KR101199299B1 - 우드 펠렛 보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 4 순환 구조를 갖는 우드 펠렛 보일러에 관한 것으로, 다수의 수관이 밀집하여 구성된 외벽을 포함하고, 내부에서 고체연료를 연소시켜 상기 수관을 통하는 물을 데우고 1차 연소가스를 생성하는 하부 연소실, 상기 하부 연소실의 상부에 밀착 설치되고, 상기 하부 연소실의 외벽을 통하여 전달받은 열에 의하여 상기 하부 연소실에서 유입된 상기 1차 연소가스를 재연소시키기 위한 노통 및 상기 노통에서 배출되는 배기가스를 순환시켜 외부의 연실로 배출시키기 위한 다수의 연관이 설치된 상부 연소실, 상기 하부 연소실에 상기 고체연료를 공급하기 위한 연료공급장치, 및 상기 하부 연소실의 입구 측에 배치되어 상기 공급된 고체연료를 점화시키기 위한 버너를 포함하고, 상기 하부 연소실은 상기 수관 사이에 다수의 공기노즐을 포함하고, 상기 공기노즐을 통하여 상기 하부 연소실로 공기를 불어 넣어 상기 고체연료의 연소를 돕는다. 따라서 1차 연소과정을 수행하는 하부 연소실을 포함하여 연소과정의 총 4 순환에 의하여 완전연소를 달성하고 열량을 극대화할 수 있다.

Description

우드 펠렛 보일러{Wood Pellet Boiler}

본 발명은 우드 펠렛 보일러에 관한 것으로, 특히 수관으로 둘러싸인 하부 연소실을 포함하여 연소가스의 4 순환 구조를 갖는 우드 펠렛 보일러에 관한 것이다.

종래의 우드 펠렛 보일러 중 노통 연관식 온수보일러는 수평으로 눕혀진 원통형의 노통 내부에 우드펠렛 등의 고체연료가 투입되어 1차로 연소하고, 하부에는 고체연료에 공기를 공급하기 위한 공기공급장치가 설치되고, 상부에는 온수저장실이 있어 노통에서 태워진 고체연료에 의하여 데워진 온수를 저장해 두었다가 온수배출구를 통하여 배출된다. 그리고 연소가스는 노통 주위에 배열된 연관을 통과하면서 2차로 연소하여 배기관을 통하여 외부로 배출된다. 이러한 종래의 우드 펠렛 보일러는 노통 내부에서 직접 고체연료를 연소시키고 이 연소열로 노통에 접하는 온수저장실에 저장된 물을 직접 데우는 구조이고, 고체연료가 노통 및 연관을 통하여 연소 과정을 거치는 구조이다. 따라서 연소가스가 불완전 연소하여 외부로 배출될 수 있고, 비교적 효율이 낮아 소형으로만 제작하여 사용되고 있다. 또한, 노통 내부에 쌓인 재나 먼지를 청소하는 것이 불편하고, 노통 내부로의 연료 공급도 수월하지가 않은 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 종래의 노통 연관식 보일러의 하부에 다수의 수관으로 외벽이 형성된 하부 연소실을 포함하는 우드 펠렛 보일러를 제공하여, 종래의 노통 자체에서 연료를 태우는 대신에 별도로 마련된 하부 연소실에서 연료를 태우고 상부의 노통으로 연소가스를 전달하는 구조를 제공하여, 4 순환 구조의 연소가스 흐름을 이루어 효율을 높이고 보일러의 유지관리를 용이하게 하기 위한 것이다.

기타 본 발명의 다른 목적은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 본 발명의 상세한 설명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 우드 펠렛 보일러는 다수의 수관이 밀집하여 구성된 외벽을 포함하고, 내부에서 고체연료를 연소시켜 상기 수관을 통하는 물을 데우고 1차 연소가스를 생성하는 하부 연소실, 상기 하부 연소실의 상부에 밀착 설치되고, 상기 하부 연소실의 외벽을 통하여 전달받은 열에 의하여 상기 하부 연소실에서 유입된 상기 1차 연소가스를 재연소시키기 위한 노통 및 상기 노통에서 배출되는 배기가스를 순환시켜 외부의 연실로 배출시키기 위한 다수의 연관이 설치된 상부 연소실, 상기 하부 연소실에 상기 고체연료를 공급하기 위한 연료공급장치, 및 상기 하부 연소실의 입구 측에 배치되어 상기 공급된 고체연료를 점화시키기 위한 버너를 포함하고, 상기 하부 연소실은 상기 수관 사이에 다수의 공기노즐을 포함하고, 상기 공기노즐을 통하여 상기 하부 연소실로 공기를 불어 넣어 상기 고체연료의 연소를 돕는다.

또한, 상기 하부 연소실의 상기 수관은 상기 하부 연소실의 길이방향의 주관과 상기 주관 사이를 수직으로 관통 연결하는 다수의 세관으로 구성될 수 있다.

본 발명의 우드 펠렛 보일러는 상기 하부 연소실의 입구 전방에 배치되어 상기 버너에 의하여 점화된 고체연료를 밀어 상기 하부 연소실의 안쪽으로 이동시키기 위한 연료이동부재를 더 포함할 수 있고, 상기 연료공급장치는 연료공급용기 및 상기 연료공급용기의 하부에 설치되어 상기 연료공급용기로부터 투하된 상기 고체연료를 상기 하부 연소실로 이송하기 위한 연료이송장치를 포함할 수 있다.

본 발명의 우드 펠렛 보일러는 상기 연료이송장치에서 투척한 고체연료를 상기 연료이동부재의 전단으로 자동으로 안착시키기 위한 경사면을 더 포함하고, 상기 연료이동부재를 상기 하부 연소실 내에서 왕복 운동하도록 하는 유압실린더를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 연관은 상기 노통에 직접 연결되어 상기 노통에서 배출되는 배기가스를 순환시키는 하부 연관 및 상기 하부 연관의 상부에서 배기가스를 반대방향으로 순환시켜 상기 외부의 연실로 배출시키는 상부 연관을 포함할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 우두 펠렛 보일러에 의하면, 우두 펠렛 기타 우두 브래치, 원목, 또는 왕거 탄을 이용하여 연소실 내부에서의 체류 시간을 조절할 수 있다. 또한, 소각로의 1차 급탕기, 즉 하부 연소실에서 효율을 향상시켜 2차 보일러, 즉 상부 연소실로 전달하는 방식으로 작은 연소실에서 두 배 이상의 효율을 발생시킬 수 있다. 종래의 경유 등을 이용하는 염색 공장 등의 스팀 보일러를 대체하여 연료 소모를 줄이고 친환경적이고 경제적인 보일러를 제공할 수 있다. 농촌의 수경재배 및 유리 온실의 난방용으로 공급하여 친환경적으로 생산성을 향상시킬 수 있다.

또한, 종래의 스팀 보일러 및 온수용 노통 연관식 보일러에 1차 연소과정을 수행하는 하부 연소실을 포함하여 연소가스의 흐름이 총 4회의 순환이 이루어지는 연소실을 형성하여 완전연소를 달성하고 열량을 극대화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 우드 펠렛 보일러의 전체 구성을 보여주는 구성도;
도 2는 본 발명의 우드 펠렛 보일러의 하부 연소실의 바닥 구성을 보여주는 평면도;
도 3은 하부 연소실의 전체 구성을 보여주는 사시도;
도 4는 도 1의 하부 연소실의 입구에 설치된 연료이동부재를 보여주는 사시도; 및
도 5는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 우드 펠렛 보일러의 동작을 설명하기 위한 가스 흐름도이다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 우드 펠렛 보일러의 전체 구성을 보여주는 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 우드 펠렛 보일러는 하부 연소실(100), 상부 연소실(50), 연료공급장치(200), 및 버너(300)를 포함한다.

상기 하부 연소실(100)은 다수의 수관(110)이 밀집하여 구성된 외벽을 포함하고, 내부에서 고체연료를 연소시켜 상기 수관(110)을 통하는 물을 데우고 1차 연소가스를 생성한다. 본 발명에서 사용하는 고체연료로 다양한 연료가 사용될 수 있으나, 바람직하게는, 다양한 크기로 제작된 우드 펠렛(wood pellet) 또는 목재를 이용할 수 있을 것이다. 우드 펠렛은 톱밥을 압축하여 작은 알갱이 또는 블록 형태로 가공한 연료로 지구온난화를 유발시키는 이산화탄소를 발생시키지 않고, 산성비의 주원인인 황산화물을 발생시키지 않는 친환경적 연료이다. 수관(110)을 통과하면서 데워진 물, 즉 난방수는 난방수 순환 펌프(도시되지 않음)에 의하여 강제로 순환하게 된다. 하부 연소실(100)의 외벽은 좌우 측면, 상면 및 하면(바닥)으로 구성되고 각 면에 다수의 수관(110)이 빽빽이 밀집하여 외벽을 구성한다.

상기 상부 연소실(50)은 상기 하부 연소실(100)의 상부에 밀착 설치되고, 상기 하부 연소실(100)의 외벽을 통하여 전달받은 열에 의하여 상기 하부 연소실(100)에서 유입된 상기 1차 연소가스를 재연소시키기 위한 노통(55) 및 상기 노통(55)에서 배출되는 배기가스를 순환시켜 외부의 연실(58)로 배출시키기 위한 다수의 연관이 설치된다. 연관은 노통(55)의 좌우에 날개 형태로 부착되어 노통(55)으로부터 전달되는 열에 의하여 그 내부를 통과하는 가스를 재차 연소시킨다.

상기 연료공급장치(200)는 하부 연소실(100)에 고체연료를 투입하기 위한 장치이다. 본 발명에서 연료공급장치(200)는 종래의 장치보다 더 큰 크기의 고체연료도 투입할 수 있도록 특별한 구조를 갖는다. 자세한 사항은 도 1 및 도 4를 참조하여 후술한다.

상기 버너(300)는 상기 하부 연소실(100)의 입구 측에 배치되어 하부 연소실(100) 내부로 투입된 고체연료를 점화시킨다. 버너(300)는 소량의 기름을 연소시켜 생성되는 화염에 의하여 고체연료를 점화시키는데, 고체연료가 점화되어 발화되면 지속적으로 연소가 되면서 열을 발생시킨다. 발화가 어떤 이유로 멈추는 경우 다시 고체연료가 점화될 때까지 버너(300)에 의하여 화염을 발생시켜 하부 연소실(100) 내부를 가열할 수 있다.

상기 하부 연소실(100)은 상기 수관(110) 사이에 다수의 공기노즐(132)을 포함하고, 상기 공기노즐(132)을 통하여 상기 하부 연소실(100) 내부에 공기를 불어 넣어 고체연료의 1차 연소를 돕는다. 공기노즐(132)은 하부 연소실(100)의 외벽을 구성하는 수관(110)에 인접하여 배치된 공기 수송관(도시되지 않음)을 통하여 송풍팬(도시되지 않음)에 연결될 수 있고, 송풍팬에 의하여 가압된 공기를 하부 연소실(100) 내로 불어 넣는다. 공기노즐(132)에서 뿜어져 나오는 공기는 발화된 고체연료가 타고 남은 재나 찌꺼기를 외부로 배출하기 위해서도 이용될 수 있다. 이때 재나 찌꺼기는 보일러의 압력감지 센서가 감지한 압력에 따라 바람의 세기가 자동으로 조절되는 송풍팬에 의하여 외부로 배출되도록 구성할 수 있다. 공기 수송관은 수관(110)으로 형성된 외벽의 바깥의 일정 영역에 형성되어 송풍팬에 의하여 공기 수송관에 유입된 공기를 공기노즐(132)을 통하여 하부 연소실(100) 내부로 불어 넣게 된다.

도 2는 본 발명의 우드 펠렛 보일러의 하부 연소실의 바닥 구성을 보여주는 평면도이고, 도 3은 하부 연소실의 전체 구성을 보여주는 사시도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 하부 연소실(100)은 다수의 수관(110)으로 구성된다. 또한, 수관(110) 사이를 연결하여 물의 흐름을 인도하는 주관(120)을 포함할 수 있다. 수관(110)과 수관(110) 사이에 다수의 공기노즐(132)을 포함하여 연소실 내부로 연소에 필요한 공기를 불어 넣고, 연소에서 발생하는 재나 먼지를 외부로 배출할 수 있도록 한다. 공기노즐(132)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 판형 부재(135)에 형성된 하나 이상의 관으로 이루어질 수 있다. 도 2에서, 하부 연소실(100) 입구 부근에 배치된 버너(300)는 연소실 내부로 화염을 제공하여 고체연료를 점화시킨다.

도시된 바와 같이, 하부 연소실(100)의 수관(110) 사이에 배치된 공기노즐(132)에서 뿜어져 나오는 공기는 하부 연소실(100)의 외벽의 상하 좌우 면으로부터 중심 방향으로 고르게 분사되어 하부 연소실(100)의 하면 상에 길게 퍼져 있는 고체연료의 연소를 돕는다. 따라서 더 효율적으로 연료를 연소시킬 수 있다.

또한, 도 1을 다시 참조하면, 본 발명의 우드 펠렛 보일러는 하부 연소실(100)에 연료를 효과적으로 투입하기 위한 연료공급장치(200)를 포함한다. 연료공급장치(200)는 먼저 연료공급용기(210), 및 연료이송장치(220)를 포함한다.

상기 연료공급용기(210)는 상부에서 투하된 고체연료 또는 승강장치(240)에 의하여 바닥에서 들여 올려진 고체연료를 수용하여 보일러로 공급하기 위한 깔때기 모양의 용기이다. 승강장치(240)에 의하여 올려진 연료는 자동으로 연료공급용기(210)로 투하되어 연료이송장치(220)로 전달된다.

상기 연료이송장치(220)는 연료공급용기(210)의 고체연료를 차례로 보일러 입구 측으로 수평 이동시킨다. 보일러 입구 측에 도달한 고체연료는 보일러 입구로 투하되어, 도 4에 도시된 바의, 연료이동부재(350)에 의하여 하부 연소실(100) 내부로 이동한다. 즉, 보일러 입구 측에 도달한 고체연료는 우선 버너(300)에 의하여 점화되고, 점화된 고체연료는 하부 연소실의 입구 전방에 배치된 연료이동부재(350)에 의하여 하부 연소실(100)의 안쪽으로 서서히 밀려 들어간다. 연료이동부재(350)는 유압실린더(500)에 연결되어 자동으로 전후 왕복 운동을 하고, 이러한 왕복 운동에 의하여 고체연료를 계속하여 안쪽으로 이동시킨다.

바람직하게는, 본 발명의 우드 펠렛 보일러는 연료이송장치(220)의 말단에서 투하하는 고체연료를 연료이동부재(350)의 전단으로 자동으로 안착시키기 위한 경사면을 더 포함할 수 있다. 따라서 경사면으로 투하된 고체연료가 투하에 의한 충격으로 연료이동부재(350)의 전단으로 튕겨 쌓이게 되고, 경사면의 하단에 배치된 연료이동부재(350)는 이렇게 쌓인 고체연료를 하부 연소실(100) 안쪽으로 계속하여 밀어 넣어 하부 연소실(100)에 연료를 퍼뜨려 골고루 연소하도록 할 수 있다.

또한, 상기 연관은 상기 노통에 직접 연결되어 상기 노통에서 배출되는 배기가스를 순환시키는 하부 연관 및 상기 하부 연관의 상부에서 배기가스를 반대방향으로 순환시켜 상기 외부의 연실로 배출시키는 상부 연관을 포함할 수 있다. 연관의 구성을 반대 방향의 두 방향으로 순환시킴으로써 배기가스를 더욱 완전연소에 가깝게 연소시킬 수 있다.

도 5는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 우드 펠렛 보일러의 동작을 설명하기 위한 가스 흐름도이다. 도 5를 참조하면 설명하면, 연료공급장치(200)에서 하부 연소실(100)의 연료투입구(135)를 통하여 투하된 고체연료(10)는 경사면(400)으로 떨어져 하부 연소실(100) 내부로 투입된다. 고체연료(10)는 버너(300)에 의하여 점화되고 연료이동부재(350)에 의하여 보일러 안쪽으로 들어간다. 하부 연소실(100) 내부에서 고체연료(10)의 연소에 의하여 발생하는 열은 하부 연소실(100)을 외벽을 구성하는 수관(110)을 통하여 흐르는 물을 데우고, 그 연소가스(이하에서, '1차 연소가스'라 함)는 하부 연소실(100)의 후단의 위쪽에 형성된 통로(41)를 통하여 상부 연소실(50)의 노통(55)으로 유입된다.

다음에, 1차 연소가스는 노통(55)을 경유하여 진행하면서 하부 연소실(100)로부터 전도되는 열에 의하여 재차 연소가 이루어지고, 재차 연소가 된 가스는 노통(55)의 말단부에 형성된 구멍(43)을 통하여 빠져나와 상기 노통(55) 주위의 상부 연소실의 하단에 배치된 다수의 하부 연관(57)을 경유하여 흐르게 된다.

그리고, 하부 연관(57)을 경유하면서 다시 연소가 된 연소가스는 하부 연관(57)의 말단(45)에서 연통하는 상부 연관의 입구(47)로 유입하여 상부 연관을 통하여 흐르면서 또다시 연소가 되어 최종적으로 연통(58)으로 배출된다.

이와 같이, 본 발명의 우드 펠렛 보일러의 연소실 구조에 의하면, 연소가스의 흐름이, 도면을 기준으로 하부 연소실(100)에서의 오른쪽 방향의 순환, 상부 연소실(50)의 노통(55)에서의 왼쪽 방향의 순환, 하부 연관(57)에서의 오른쪽 방향의 순환, 및 상부 연관에서의 왼쪽 방향의 순환으로, 총 4회에 걸쳐 순환하기 때문에 종래의 보일러 구조에 비하여 고체연료의 완전연소를 가능하게 하여 고효율의 보일러를 제공할 수 있다.

기타 본 발명의 우두 펠렛 보일러는 난방수의 온도를 감지하는 난방수 온도감지센서, 난방온도를 감지하는 난방온도감지센서를 포함할 수 있다. 또한, 사용자 조작 환경으로서, 사용자가 원하는 난방수 온도를 설정할 수 있는 온도조절스위치, 사용자가 원하는 난방온도를 설정하기 위한 난방온도 설정스위치를 포함할 수 있다.

그리고 타이머와 인버터 자동제어장치를 더 포함할 수 있는데, 상기 타이머는 연료의 연소시간을 설정하여 두었을 때에 연료의 실제 연소시간이 설정된 연소시간에 도달하였는지를 판단하여 연료가 충분히 연소 되었을 때에 송풍팬의 작동을 중지시킬 수 있다.

상기 인버터 자동제어장치는 난방수 순환펌프의 작동이 정지되고 예정된 시간이 경과했을 때에 연료의 연소를 중지하고 가열되어 난방수 순환펌프에 의하여 배관으로 순환되는 난방수의 실제온도와 사용자가 설정하여 두었던 난방수의 설정온도를 비교하고 또한 사용자가 원하는 난방온도를 설정하여 두었을 때에는 실제의 난방온도와 설정된 난방온도를 비교하여, 배관으로 순환되는 난방수의 실제온도가 난방수의 설정온도보다 낮고 그 온도차이가 예정된 편차값을 초과하며 또한 실제의 난방온도가 설정된 배관 내의 온도보다 낮고 그 온도차이가 예정된 편차값을 초과할 때에 난방수 순화펌프의 작동을 정지시키고, 사용자가 원하는 연료의 연소시간을 설정하여 두었을 대에는 설정된 연소시간이 경고한 후에 배관 내로 순화되는 난방수의 실제온도가 설정된 난방수 온도보다 낮고 그 온도차이가 예정된 편차값을 초과할 때에 난방수 순환펌프의 작동을 정지시키고, 연료가 충분히 연소 되었을 때 송풍팬의 작동을 중지시키도록 작동된다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어나지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형실시가 가능하다. 또한, 첨부된 도면으로부터 용이하게 유추할 수 있는 사항은 상세한 설명에 기재되어 있지 않더라도 본 발명의 내용에 포함되는 것으로 보아야 할 것이며, 다양한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

50: 상부 연소실 55: 노통
58: 연실
100: 하부 연소실 110: 수관
120: 주관 130: 공기노즐 부재
200: 연료공급장치 210: 연료공급용기
220: 연료이송장치
300: 버너 350: 연료이동부재
400: 경사면 500: 유압실린더

Claims (5)

1. 다수의 수관이 밀집하여 구성된 외벽을 포함하고, 내부에서 고체연료를 연소시켜 상기 수관을 통하는 물을 데우고 1차 연소가스를 생성하는 하부 연소실;
   상기 하부 연소실의 상부에 밀착 설치되고, 상기 하부 연소실의 외벽을 통하여 전달받은 열에 의하여 상기 하부 연소실에서 유입된 상기 1차 연소가스를 재연소시키기 위한 노통 및 상기 노통에서 배출되는 배기가스를 순환시켜 외부의 연실로 배출시키기 위한 다수의 연관이 설치된 상부 연소실;
   상기 하부 연소실에 상기 고체연료를 공급하기 위한 연료공급장치; 및
   상기 하부 연소실의 입구 측에 배치되어 상기 공급된 고체연료를 점화시키기 위한 버너;
   를 포함하고,
   상기 하부 연소실은 상기 수관 사이에 다수의 공기노즐을 포함하고, 상기 공기노즐을 통하여 상기 하부 연소실로 공기를 불어넣어 상기 고체연료의 연소를 돕는 것을 특징으로 하는 우드 펠렛 보일러.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 수관 사이를 수직으로 연결하여 상기 수관을 통하여 데워진 온수의 흐름을 인도하는 하나 이상의 주관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 우드 펠렛 보일러.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 하부 연소실의 입구 전방에 배치되어 상기 버너에 의하여 점화된 고체연료를 밀어 상기 하부 연소실의 안쪽으로 이동시키기 위한 연료이동부재를 더 포함하고, 상기 연료공급장치는 연료공급용기 및 상기 연료공급용기의 하부에 설치되어 상기 연료공급용기로부터 투하된 상기 고체연료를 상기 하부 연소실로 이송하기 위한 연료이송장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 우드 펠렛 보일러.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 연료이송장치에서 투척한 고체연료를 상기 연료이동부재의 전단으로 자동으로 안착시키기 위한 경사면을 더 포함하고, 상기 연료이동부재를 상기 하부 연소실 내에서 왕복 운동하도록 하는 유압실린더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 우드 펠렛 보일러.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 연관은 상기 노통에 직접 연결되어 상기 노통에서 배출되는 배기가스를 순환시키는 하부 연관 및 상기 하부 연관의 상부에서 배기가스를 반대방향으로 순환시켜 상기 외부의 연실로 배출시키는 상부 연관을 포함하는 것을 특징으로 하는 우드 펠렛 보일러.

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