KR100987496B1 - 전기겸용 고체연료 보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 갈탄, 괴탄 및 코크스 등의 석탄계 고체연료를 사용하는 보일러에 전기히터를 설치하여 고체연료 또는 전기중 하나 이상을 열원으로 선택하여 수조의 물을 가열하게 되고, 고체연료가 투입되는 투입구의 내부에 공기를 분출하는 노즐을 배치하여 투입구를 개방할 때 화염이 외부로 확산되는 현상을 차단함과 아울러 연소에 필요한 공기를 충분하게 예열되게 한 상태에서 연소되는 연료의 하부 또는 상, 하부에서 동시에 공급하여 연소효율을 향상시킬 수 있게 한 전기겸용 고체연료 보일러에 관한 것으로,

즉, 석탄계 고체연료를 사용하는 보일러 본체의 상부와 외측면 및 하부에 물이 담기는 수실이 배치하되 그 내부 공간에 제1, 제2연료투입구를 통해 수관로스톨에 쌓인 연료가 연소되는 연소실과 상기 연소실의 상 하부에 상부연실과 하부연실이 각각 구비되어 연소에 의해 발생된 화염이 다수의 연관으로 연결된 제1패스로와 제2패스로를 경유하여 수실을 통과한 후 본체의 외부로 배기되는 연도에 연결되고, 상기 수관로스톨의 상부 공간에 연소중인 연료층을 수평으로 통과되게 물이 순환되는 다수의 가열관이 배관되며, 상기 보일러 본체의 하부측 수실의 저면에 송풍기로부터 공급되는 공기를 예열하는 공기통로가 구비되어 있되 그 공기통로에 공기공급관이 배관되어 이에 예열된 공기를 수관로스톨의 하부로부터 연소부위에 공급하는 제1급기구와 조절밸브를 매개로 연소실의 상부에서 공기를 공급하는 제2급기구가 분기된 고체연료용 보일러에 있어서, 상기 다수의 연관으로 구성된 제1패스로와 제 2패스로의 사이에 형성된 수실의 공간에 장착되어 전기의 공급에 의해 선택적으로 발열되어 수실의 물을 가열하는 전기히터와, 상기 공기통로에 형성되어 공기의 체류시간을 연장하면서 열교환 면적을 증가되게 하는 다수의 전열핀과, 상기 제2급기구를 경유한 공기공급관의 연장관로에 연결되어 조절밸브를 매개로 제1연료투입구의 입구로 공기를 분사하는 다수의 공기노즐로 구성된 것이다.

전기히터, 고체연료, 보일러, 공기노즐

Description

전기겸용 고체연료 보일러{Boiler for solid fuel and electrical heater}

본 발명은 전기겸용 고체연료 보일러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 갈탄, 괴탄 및 코크스 등의 석탄계 고체연료를 사용하는 보일러에 전기히터를 설치하여 고체연료 또는 전기중 하나 이상을 열원으로 선택하여 수조의 물을 가열하게 되고, 고체연료가 투입되는 투입구의 내부에 공기를 분출하는 노즐을 배치하여 투입구를 개방할 때 화염이 외부로 확산되는 현상을 차단함과 아울러 연소에 필요한 공기를 충분하게 예열되게 한 상태에서 연소되는 연료의 하부 또는 상, 하부에서 동시에 공급하여 연소효율을 향상시킬 수 있게 한 전기겸용 고체연료 보일러에 관한 것이다.

일반적으로, 가스나 기름 등의 액화석유가스를 연료로 하는 보일러는 열효율이 높고 사용상의 편리성으로 인하여 널리 보급되어 있으나 연료 가격이 급등하면서 주택 난방용으로도 부담이 되고 있으며, 특히 대규모 난방이 요구되는 하우스 시설이나 찜질방의 경우에는 생산성에 비해 연료비 부담이 큰 비경제적인 실정이 되면서, 상대적으로 저가에 구입할 수 있는 반면 열효율이 높은 석탄계 고체연료를 열원으로 하는 보일러가 등장한 바 있다.

상기 고체연료를 사용하는 보일러는 본체의 상부와 외측에 소정 두께의 수실이 구비되게 연소실을 형성하여 이에 착화탄과 함께 연료를 쌓은 상태에서 점화하여 연소에 필요한 공기를 송풍기에 의해 강제로 공급하는 연소방식이 주종을 이루고 있다.

그러나 상기 보일러의 경우에는 연료가 완전히 연소되기도 전에 화염이 외부로 배출되는 구조이므로 불완전 연소로 인한 열효율의 저하는 물론 미연소된 배기가스와 함께 분진이 대기중으로 배출되면서 환경을 오염시키게 되는 문제점이 있었다.

한편, 상기 보일러의 문제점을 감안하여 본 발명 출원인이 제안한 바 있는 특허 제 780700호는, 연소실의 상 하부에 상부연실과 하부연실을 각각 구비되게 하되 다수의 연관으로 연결된 제1패스로와 본체의 외부로 통하는 연도에 연결되는 제2패스로를 형성함으로써 화염의 배출경로를 다변화 및 지연시켜 열효율을 향상시키고, 연소실의 연료가 쌓이는 부위에 물이 순환되는 가열관을 설치하여 연소중 과열에 의해 괴탄에 포함된 기름성분이 미처 연소되지 않으면서 덩어리 형태로 뭉쳐지는 이른바, 크린커(clinker) 현상을 방지함으로써 미연소를 방지하고, 연소에 필요한 공기를 연소실의 하부와 상부에서 선택적으로 또는 동시에 공급하여 연소열을 조절할 수 있도록 하였다.

따라서 상기 특허기술은 연소효율의 향상에 있어서는 적합한 모델로 평가되고 있으나, 상기와 같이 연소실에서 연소된 열이 외부로 배출되기까지 여러 관로를 경유할 경우 산소의 소모량이 증가되는 반면 내부의 압력이 매우 낮아지게 되므로, 공기를 별도로 공급하지 않은 상태에서 갑자기 연료투입구를 개방할 때 순간적으로 연소실로 공기가 유입되는 과정에 화염이 연료투입구의 외부로 확산 및 방출되면서 외부의 작업자가 화상을 입거나 화재의 위험요인이 되는 등 안전사고의 문제점이 있었다.

또한 석탄계 연료의 경우에는 연소를 시작하여 수실의 물을 가열할 때까지 시간이 비교적 길게 소요되어 열 대응력이 저하되었고, 보일러의 운전시간이 짧은 경우 및 지속적으로 일정한 온도관리가 필요한 경우에는 교체연료의 사용을 기피하게 되는 등의 문제점도 있었다.

본 발명은 위와 같은 종래의 고체연료용 보일러의 문제점을 감안하여 발명한 것으로, 그 목적은 갈탄이나 괴탄 등의 고체연료를 이용하여 난방을 할 때 보일러가 설정온도에 도달될 때까지의 초기운전시 또는 지속적인 온도 유지기 필요한 경우 전기히터를 동시에 또는 단독적으로 동작시켜 열 대응력과 효율성을 향상시킬 수 있는 전기겸용 고체연료 보일러를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 고체연료의 연소중 연료를 투입하거나 연소상태를 점검하기 위해 연료투입구를 열기 전에 연료투입구의 내부로 공기를 분사되게 하여 연소열이 외부로 확산됨을 방지할 수 있는 전기겸용 고체연료 보일러를 제공함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 석탄계 고체연료를 사용하는 보일러 본체의 상부와 외측면 및 하부에 물이 담기는 수실이 배치하되 그 내부 공간에 제1, 제2연료투입구를 통해 수관로스톨에 쌓인 연료가 연소되는 연소실이 구비되며, 상기 연소실의 상 하부에 상부연실과 하부연실이 각각 구비되어 연소에 의해 발생된 화염이 다수의 연관으로 연결된 제1패스로와 제2패스로를 경유하여 수실을 통과한 후 본체의 외부로 배기되는 연도에 연결되고, 상기 수관로스톨의 상부 공간에 연소중인 연료층을 수평으로 통과되게 물이 순환되는 다수의 가열관이 배관되며, 상기 보일러 본체의 하부측 수실의 저면에 송풍기로부터 공급되는 공기를 예열 하는 공기통로가 구비되어 있되 그 공기통로에 공기공급관이 배관되어 이에 예열된 공기를 수관로스톨의 하부로부터 연소부위에 공급하는 제1급기구와 조절밸브를 매개로 연소실의 상부에서 공기를 공급하는 제2급기구가 분기된 고체연료용 보일러에 있어서,

상기 다수의 연관으로 구성된 제1패스로와 제2패스로의 사이에 형성된 수실의 공간에 전기의 공급에 의해 선택적으로 발열되어 수실의 물을 가열하는 전기히터가 장착되고, 상기 공기통로에는 송풍기로부터 송풍되는 공기가 공기공급관으로 분출될 때 공기의 체류시간을 연장하면서 열교환 면적을 증가되게 다수의 전열핀이 형성되며, 상기 제2급기구를 경유한 공기공급관의 연장관로에는 조절밸브를 매개로 제1연료투입구의 입구로 공기를 분사하는 다수의 공기노즐이 연결된 구성을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명의 전기겸용 고체연료 보일러는, 고체연료를 연소시켜 수실의 물을 가열할 때 난방수의 온도가 설정온도에 도달될 때까지의 초기운전시 또는 지속적인 온도 유지기 필요한 경우 전기히터를 동시에 또는 단독적으로 동작시킴에 따라 고체연료의 열 대응력을 향상시켜 난방효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 고체연료를 사용하여 고열로 연소하는 도중 연료를 투입하거나 연소상태를 점검하기 위해 연료투입구를 개방할 때 연료투입구의 내부로 공기를 분사되게 하여 외부공가기 급격히 연소실로 유입될 때 그 내외부의 압력차에 의해 연소열이 외부로 확산되는 현상을 방지하여 안전사고의 위험을 미연에 방지할 수 있는 정점도 있다.

또한 고체연료가 연소되는 연료층에 물이 통과되는 가열관을 배치되게 하여 과열로 인하여 연료가 덩어리지는 크린커 현상을 방지하고 연소에 필요한 공기를 충분히 예열한 상태에서 공급함으로써 연소효율을 향상시킬 수 있는 것이다.

이하, 본 발명의 전기겸용 고체연료 보일러를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예의 전기겸용 고체연료 보일러의 외관을 나타낸 사시도이고, 도 2는 상기 전기겸용 고체연료 보일러의 측단면 구성도이며, 도 3은 상기 전기겸용 고체연료 보일러의 평단면 구성도이고, 도 4는 상기 전기겸용 고체연료 보일러의 정면을 나타낸 부분단면도로서, 본 발명은 갈탄이나 괴탄 또는 코크스 등의 석탄계 고체연료를 주로 사용하면서 전기를 공급원으로 발열 동작되는 전기히터를 동시에 또는 선택적으로 가동시켜 수실에 담긴 물을 가열하여 난방을 할 수 있게한 보일러에 관한 것이다.

본 발명은 보일러 본체(10)의 상부와 외측면 및 하부 등에 물이 담기는 수실(11)이 배치되고, 그 수실(11)의 내부 공간에는 제1, 제2연료투입구(20)(21)를 통해 수관로스톨(13)에 쌓인 연료가 연소되는 연소실(12)이 구비되어 있다.

상기 연소실(12)의 상부에 연소열과 배기가스가 집류되는 상부연실(31)이 형성되어 집류된 화염을 다수의 연관(32)을 통해 하부로 유도하는 제1패스로(30)가 구비되고, 상기 연관(32)의 하부측에는 하부연실(41)이 형성되어 상기 연관(32)을 통해 유입된 화염을 다수의 연관(42)을 경유하여 수실(11)을 통과한 후 외부로 배기되는 연도(50)에 연결된 제2패스로(40)가 구비되어 있다.

상기 수관로스톨(13)의 상부측 공간에 연소중인 연료층을 수평으로 통과되게 물이 순환되는 다수의 가열관(14)이 배관되며, 보일러 본체(10)의 상부측에는 수실(11)에 물을 공급하는 입수구(15)가 형성되고 하부측에는 열교환된 고온의 난방수가 배출되는 출수구(16)가 각각 구비되어 있다.

상기 보일러 본체(10)의 하부측 수실의 저면에 송풍기(61)로부터 공급되는 공기를 예열하는 공기통로(60)가 구비되어 있되 그 공기통로에 공기공급관(70)이 배관되어 이에 예열된 공기를 수관로스톨(13)의 하부로부터 연소부위에 공급하는 제1급기구(71)와 조절밸브(73)를 매개로 연소실(12)의 상부에서 공기를 공급하는 제2급기구(72)가 각각 형성되고, 상기 제2급기구(72)를 경유한 공기공급관(70)의 연장관로에는 조절밸브(75)를 매개로 제1연료투입구(20)의 입구로 공기를 분사하는 다수의 공기노즐(74)이 형성되어 있다.

상기 다수의 연관(32)(42)으로 구성된 제1패스로(30)와 제2패스로(40)의 사이에 형성된 수실(11)의 공간에 전기의 공급에 의해 선택적으로 발열되어 수실의 물을 가열하는 전기히터(80)가 장착되어 보일러의 동작을 제어하는 콘트롤러(C)의 조작에 의해 동작된다.

전기히터(80)가 설치되는 위치는 수실에서 비교적 공간이 여유로운 제1패스로(30)와 제2패스로(40)의 사이가 바람직하나 연소실의 상부에 위치된 곳도 가능하 며, 전기히터의 설치 갯수는 용량에 따라 여러 개를 선택하여 설치한다.

상기 공기통로(60)에는 송풍기(61)로부터 송풍되는 공기가 공기공급관(70)으로 분출될 때 공기의 체류시간을 연장하면서 열교환 면적을 증가되게 다수의 전열핀(62)이 형성되어 있다.

보일러 본체(10)의 전면에 위치되어 연소실(12)에 연료를 투입하는 제1, 제2연료투입구(20)(21)와 수관로스톨(13)의 하부로 배출되어 수집되는 재를 본체 외측으로 배출시키기 위해 구비된 도어(22)의 내측면에는 고열에 견딜 수 있는 세라믹재 또는 고알루미나질로 된 내화패널(90)이 하나 이상 부착되어 있다.

이때 상기 상부측에 위치한 제1연료투입구(20)에는 내부의 연소상태를 육안으로 확인할 수 있도록 투시창(21)을 형성하고, 수관로스톨(13)의 하부에 구비되어 제를 배출시키는 도어(22)에는 공기의 공급량을 수동으로 조절하기 위한 공기조절구(22')를 형성하는 것이 바람직하다.

따라서, 상기와 같은 본 발명의 전기겸용 고체연료 보일러는, 본체(10) 내의수실(11)에 물을 채운 상태에서 제1, 제2연료투입구(20)(21)를 통해 연소실(12)에갈탄이나 괴탄 또는 코크스 등의 고체연료를 쌓게 되며, 이때 상기 연소실(12)에 투입되는 고체연료는 수관로스톨(13)의 상부에 약 200mm 두께로 채운 상태에서 불꽃이 점화된 착화탄을 올려놓고 그 위를 다시 고체연료로 덮어주어 연소실(12)에 연료를 가득 채워지도록 한다.

이러한 상태에서 송풍기(61)를 구동시켜 공기통로(60)에 강제로 공기를 송풍함에 따라 바닥측 수실(11)의 외벽으로부터 전도된 열에 의해 공기를 예열하고 예 열된 공기는 공기통로(60)의 다수곳에 연결되어 있는 제1급기구(71)와 제2급기구(72)를 통해 연소실(12)내의 상, 하부에서 연소중인 고체연료를 향해 지속적으로 공급되므로 원활한 연소가 이루어진다.

즉, 바닥에 위치한 수실(11)과의 사이에 형성된 공기통로(60)로 유입된 공기는 그 통로상에 형성된 다수의 전열핀(62)에 의해 체류시간이 지연되면서 열교환 시간이 연장됨과 아울러 열교환 면적이 증가되게 승온된 온도로서 연소됨으로써 연소효율을 향상시키게 되고, 제2급기구(72)를 통해 연소중인 고체연료의 상부에서 분출되는 공기는 미연소가스를 완전연소시키는 작용을 하여 분진발생을 최소화하는 동시에 연소효율을 극대화하는 것이다.

상기 제2급기구(72)는 제1급기구(71)에 연결된 관로상에 설치된 조절밸브(73)의 개폐조작에 의해 공기공급이 제어되고, 송풍기(61)의 동작과 온수의 가열온도 및 연소실(12)의 온도 등은 콘트롤러(C)에 의해 자동으로 제어된다.

그러므로 연소실(12)에서 고체연료가 연소되면서 고온의 열에 의해 수실(11) 에 담긴 물이 가열되며, 이때 연소실(12)의 내부에서 완전연소된 고온가스는 상부연실(31)을 경유하여 제1패스로(30)에 구비된 다수의 연관(32)을 거친 후 수실(11)의 하부측에 형성된 하부연실(41)에 유입되었다가 제2패스로(40)에 구비된 다수의 연관(42)을 통과하여 연도(50)로 빠져나가게 됨으로써, 대기중으로 방출되는 배기가스가 연관(32)(42)군을 통과 할 때 수실(11)내의 물과 열교환하여 보일러의 열효율을 더욱 높이게 되는 것이다.

상기 동작은 고체연료를 사용한 경우이고, 컨트롤러(C)를 조작하여 전기히 터(80)를 동작시킬 때는 수실(11)의 물을 직접적으로 가열시키게 되므로, 상기 고체연료의 초기동작시 연소열이 설정온도에 도달되기 전에 난방수의 온도를 요구하는 온도까지 높일 수 있으므로 열 대응력을 향상시킴과 동시에 고체연료의 정상가동에 따른 시간을 현저히 단축할 수 있으며, 난방수의 온도를 일정하게 유지시킬 때 조작이 편리하게 된다.

한편, 제1연료투입구(20)의 입구에 설치되어 공기를 분사하는 다수의 공기노즐(74)은 정상운전시에는 공기공급관(70)으로부터 조절밸브(75)를 닫혀지게 하여 공기의 분사를 차단하되 제1연료투입구(20)를 개방하기 전에 조절밸브(75)를 개방하여 공기를 분사시킴에 따라 제1연료투입구(20)를 개방하였을 때 연소실(12)의 압력이 순간적으로 높아질 때 불길이 외부로 확산되는 현상을 차단하여 화재 또는 화상 등의 안전사고를 미연에 방지하게 된다.

또한, 상기 제1, 제2연료투입구(20)(21)와 연소후 수집되는 재를 본체 외측으로 배출시키기 위해 구비된 도어(22)의 내측에 부착된 내화패널(90)은 연소열에 의해 가해지는 열화를 최소화하여 내구성을 높일 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예의 전기겸용 고체연료 보일러의 외관을 나타낸 사시도,

도 2는 상기 전기겸용 고체연료 보일러의 측단면 구성도,

도 3은 상기 전기겸용 고체연료 보일러의 평단면 구성도,

도 4는 상기 전기겸용 고체연료 보일러의 정면을 나타낸 부분단면도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

10 : 본체 11 : 수실

12 : 연소실 13 : 수관로스톨

14 : 가열관 20, 21 : 제1, 제2연료투입구

22 : 도어 30, 40 : 제1, 제2패스로

31 : 상부연실 32, 42 : 연관

41 : 하부연실 50 : 연도

60 : 공기,통로 61 : 송풍기

70 : 공기공급관 71, 72 : 제1, 제2급기구

73, 75 : 조절밸브 74 : 공기노즐

80 : 전기히터 90 : 내화패널

Claims (2)

1. 석탄계 고체연료를 사용하는 보일러 본체(10)의 상부와 외측면 및 하부에 물이 담기는 수실(11)이 배치되고 그 수실(11)의 내부 공간에는 제1, 제2연료투입구(20)(21)를 통해 수관로스톨(13)에 쌓인 연료가 연소되는 연소실(12)이 구비되며, 상기 연소실의 상, 하부에 상부연실(31)과 하부연실(41)이 각각 구비되어 연소에 의해 발생된 화염이 다수의 연관(32)(42)으로 연결된 제1패스로(30)와 제2패스로(40)를 경유하여 수실(11)을 통과한 후 본체의 외부로 배기되는 연도(50)에 연결되고, 상기 수관로스톨(13)의 상부측 공간에 연소중인 연료층을 수평으로 통과되게 물이 순환되는 다수의 가열관(14)이 배관되며, 상기 보일러 본체(10)의 하부측 수실의 저면에 송풍기(61)로부터 공급되는 공기를 예열하는 공기통로(60)가 구비되어 있되 그 공기통로에 공기공급관(70)이 배관되어 이에 예열된 공기를 수관로스톨(13)의 하부로부터 연소부위에 공급하는 제1급기구(71)와 조절밸브(73)를 매개로 연소실(12)의 상부에서 공기를 공급하는 제2급기구(72)가 분기된 고체연료용 보일러에 있어서,

   상기 다수의 연관(32)(42)으로 구성된 제1패스로(30)와 제2패스로(40)의 사이에 형성된 수실(11)의 공간에 전기의 공급에 의해 선택적으로 발열되어 수실의 물을 가열하는 전기히터(80)가 장착되고, 상기 공기통로(60)에는 송풍기(61)로부터 송풍되는 공기가 공기공급관(70)으로 분출될 때 공기의 체류시간을 연장하면서 열교환 면적을 증가되게 다수의 전열핀(62)이 형성되며, 상기 제2급기구(72)를 경유 한 공기공급관(70)의 연장관로에는 조절밸브(75)를 매개로 제1연료투입구(20)의 입구로 공기를 분사하는 다수의 공기노즐(74)이 연결된 구성을 특징으로 하는 전기겸용 고체연료 보일러.
2. 제1항에 있어서, 상기 연소실(12)에 연료를 투입하는 제1, 제2연료투입구(20)(21)와 수관로스톨(13)의 하부로 배출되어 수집되는 재를 본체 외측으로 배출시키기 위해 구비된 도어(22)의 내측면에는 고열에 견딜 수 있는 세라믹재 또는 고알루미나질로 된 내화패널(90)이 하나 이상 부착된 구성을 특징으로 하는 전기겸용 고체연료 보일러.

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