개의 연소홀이 천공된 연탄을 원료로 하는 보일러에 있어서,

   외기를 흡입하도록 외기흡입구가 구비된 재받침대; 상기 외기흡입구에서 흡입된 외기가 연탄의 연소홀로만 공급되도록 바닥판에 천공된 적어도 하나 이상의 외기공급공 및 연탄삽입구가 구비된 챔버; 상기 챔버의 연탄삽입구를 개폐하는 덮개; 상기 외기공급공의 상부에 다단으로 적층된 연탄과의 사이에 연소간극을 형성하도록 형성되어 챔버의 바닥판 상부에 수직으로 설치된 연소관; 상기 연소관에서 연소되어 챔버의 상부로 상승된 고압의 제1연소열을 체류시키는 체류실을 구획하면서, 연소관과 챔버의 내부 사이에 연도를 형성하도록 설치되는 구획판; 상기 구획판의 일측에 천공되어 체류실에서 체류된 고압의 제1연소열을 저압의 연도로 배풍시키는 배풍공; 상기 체류실에서 체류된 고압의 제1연소열이 저압의 연소간극으로 유입되면서 연도로 배출되도록 연소관에 천공된 적어도 하나의 배출공; 상기 연소관에서 발생된 연소열에 의해 가열되도록 챔버에 내장되는 수관; 상기 연도의 하부를 흐르는 제2연소열을 대기로 배기시키도록 챔버의 하부에 연결된 연통;을 포함하는 것을 특징으로 하는 유연탄용 연탄보일러.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 연통은 배출공 및 배풍공이 형성된 챔버의 반대쪽 하부에 연결된 것을 특징으로 하는 유연탄용 연탄보일러.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 배출공은 다단으로 적층되는 연탄의 개수에 부합되도록 연소관에 등간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유연탄용 연탄보일러.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 배출공은 1~15mm의 지름으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유연탄용 연탄보일러.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 연소관에는 연소간극을 유지하도록 스페이서가 구비된 것을 특징으로 하는 유연탄용 연탄보일러.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 연소관의 외면 양측 상부에는 풍향가이드가 구비되어, 연소열을 연도의 상부에서 하부로 안내하는 것을 특징으로 하는 유연탄용 연탄보일러.

Images