KR101195296B1 - 보일러의 송풍장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 우드 펠릿 등과 같은 각종 고체연료를 연소시켜 열원을 얻는 보일러에서 연소실에 공기를 공급하는 송풍장치에 관한 것이다.
본 발명은 고체연료의 연소가 이루어지는 연소실에 공기 송풍시 압력차이에 의해 공기 분사속도를 높일 수 있는 새로운 구조의 연소판을 채택하고, 또 회오리바람의 형태로 연소실에 공기를 공급하는 새로운 송풍방식을 채택하여, 우드 펠릿 등과 같은 고체연료의 완전 연소를 유도함으로써, 연소 효율을 획기적으로 높일 수 있는 등 보일러의 열효율을 크게 향상시킬 수 있는 보일러의 송풍장치를 제공한다.

Description

보일러의 송풍장치{Blower unit for boiler}

본 발명은 보일러의 송풍장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 우드 펠릿 등과 같은 각종 고체연료를 연소시켜 열원을 얻는 보일러에서 연소실에 공기를 공급하는 송풍장치에 관한 것이다.

일반적으로 가정, 사무실, 공장, 비닐하우스 등에서는 난방수 및 온수의 공급을 위해 주로 기름 보일러나 가스 보일러를 사용하고 있다.

이러한 기름 보일러나 가스 보일러는 열효율이 높고 연소 후에 재를 남기지 않아 취급이 용이한 장점이 있지만, 기름이나 가스 등의 연료비 증가로 인해 경제적인 사정이 여의치 않은 농촌이나 산간 벽지 등에서는 설치 및 운용에 어려움을 겪고 있는 실정이다.

더욱이, 기름 보일러나 가스 보일러에 사용되는 화석 연료는 연소시에 발생하는 배기가스나 유류 저장탱크 등에서 자연 증발되는 가스로 인해 환경오염의 중요한 원인물질로 작용하고 있어 사용을 억제하려는 노력이 늘어가고 있는 추세이다.

이러한 추세에 따라 최근에는 신재생에너지의 중요성과 비중이 점차 높아지고 있다.

신재생에너지는 액화석탄, 수소에너지 등 "신에너지"와 동식물의 유기물, 햇빛, 바람, 물, 지열 등을 이용하여 친환경적이고 재생가능한 에너지로 변환하는 "재생에너지"를 통합해 지칭하는 말이다.

신재생에너지 중 가장 각광받고 있는 것은 바이오(Bio)디젤과 바이오에탄올을 아우르는 바이오 연료이다.

이러한 바이오 연료 중에서 우드 펠릿(Wood pellet)은 나무를 톱밥으로 분쇄하여 압축 가공한 친환경적인 고체연료로서, 최근 화석연료의 대체 에너지로 많이 활용되면서 이산화탄소 저감에 따른 환경 보호와 에너지 절감에 따른 경제적 이익에 큰 역할을 담당하고 있다.

따라서, 최근에는 가정용이나 소규모의 업무용으로 사용하는 일반 농가, 공장 등을 중심으로 우드 펠릿 등과 같은 고체연료를 이용한 보일러를 사용하는 경향이 점차 늘어나고 있다.

예를 들면, 국내 공개특허 10-2011-0087875호에는『연소재 제거 기능을 갖는 보일러』가 개시되어 있고, 국내 공개특허 10-2011-0092428호에는『목재 펠릿 보일러』가 개시되어 있다.

위의 공개특허에 개시되어 있는 보일러들은 우드 펠릿을 연료로 사용하고 있으며, 일정량의 우드 펠릿을 저장하는 호퍼, 우드 펠릿의 공급을 위한 스크류 피더, 우드 펠릿의 연소를 위한 버너 및 연소실이 보일러 본체 등을 포함하는 구조로 이루어지고, 특히 우드 펠릿을 연소시키는 연소실에는 연소재 제거 및 불완전 연소를 줄이기 위한 수단으로 송풍장치, 우드 펠릿이 직접 놓여져 연소가 이루어지는 연소판 등이 구비된다.

그러나, 기존의 우드 펠릿을 연료로 사용하는 보일러의 경우에 단순히 연소판에 형성되어 있는 홀을 통해 공기를 공급하는 방식인 관계로 불완전 연소 문제가 여전히 존재하는 등 연소 효율을 높이는데 한계가 있고, 결국 보일러의 열효율을 높이는 측면에서 어려움이 있는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 고체연료의 연소가 이루어지는 연소실에 공기 송풍시 압력차이에 의해 공기 분사속도를 높일 수 있는 새로운 구조의 연소판을 채택하고, 또 회오리바람의 형태로 연소실에 공기를 공급하는 새로운 송풍방식을 채택하여, 우드 펠릿 등과 같은 고체연료의 완전 연소를 유도함으로써, 연소 효율을 획기적으로 높일 수 있는 등 보일러의 열효율을 크게 향상시킬 수 있는 보일러의 송풍장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 보일러의 송풍장치는 다음과 같은 특징이 있다.

상기 송풍장치는 우드 펠릿 등과 각종 고체연료를 사용하는 보일러에 설치되는 것으로서, 보일러 본체의 외부에 설치되어 연소실에 공기를 공급하는 송풍팬과, 상기 보일러 본체의 내부에 조성되는 연소실의 하부에 설치되어 송풍팬에서 제공되는 공기를 윗쪽의 연소판을 통해 연소실측으로 불어주는 역할의 공기실과, 상기 공기실의 내부에 회전가능한 구조로 설치되는 다수의 날개를 이용하여 연소실측으로 공급되는 공기를 회오리바람의 형태로 만들어주는 날개부 유니트를 포함하는 구조로 이루어진다.

따라서, 송풍팬으로부터 바람을 끌어와 밑에서 연소판에 바람을 불어넣어 줄 때, 날개부 유니트에 있는 날개의 회전을 통해 바람을 공기실에서 회오리치게 함으로써, 연소판에 있는 우드 펠릿 등의 고체연료를 골고루 연소시킬 수 있는 특징이 있다.

여기서, 상기 날개부 유니트의 날개는 바람개비 형태로 제작하여, 송풍팬으로부터 불어오는 공기의 흐름에 의해 자유롭게 회전하면서 회오리바람의 형태를 만들 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 연소실의 바닥을 구성하는 연소판에는 전체 면적에 걸쳐 다수의 홀을 형성하고, 이때의 홀은 아래에서 위로 갈수록 좁아지는 형상이 되도록 함으로써, 압력차이를 이용하여 분사 속도를 높인 상태로 연소실에 공기를 공급할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 제공하는 보일러의 송풍장치는 다음과 같은 장점이 있다.

첫째, 연소판에 형성되는 홀의 형상을 아래에서 위로 갈수록 좁아지는 형상으로 만들어 줌으로써, 압력차이에 의한 분사속도를 높여서 연소효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

둘째, 연소판으로 공기가 공급되는 길목에 날개를 배치하여, 연소실로 공급되는 공기를 회오리바람의 형태로 공급함으로써, 연소판에 있는 우드 펠릿 등의 고체연료를 골고루 연소시킬 수 있는 등 완전 연소를 유도할 수 있고, 결국 보일러의 열효율을 획기적으로 높일 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 송풍장치가 속해 있는 보일러의 구조를 나타내는 정면도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 송풍장치에서 연소판의 구조를 나타내는 일부 단면 사시도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 송풍장치에서 날개부 유니트를 나타내는 사시도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 송풍장치가 속해 있는 보일러의 가동상태를 나타내는 정면도

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 송풍장치가 속해 있는 보일러의 구조를 나타내는 정면도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 상기 보일러의 송풍장치는 연소실의 내부로 공급되는 공기의 속도, 형태 등에 변화를 주어 우드 펠릿 등의 고체연료가 골고루 연소될 수 있도록 함으로써, 고체연료의 완전 연소를 도모할 수 있고, 결국 연소효율을 높일 수 있는 송풍방식으로 이루어진다.

이를 위하여, 내부에 연소실(11)이 조성되어 있는 보일러 본체(10), 우드 펠릿 등과 같은 각종 고체연료가 저장되어 있는 호퍼(12), 고체연료의 이송을 위한 스크류 피더(23) 등이 마련된다.

상기 보일러 본체(10)와 호퍼(12)는 양편에 나란하게 설치되고, 상기 스크류 피더(23)는 호퍼(12)의 토출부분에서부터 상향 경사지게 배치되면서 보일러 본체(10)의 내부에 조성되어 있는 연소실(11)까지 연장되는 구조로 설치된다.

이에 따라, 상기 호퍼(12)에서 공급되는 고체연료는 스크류 피더(23)를 타고 연소실(11)의 내부, 즉 연소실(11)에 있는 연소판(14) 위에 투입되어 연소가 이루어질 수 있게 된다.

그리고, 상기 보일러 본체(10)의 내부에는 연소실(11)의 윗쪽으로 열교환부(24)가 설치되어, 이곳을 흐르는 물 등이 연소열과의 열교환을 통해 뜨겁게 데워질 수 있게 된다.

물론, 도시하지는 않았지만 보일러 본체(10)의 일측에는 고체연료를 태우기 위한 버너장치가 구비될 수 있게 된다.

또한, 상기 보일러 본체(10)의 내부에 조성되는 연소실(11)의 바닥부분에는 사각의 플레이트 형태로 이루어진 연소판(14)이 설치된다.

즉, 상기 연소판(14)은 연소실(11)의 바닥위치에 설치되는 프레임(21)에 놓여져 지지되면서 연소실(11)의 바닥을 이루게 된다.

이때, 상기 프레임(21)은 이단 구조로 이루어지고, 상단에는 연소판(14)이, 하단에는 후술하는 날개부 유니트(16)가 각각 놓여져 지지될 수 있게 되며, 공기의 흐름에 영향을 주지 않는, 즉 저면과 측면이 개방되어 있는 틀 모양을 이루게 된다.

그리고, 상기 연소판(14)에는 연소실(11)의 내부로 공급되는 공기의 통로 역할을 하는 다수의 홀(19)이 형성되어, 연소판(14) 위에서 연소되는 고체연료에 공기를 제공할 수 있게 된다.

특히, 상기 연소판(14)에 형성되는 홀(19)은 연소실(11)측으로 보다 효과적으로 공기가 들어갈 수 있도록 해주는 형상을 갖는다.

이를 위하여, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 홀(19)은 연소판(14)의 전체 면적에 걸쳐 고르게 분포되는 형태로 형성되며, 특히 이때의 홀(19)은 아래에서 위로 갈수록 좁아지는 형상, 예를 들면 아래쪽 직경에 비해 상대적으로 윗쪽 직경이 좁은 형상으로 이루어질 수 있게 된다.

일 예로서, 연소판(14)의 저면에서 대략 8～12mm 정도의 직경, 바람직하게는 10mm 정도의 직경을 가지면서 이곳에서부터 소정의 높이까지 점차 축소되는 직경을 가지는 테이퍼형의 홀이 형성되고, 상기 테이퍼형 홀의 끝에서부터 연소판(14)의 상면까지 직선으로 연장되다가 연소판(14)의 상면에서 대략 3～7mm 정도의 직경, 바람직하게는 5mm 정도의 직경을 가지는 직선형의 홀이 형성된다.

이렇게 연소판(14)에 형성되는 홀(19)이 아래에서 위로 갈수록 좁아지는 형상으로 이루어짐으로써, 홀(19)의 아래쪽 구간과 윗쪽 구간 간에 압력차이가 발생하게 되고, 결국 홀(19)의 윗쪽을 빠져나가 연소판(14) 위의 고체연료에 가해지는 공기의 분사 속도가 높아지면서 연소가 잘 이루어질 수 있게 된다.

그리고, 상기 연소판(14)의 저면은 다수의 요홈부(20)로 구획되어 있어서, 공기가 연소판(14)의 전체 면적에 걸쳐 균형있게 분배되면서 홀(19)을 통해 연소실(11)측으로 공급될 수 있게 된다.

도 2는 이러한 요홈부(20)를 보여주기 위해 연소판(14)을 뒤집어 도시한 것으로서, 여기서 볼 수 있듯이 상기 요홈부(20)는 사각형의 홈 형태를 취하면서 연소판(14)의 전체 면적에 걸쳐 가로 및 세로로 정렬되어 배치되는 구조를 이루게 된다.

이에 따라, 상기 연소판(14)의 저면쪽으로 불어오는 공기는 각각의 요홈부(20)에 의해 분배되어 각 요홈부(20) 내에 모여 있는 홀(19)을 통해 연소실(11)측으로 골고루 보내질 수 있게 된다.

즉, 연소판(14)의 전체 면적을 통해 고르게 공기가 유입되면서 연소판(14) 위에 쌓여 있는 고체연료가 어느 한쪽으로 치우치지 않고 고르게 탈 수 있게 된다.

실질적으로 공기를 만들어 공급하는 수단으로 송풍팬(13)이 마련되고, 상기 송풍팬(13)에서 불어오는 공기를 모아서 연소판(14)측으로 집중시키기 위한 수단으로 사각의 박스 형태의 공기실(15)이 마련된다.

상기 송풍팬(13)은 보일러 본체(10)의 외부 일측에 설치되고, 상기 공기실(15)은 연소실(11)의 하부, 예를 들면 연소판(14)의 아래쪽 공간을 둘러싸는 구조로 설치되며, 이때의 송풍팬(13)과 연소판(14) 사이에는 송풍덕트(22)가 연결 설치된다.

이에 따라, 상기 송풍팬(13)의 가동에 의해 만들어진 공기(바람)는 송풍덕트(22)를 통해 공기실(15)의 옆쪽으로 공급되고, 이렇게 공기실(15)의 내부로 유입된 공기는 공기실(15)의 윗쪽과 접해 있는 연소판(14)의 각 홀(19)을 거쳐 연소실(11)의 내부로 들어갈 수 있게 된다.

특히, 상기 공기실(15)의 내부에는 연소실(11)측으로 공급되는 공기를 회오리바람의 형태로 만들어주는 날개부 유니트(16)가 설치된다.

이러한 날개부 유니트(16)는 연소실(11)로 들어가는 공기의 길목, 예를 들면 연소판(14)의 저부에 설치되며, 다수의 날개(17)를 이용하여 송풍팬(13)에서 불어오는 바람을 공기실(15)에서 회오리치게 함으로써, 연소판(14)에 있는 고체연료를 골고루 연소시킬 수 있도록 도와주는 역할을 하게 된다.

이를 위하여, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 날개부 유니트(16)는 다수의 날개(17), 이것을 지지하기 위한 날개 지지대(18) 등을 포함하며, 이때의 날개(17)들은 공기실(12)의 내부에 위치되는 동시에 연소판(14)의 저면을 바라보면서 나란하게 수평 설치된다.

즉, 상기 날개 지지대(18)는 공기실(15)에 속해 있는 프레임(21)에 양단 지지되는 구조로 설치되고, 상기 다수의 날개(17)는 지지대(18)상에서 길이방향을 따라 일정간격을 유지하면서 일렬로 나란하게 설치된다.

이때, 상기 날개(17)는 축(25)을 통해 지지되는 바람개비 형태로 이루어질 수 있게 되고, 송풍팬(13)으로부터 불어오는 공기의 흐름에 의해 축(25)을 중심으로 하여 자체적으로 자유롭게 회전할 수 있게 된다. 이때, 축(25)과 날개(17)의 연결부에는 날개의 회전을 용이하게 하기 위해 베어링(미도시)이 끼워질 수 있다.

그리고, 일렬로 나란하게 설치되어 있는 다수의 날개(17)를 가지는 하나의 날개 지지대(18)는 다수 개가 구비되며, 이렇게 다수의 날개(17)를 갖는 일렬의 날개 지지대(18)는 연소판(14)의 전체 면적을 커버할 수 있는 다수의 열로 배치된다.

즉, 연소판(14)의 저부에는 다수의 날개(17)를 가지는 여러 줄의 날개 지지대(18)가 수평자세에서 일정 간격을 두고 나란하게 설치된다.

이에 따라, 연소실(11)로 들어가는 공기의 길목에 다수의 날개(17)를 배치하고, 바람의 흐름에 의해 날개(17)들이 자유롭게 회전하면서 바람을 회오리치게 만들어주고, 이때의 불꽃 또한 휘돌아 감기면서 고체연료를 태워주게 됨으로써, 보다 강력해지고, 또 넓게 확산되어진 바람이 연소실(11)측으로 제공될 수 있게 되고, 결국 단순하게 공기를 공급하는 것이 아니라, 충분한 공기가 보다 효과적으로 연소실(11)측에 공급되어 우드 펠릿 등의 고체연료를 완전히 연소시킬 수 있게 된다.

따라서, 이와 같이 구성되는 송풍장치의 작동상태를 살펴보면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 송풍장치가 속해 있는 보일러의 가동상태를 나타내는 정면도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 먼저 스크류 피더(23)의 작동으로 호퍼(12)에 담겨져 있던 우드 펠릿 등과 같은 고체연료가 이송되어 연소실(11)의 연소판(14) 위로 공급된다.

다음, 일정량의 고체연료가 연소판(14)에 쌓이게 되면 버너(미도시)를 점화시킴과 더불어 송풍팬(13)을 가동시키게 된다.

이에 따라, 외부의 공기가 송풍덕트(22)→공기실(15)→연소판(14)에 있는 홀(19)을 통해 연소실(11)의 내부로 공급되어 고체연료가 연소되기 시작한다.

이렇게 고체연료가 연소됨에 따라 발생된 연소열에 의해 열교환부(24)의 내부를 흐르는 물 등이 가열되고, 이를 난방 또는 온수로 사용할 수 있게 된다.

이때, 공기실 내부로 들어온 바람의 힘에 의해 날개부 유니트(16)의 날개(17)들이 회전을 하게 되고, 이에 따라 연소실(11)측으로 공급되는 공기는 회오리바람의 형태를 띄면서 들어가게 되는 한편, 이와 함께 연소판(14)의 홀(19)을 통과하면서 그 좁아지는 직경으로 인해 속도가 빨라지면서 들어가게 되므로, 고체연료를 골고루 완전하게 연소시킬 수 있고, 결국 연소효율을 극대화할 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명에서는 연소실로 공급되는 공기를 회오리바람 형태로 만드는 동시에 분사 속도를 높여 공급할 수 있는 새로운 송풍방식을 구현함으로서, 우드 펠릿 등과 같은 고체연료의 완전 연소를 도모할 수 있고, 따라서 연소효율의 향상에 따른 보일러 열효율을 높일 수 있는 이점이 있다.

10 : 보일러 본체 11 : 연소실
12 : 호퍼 13 : 송풍팬
14 : 연소판 15 : 공기실
16 : 날개부 유니트 17 : 날개
18 : 날개 지지대 19 : 홀
20 : 요홈부 21 : 프레임
22 : 송풍덕트 23 : 스크류 피더
24 : 열교환부 25 : 축

Claims (6)

1. 고체연료를 사용하는 보일러에 있어서,
   보일러 본체(10)의 외부에 설치되어 연소실(11)에 공기를 공급하는 송풍팬(13);
   상기 보일러 본체(10)의 내부에 조성되는 연소실(11)의 하부에 설치되어 송풍팬(13)에서 제공되는 공기를 윗쪽의 연소판(14)을 통해 연소실(11)측으로 불어주는 역할의 공기실(15);
   상기 공기실(15)의 내부에 회전가능한 구조로 설치되는 다수의 날개를 이용하여 연소실(11)측으로 공급되는 공기를 회오리바람의 형태로 만들어주는 날개부 유니트(16); 를 포함하되,
   상기 날개부 유니트(16)는 공기실(15의 내부에서 연소판(14)의 저면을 바라보면서 나란하게 수평 설치되는 다수의 날개(17)를 포함하고, 상기 날개(17)는 바람개비 형태로 이루어져 송풍팬(13)으로부터 불어오는 공기의 흐름에 의해 자유롭게 회전할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 보일러의 송풍장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서, 상기 날개부 유니트(16)의 날개(17)는 하나의 날개 지지대(18)상에서 일정간격을 두고 일렬로 나란하게 설치되는 다수 개로 이루어지고, 다수의 날개(17)를 갖는 일렬의 날개 지지대(18)는 연소판(14)의 전체 면적을 커버할 수 있는 다수의 열로 배치되는 것을 특징으로 하는 보일러의 송풍장치.
   
5. 청구항 1에 있어서, 상기 연소실(11의 바닥을 구성하는 연소판(14)은 다수의 홀(19)을 포함하며, 이때의 홀(19)은 아래에서 위로 갈수록 좁아지는 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 보일러의 송풍장치.
   
6. 청구항 1 또는 청구항 5에 있어서, 상기 연소판(14)의 저면은 연소실(11로 공급되는 공기의 고른 분배를 위하여 다수의 요홈부(20)로 구획되어 있는 것을 특징으로 하는 보일러의 송풍장치.

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