KR101220200B1 - 고체연료 연소장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고체연료의 연소 시 발생되는 재 또는 슬래그를 자동으로 배출시켜서 연소효율을 제고시킬 수 있는 고체연료 연소장치에 관한 것이다.
이러한 본 발명은, 고체연료를 연소시키는 연소장치에 있어서, 상기 고체연료가 쌓이도록 복수의 배출공이 바닥판에 형성된 화덕을 갖는 연소챔버, 상기 화덕 내의 고체연료를 발화시키도록 가스를 공급하여 점화시키는 점화유닛, 상기 점화유닛에 의해 점화된 고체연료를 연소시키도록 화덕의 내부로 공기를 송풍시키는 송풍유닛, 상기 화덕 내의 연소로 바닥판 상에 쌓인 슬래그 및 재를 쓸어서 배출공으로 배출시키는 배출유닛을 포함한다.

Description

고체연료 연소장치{COMBUSTION APPARATUS FOR SOLID FUEL}

본 발명은 고체연료를 연소시키는 연소장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고체연료의 연소 시 발생되는 재 또는 슬래그를 자동으로 배출시켜서 연소효율을 제고시킬 수 있는 고체연료 연소장치에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 고체연료 연소장치는 고체연료를 경제적으로 연소시키기 위한 장치로서, 여기에 사용되는 고체연료(solid fuel)는 펠릿(pellet), 팜연료, 왕겨, 우드칩 등의 고체로 형성된 연료를 포함한다.

이러한 고체연료 연소장치는 액체연료나 기체연료와는 다르게 연소한 뒤에 가루모양의 재(ashes)가 발생된다. 즉, 연소장치 내에서 고체연료는 대략 700~800℃에서 연소된 뒤 재로 남는 것이다.

특히, 재의 함량이 많은 고체연료를 사용할 경우, 건류 가스(dry distillation) 빨리 상승하지 못하여 고체연료와 재 사이에 머무르면서 1,000℃ 이상의 분위기 온도를 유지하는데, 이같이 높은 분위기 온도에서는 재의 소결(燒結)로 인해 슬래그(slag)가 형성된다.

따라서 종래의 고체연료 연소장치는 상술한 바와 같이 발생된 슬래그를 연소실 밖으로 배출시키지 않으면 불완전 연소가 발생되며 더 나아가서는 연소의 중단으로 이어지는 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 고체연료의 연소 시 발생된 재 또는 슬래그를 자동으로 배출시켜서 연소효율을 제고시킬 수 있는 고체연료 연소장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 고체연료를 연소시키는 연소장치에 있어서, 상기 고체연료가 쌓이도록 복수의 배출공이 바닥판에 형성된 화덕을 갖는 연소챔버, 상기 화덕 내의 고체연료를 발화시키도록 가스를 공급하여 점화시키는 점화유닛, 상기 점화유닛에 의해 점화된 고체연료를 연소시키도록 화덕의 내부로 공기를 송풍시키는 송풍유닛, 상기 화덕 내의 연소로 바닥판 상에 쌓인 슬래그 및 재를 쓸어서 배출공으로 배출시키는 배출유닛을 포함하는 것이다.

본 발명의 상기 배출유닛은, 상기 화덕에 회전가능하게 설치된 수직회전축에 방사상으로 연결되어 바닥판의 상부에 배치되는 복수의 회전블레이드, 어느 하나 이상의 상기 회전블레이드의 저면에 구비되어 소결된 슬래그를 분쇄하는 분쇄날 어셈블리, 상기 분쇄날 어셈블리로 분쇄된 슬래그가루 및 연소된 재를 쓸어서 배출공으로 배출시키도록 다른 하나 이상의 상기 회전블레이드에 구비된 배출브러시, 상기 회전블레이드를 회전시키도록 수직회전축을 구동시키는 구동수단을 포함한다.

여기서, 상기 구동수단은, 상기 수직회전축에 연결된 종동베벨기어, 상기 종동베벨기어에 맞물리도록 구동베벨기어가 연결된 구동축, 상기 구동축을 구동시키도록 연결된 구동모터를 포함한다.

그리고 상기 회전블레이드에는 송풍유닛에서 송풍된 공기를 고체연료로 토출시키도록 복수의 토출공이 천공된다.

본 발명의 상기 송풍유닛은, 상기 화덕 내의 고체연료로 공기를 공급하도록 연결된 송풍덕트, 상기 송풍덕트로 공기를 송풍시키는 송풍기로 구성된다.

이러한 송풍유닛은, 상기 화덕의 측벽에 천공되어 고체연료로 공기를 공급하는 복수의 공기공급공을 더 포함하되, 상기 송풍덕트는 상기 공기공급공에 연결된다.

그리고 송풍유닛은, 상기 수직회전축이 삽입되어 공기를 화덕 내의 고체연료로 공급하는 공기공급관, 상기 공기공급관의 일측에 연결되어 상기 송풍기에서 분기된 공기를 송풍시키는 분기송풍관을 더 포함한다.

본 발명의 상기 점화유닛은, 상기 화덕의 내부로 가스를 분사하는 가스노즐, 상기 가스노즐로 가스를 공급하는 가스탱크, 상기 가스노즐에서 분사되는 가스를 점화시키는 점화기를 포함한다.

한편, 본 발명은 상기 고체연료를 화덕으로 공급하는 연료공급유닛을 더 포함하는데, 이러한 연료공급유닛은, 저장된 고체연료를 배출하는 호퍼, 상기 호퍼에서 배출된 고체연료를 화덕으로 공급하는 연료공급관, 상기 연료공급관으로 투입된 고체연료의 공급량을 조절하도록 회전되는 오거스크루, 오거스크루를 구동시키는 스크류모터를 포함한다.

상술한 수단으로 구현된 본 발명에 따르면, 점화유닛에 의해 자동으로 발화된 고체연료가 송풍유닛을 통해 연소되고, 이같이 연소된 뒤에 화덕에 쌓인 슬래그 및 재는 배출유닛에 의해 배출공으로 자동배출됨에 따라 공기의 송풍을 원활히 유도하여 연소효율을 제고시킬 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 전체적인 구성을 나타낸 사시도.
도 2는 도 1의 정단면도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 의한 요부를 나타낸 분해사시도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 의한 화덕과 배출유닛을 포함하는 요부를 확대한 확대도.
도 5은 도 4의 평면도.
도 6 및 도 7는 본 발명의 실시 예에 의한 작동도.
도 8은 본 발명의 실시 예에 의한 사용상태도.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 살펴본다.

본 발명의 고체연료 연소장치는, 고체연료(10)를 공급하는 연료공급유닛(100), 연료공급유닛(100)에서 공급된 고체연료(10)가 쌓이도록 복수의 배출공(212a)이 바닥판(212)에 형성된 화덕(210)을 갖는 연소챔버(200), 화덕(210) 내의 고체연료(10)를 발화시키도록 가스를 공급하여 점화시키는 점화유닛(300), 점화유닛(300)에 의해 점화된 고체연료(10)를 연소시키도록 화덕(210)의 내부로 공기를 송풍시키는 송풍유닛(400), 화덕(210) 내의 연소로 바닥판(212) 상에 쌓인 슬래그 및 재를 쓸어서 배출공(212a)으로 배출시키는 배출유닛(500)으로 구성된다.

연료공급유닛(100)은 화덕(210)으로 고체연료를 공급하는 유닛(unit)으로서, 이러한 연료공급유닛(100)은, 저장된 고체연료를 배출시키는 호퍼(110), 호퍼(110)에서 배출된 고체연료를 화덕(210)으로 공급하는 연료공급관(120), 연료공급관(120)으로 배출된 고체연료(10)의 공급량을 조절하도록 회전되는 오거스크류(130), 오거스크류(130)를 구동시키는 스크류모터(140)로 구성된다.

호퍼(110)의 상부에는 고체연료(10)가 투입되어 저장되고 하부에는 출구(12)가 구비되어 저장된 고체연료(10)를 배출시킨다. 연료공급관(120)은 우측에 형성된 출구(122)가 화덕(210)의 상부에 배치되도록 수평으로 놓여지며, 좌측 상부에는 호퍼(110)의 출구(12)가 연결되어 고체연료(10)가 투입된다. 오거스크류(130)는 연료공급관(120)에 수평으로 내장되어 회전되는데, 이러한 오거스크류(130)의 회전에 따라 연료공급관(120)으로 투입된 고체연료(10)는 공급량이 조절된다. 스크류모터(140)는 오거스크류(130)의 회전축(132)에 연결되어 오거스크류(130)를 회전시키며, 스크류모터(140)에는 컨트롤러(도시생략)가 전기적으로 연결되어 오거스크류(130)의 회전속도를 조절하게 된다.

연소챔버(200)는 고체연료(10)를 실질적으로 연소시키고 연소 뒤에 발생된 재 및 슬래그를 배출시키는 것으로서, 이러한 연소챔버(200)는 연소실(220)을 구획하도록 중앙에 구비된 화덕(210)과 그 하부에 구비된 트레이(230)로 대별되며, 상부에는 연소 시 발생된 열기를 이용하는 보일러나 열풍기 등을 포함하는 열교환기(도 8 참조)가 연결된다.

화덕(210)은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 개방된 상부 방향으로 내경이 넓어지는 측벽(214) 및 바닥판(212)으로 구성된다. 바닥판(212)의 중앙에는 축공(212b)이 천공되고 그 주변에는 복수의 배출공(212a)이 천공되어 재 및 슬래그를 하부로 배출시키는데, 이러한 배출공(212a)은 하부 방향으로 내경이 넓어지게 형성되어 재 및 슬래그의 용이한 배출을 도모한다. 측벽에는 그 둘레 방향을 따라 복수의 공기공급공(214a)이 천공되어 송풍유닛(400)에서 송풍된 공기를 고체연료(10)로 공급한다.

트레이(230)는 화덕(210)의 배출공(212a)에서 배출된 재 및 슬래그를 받치는 것으로서, 이러한 트레이(230)는 연소챔버(200)의 하부에 인출가능하게 설치되어 가득 쌓인 재 및 슬래그를 버리거나 청소할 수 있게 된다. 트레이(230)는 연소챔버(200)의 하부 양측에 형성된 가이드레일(232)을 따라 인출 가능하게 안내되는 것이 바람직하다.

점화유닛(300)은 화덕(210) 내로 가스를 공급하고 불꽃을 점화시켜서 고체연료(10)를 자동으로 발화시키기 위한 유닛으로서, 이러한 점화유닛(300)은 가스노즐(310)과 가스탱크(320) 및 점화기(도시생략)를 포함한다.

가스노즐(310)은 화덕(210)의 측벽(214)으로 관통되어 바닥판(212)을 향해 가스를 분사하고, 가스탱크(320)는 가스관(330)을 통해 가스노즐(310)에 연결되어 가스를 공급하며, 점화기는 가스노즐(310)에 근접되도록 연소실(220)에 내장되어 불을 붙이도록 작동되는데, 이러한 점화기는 점화플러그, 압전소자 등을 이용할 수 있다.

송풍유닛(400)은 화덕(210)의 내부로 공기를 강제 송풍시켜서 점화유닛(300)에 의해 점화된 고체연료(10)를 연소시키기 위한 유닛으로서, 이러한 송풍유닛(400)은 화덕(210) 내의 고체연료(10)로 공기를 공급하는 송풍덕트(410)와 송풍기(430)로 대별된다.

송풍덕트(410)는 도 2에 도시된 바와 같이, 화덕(210)의 바닥판(212) 둘레를 따라 연결된 원통형의 내관(412), 화덕(210)의 측벽(214) 상단 둘레를 따라 연결된 외관(414), 내관(412) 및 외관(414)의 하단부를 연결하여 마감하는 마감판(416)에 의해 형성되며, 이에 따라 화덕(210)의 측벽(214)에 형성된 공기공급공(214a)은 송풍덕트(410)에 연결된다. 이같이 형성된 송풍덕트(410)의 일측에는 연소챔버(200)를 관통하는 송풍관(420)의 일단이 연결되고 송풍관(420)의 타단은 송풍기(430)에 연결되어 송풍기(430)에서 송풍된 공기를 송풍덕트(410)로 이동시킨다.

그리고 송풍유닛(400)은 공기공급관(450) 및 분기송풍관(440)을 더 포함할 수 있는데, 이때 공기공급관(450)은 후술하는 배출유닛(500)의 수직회전축(510)이 삽입되도록 화덕(210)의 바닥판(212)에 결합되고, 분기송풍관(440)은 송풍기(430)에서 분기되어 공기공급관(450)으로 공기를 송풍시키도록 연결된다. 즉, 공기공급관(450)의 내경은 수직회전축(510)의 외경보다 크게 형성되어 수직회전축(510)의 회전 시 간섭되지 않고, 상단부는 화덕(210)의 축공(212b)에 결합되어 고정된다. 또한 분기송풍관(440)의 일단은 공기공급관(450)의 일측에 연결되고 타단은 송풍기(430)의 모관에서 분기된다.

배출유닛(500)은 화덕(210)의 바닥판(212) 상에 쌓인 재 및 슬래그를 쓸어서 배출공(212a)으로 배출시키는 유닛으로서, 이러한 배출유닛(500)은 수직회전축(510), 복수의 회전블레이드(520), 분쇄날 어셈블리(530), 배출브러시(540), 구동수단(550)으로 대별된다.

수직회전축(510)은 화덕(210)의 바닥판(212)에 형성된 축공(212b)에 회전가능하게 결합되어 구동수단(550)에 의해 회전되는데, 이러한 수직회전축(510)은 앞서 언급한 바와 같이 공기공급관(450)의 내부에 내장될 수 있다.

복수의 회전블레이드(520)는 수직회전축(510)의 상부에 방사상으로 연결되어 바닥판(212)의 상부에 배치되는데, 도 5에서는 회전블레이드(520)를 4개로 도시하였으나 그 개수는 필요에 따라 적절히 조절할 수 있음을 분명히 밝혀둔다. 회전블레이드(520)는 도 5에 도시된 바와 같이 회전방향을 따라 완만히 만곡되게 형성되고, 상부에는 그 길이방향을 따라 복수의 토출공(522)이 소정 간격으로 형성되며 내부에는 복수의 토출공(522)을 연결하는 연결공(524)이 수평으로 형성되어 공기공급관(450)에서 공급되는 공기가 연결공(524)을 지나 토출공(522)을 통해 토출된다.

분쇄날 어셈블리(530)는 어느 하나 이상의 회전블레이드(520)의 저면에 구비되는데, 이러한 분쇄날 어셈블리(530)는, 회전블레이드(520)의 길이방향을 따라 소정 간격을 이루면서 배열된 복수의 분쇄날(532), 복수의 분쇄날(532)을 연결하는 연결로드(534)로 구성되며, 이에 따라 분쇄날 어셈블리(530)는 연소 뒤에 화덕(210)의 바닥판(212) 상면에 쌓인 슬래그를 분쇄하게 된다. 분쇄날(532)의 하단은 화덕(210)의 바닥판(2112) 상면에 접촉되지 않으면서 근접되도록 적절한 수직의 길이로 이루어진다. 필요에 따라 분쇄날 어셈블리(530)는 회전블레이드(520)의 저면에 탈착될 수 있다.

배출브러시(540)는 다른 하나 이상의 회전블레이드(520)의 저면에 구비되는데, 이러한 배출브러시(540)의 하단부는 화덕(210)의 바닥판(212) 상면에 접촉되거나 아주 근접되도록 수직의 길이로 이루어진다. 따라서 배출브러시(540)는 분쇄날 어셈블리(530)로 분쇄된 슬래그가루와 연소 뒤에 발생된 재를 쓸어서 배출공(212a)으로 배출시킨다. 선택적으로, 배출브러시(540)는 회전블레이드(520)의 저면에 탈착될 수 있다.

여기서, 분쇄날 어셈블리(530) 및 배출브러시(540)는 내열성 및 내마모성이 우수한 비철금속을 포함하는 금속 재질로 이루어진다.

구동수단(550)은 수직회전축(510)에 연결된 종동베벨기어(552), 종동베벨기어(55)에 맞물리는 구동베벨기어(554), 구동베벨기어(554)를 구동시키도록 연결된 구동모터(558)로 구성된다. 도 2에 도시된 바와 같이 종동베벨기어(552)는 수직회전축(510)의 하단부에 연결되고, 구동베벨기어(554)는 수직회전축(510)와 직교되게 배치된 구동축(556)의 일단부에 연결되어 종동베벨기어(552)에 맞물리며, 구동모터(558)의 모터축은 구동축(556)에 연결되어 구동축(556)으로 구동력을 전달하게 된다. 구동모터(558)에는 컨트롤러(도시생략)가 전기적으로 연결되어 구동축(556)의 구동속도를 적절히 조절할 수 있다.

따라서, 구동모터(558)를 구동시키면 구동축(556)이 구동되어 구동베벨기어(554)가 회전되고, 이 구동베벨기어(554)에 맞물린 종동베벨기어(552) 또한 회전되어 수직회전축(510)을 회전시키며, 수직회전축(510)의 회전으로 복수의 회전블레이드(520)가 회전되는데, 이때 분쇄날 어셈블리(530)는 소결된 슬래그를 분쇄하고 배출브러시(540)는 분쇄된 슬래그가루 및 연소 뒤에 남은 재를 쓸어서 배출공(212a)을 통해 하부로 배출시키게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 전체적인 작동관계를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 6는 연료공급유닛(100)을 통해 화덕(210)으로 고체연료(10)를 공급하고 연소를 위해 송풍유닛(400)을 통한 공기의 송풍 방향을 나타낸 작동도이다.

이러한 도 6에서와 같이 호퍼(210)에 저장된 고체연료(10)는 오거스크류(130)의 회전에 의해 공급량이 조절되면서 연료공급관(120)의 출구(122)를 통해 화덕(210)으로 공급되어 화덕(210)의 바닥판(212)과 회전블레이드(520) 위에 쌓이게 된다.

이어서, 가스노즐(310)에서는 가스를 분사되고 점화기에서는 불꽃을 붙여서 고체연료(10)를 발화시킨다.

다음으로, 송풍기(430)의 구동에 의해 발생된 공기는 송풍덕트(410)를 지나 공기공급공(214a)을 통해 화덕(210)의 내부로 공급되어 고체연료(10)의 연소를 유지하게 된다.

선택적으로, 송풍기(430)의 구동에 의해 발생된 공기는 공기공급관(214a)을 지나 회전블레이드(520)의 토출공(522)으로 토출되어 고체연료(10)의 연소를 도모할 수 있다.

도 7는 상술한 바와 같이 고체연료(10)가 연소된 뒤에, 배출유닛(500)을 통해 화덕(210)의 바닥판(212)에 쌓인 재 및 슬래그를 배출시키는 작동도이다.

이러한 도 7에서와 같이, 구동수단에 의해 수직회전축(510)이 회전되면 회전블레이드(520)가 동시에 회전되는데, 이때 화덕(210)의 바닥판(212) 위에 쌓인 슬래그는 분쇄날 어셈블리(530)에 의해 슬래그가루로 분쇄되고, 이러한 슬래그가루는 배출브러시(540)에 의해 재와 함께 쓸리면서 배출공(212a)을 통해 도 7에서와 같이 아래로 배출된다.

이같이 배출공(212a)에서 배출된 재 및 슬래그는 트레이(230)에 쌓여서 트레이(230)의 인출에 의해 버려지게 된다.

따라서 본 발명은 재 및 슬래그가 쌓이는 시기에 분쇄날 어셈블리(530)와 배출브러시(540)를 회전시켜서 배출공(212a)을 통해 트레이(230)로 배출시키므로, 고체연료(10)를 완전 연소에 가깝도록 분위기를 유지하게 된다.

또한 본 발명은 재의 소결에 의해 슬래그로 형성되기 전에 분쇄날 어셈블리(530)가 회전되어 슬래그의 형성을 미연에 방지하며, 만약 슬래그가 형성되더라도 분쇄날 어셈블리(530)가 슬래그를 슬래그가루로 분쇄한 후 배출브러시(540)를 통해 배출공(212a)으로 배출시키므로 슬래그의 형성으로 인한 불완전연소를 미연에 방지하게 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.

10 : 고체연료 100 : 연료공급유닛
200 : 연소챔버 210 : 화덕
212a : 배출공 300 : 점화유닛
400 : 송풍유닛 500 : 배출유닛

Claims (10)

1. 고체연료를 연소시키는 연소장치에 있어서,
   상기 고체연료가 쌓이도록 복수의 배출공이 바닥판에 형성된 화덕을 갖는 연소챔버,
   상기 화덕 내의 고체연료를 발화시키도록 가스를 공급하여 점화시키는 점화유닛,
   상기 점화유닛에 의해 점화된 고체연료를 연소시키도록 화덕의 내부로 공기를 송풍시키는 송풍유닛,
   상기 화덕 내의 연소로 바닥판 상에 쌓인 슬래그 및 재를 쓸어서 배출공으로 배출시키는 배출유닛을 포함하되, 상기 배출유닛은,
   상기 화덕에 회전가능하게 설치된 수직회전축에 방사상으로 연결되어 바닥판의 상부에 배치되는 복수의 회전블레이드,
   어느 하나 이상의 상기 회전블레이드의 저면에 구비되어 소결된 슬래그를 분쇄하는 분쇄날 어셈블리,
   상기 분쇄날 어셈블리로 분쇄된 슬래그가루 및 연소된 재를 쓸어서 배출공으로 배출시키도록 다른 하나 이상의 상기 회전블레이드에 구비된 배출브러시,
   상기 회전블레이드를 회전시키도록 수직회전축을 구동시키는 구동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체연료 연소장치.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 구동수단은,
   상기 수직회전축에 연결된 종동베벨기어,
   상기 종동베벨기어에 맞물리도록 구동베벨기어가 연결된 구동축,
   상기 구동축을 구동시키도록 연결된 구동모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체연료 연소장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 회전블레이드에는 송풍유닛에서 송풍된 공기를 고체연료로 토출시키도록 복수의 토출공이 천공된 것을 특징으로 하는 고체연료 연소장치.
   
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