KR101224484B1 - 고체연료용 보일러의 연소실 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고체연료용 보일러의 연소실에 관한 것이다. 본 발명은 내부에 고체연료를 연소시키기 위한 공간이 형성되는 고체연료용 보일러의 연소실에 있어서, 연소실 본체; 연소실 본체의 내부에 설치되어 고체연료를 연소시키는 연소장치; 및 연소실 본체의 저면에 상기 고체연료의 이송방향을 따라 다수개가 소정의 간격으로 이격되어 설치되고, 상기 연소실 본체의 내부로 공기가 주입되는 공기 주입홀이 형성되는 공기 주입판을 포함한다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 연소실 본체의 저면에 다수개의 공기 주입판을 소정 간격으로 이격되게 설치하기 때문에 외부 공기만 접촉을 하게 되어 연소열로 인한 가열 시 팽창이 균일하게 발생하게 된다. 따라서, 보일러의 강성이 향상되고 신뢰성이 높아지는 효과가 있다.

Description

고체연료용 보일러의 연소실{Combustion chamber for furnace tube type boiler for solid fuel}

본 발명은 고체연료용 보일러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고체연료의 연소열로 인하여 팽창이 불균일해지는 것을 방지하고 강도를 높일 수 있는 고체연료용 보일러의 연소실에 관한 것이다.

최근 들어 지구 온난화에 따른 기후변화 문제가 인류의 생존에 심각한 위협으로 대두되면서 신재생 에너지에 대한 관심이 높아지고, 기존 화석연료를 대체하기 위한 투자가 급격하게 증가하고 있다. 이에 따라 국가적으로도 녹색기술 사업을 장려하고 이를 위한 지원도 늘어가고 있는 실정이다.

이와 관련하여 기존의 석탄을 이용하는 보일러와는 달리 바이오매스 고체연료를 이용하는 보일러에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 바이오매스란 식물이나 미생물 등을 에너지원으로 이용하는 생물체이며 지구상에서 1년간 생산되는 바이오매스는 석유의 전체 매장량과 맞먹어 적정하게 이용하면 고갈될 염려가 없는 이점이 있다. 이러한 바이오매스 고체연료는 에너지 전용의 작물과 나무, 농산품과 사료작물, 농장 폐기물과 찌꺼기 등의 폐기물에서 추출된 재생 가능한 에너지로 사용된다.

이러한 고체연료를 사용하는 보일러로서 국내등록특허 제10-1026191호에는 고체연료용 보일러에 대해서 개시되어 있다. 그러나, 이와 같은 종래의 고체연료용 보일러에서는 노통(연소실)의 하부는 본체의 외부로 노출되어 있고 노통의 상부는 본체의 내부에 위치하도록 설치되어 있었다. 이러한 구조를 가진 고체연료용 보일러에서는 본체의 내부에 위치한 노통의 상부는 물과 접촉하게 되고, 외부로 노출된 노통의 하부는 외부 공기와 접촉하게 되므로 고체연료의 연소 시에 상부와 하부의 팽창이 불균일하게 이루어지는 문제가 있었다.

특히, 고체연료의 연소를 가속화하기 위한 공기가 주입되는 공기 주입홀이 형성된 노통의 저면은 팽창 불균일로 인해 크랙이 발생하게 되어 구조 안정성에 문제를 가져올 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 연소실의 연소 시에 고온 고압의 연소열이 가해지더라도 연소실이 균일하게 팽창할 수 있는 구조를 가진 고체연료용 보일러의 연소실을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 내부에 고체연료를 연소시키기 위한 공간이 형성되는 고체연료용 보일러의 연소실에 있어서, 연소실 본체; 상기 연소실 본체의 내부에 설치되어 고체연료를 연소시키는 연소장치; 및 상기 연소실 본체의 저면에 상기 고체연료의 이송방향을 따라 다수개가 소정의 간격으로 이격되어 설치되고, 상기 연소실 본체의 내부로 공기가 주입되는 공기 주입홀이 형성되는 공기 주입판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 연소실 본체의 저면에 설치된 지지벽의 내측에는 상기 공기 주입판이 지지되는 지지턱이 대향되게 구비되고, 상기 공기 주입판의 양측에는 상기 지지턱에 안착되는 안착부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 공기 주입판이 상기 지지턱에 지지된 상태에서, 상기 공기 주입판과 지지벽 사이에는 소정의 갭이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 공기 주입판은 상기 연소실 본체의 저면에 대응되게 곡면 형상의 단면을 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 연소실 본체의 저면에 다수개의 공기 주입판을 소정 간격으로 이격되게 설치하기 때문에 외부 공기만 접촉을 하게 되어 연소열로 인한 가열 시 접촉 부분의 팽창이 균일하게 발생하게 된다. 따라서, 고체연료용 보일러의 강성이 향상되고 신뢰성이 높아지는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체연료용 보일러의 연소실을 보인 정면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체연료용 보일러의 연소실 하부를 보인 평면도.
도 3은 도 2의 선 A-A에 따른 단면도.
도 4는 도 2의 선 B-B에 따른 단면도.

이하에서는 본 발명에 의한 고체연료용 보일러의 연소실의 일 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체연료용 보일러의 연소실을 보인 정면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체연료용 보일러의 연소실 하부를 보인 평면도이며, 도 3은 도 2의 선 A-A에 따른 단면도이고, 도 4는 도 2의 선 B-B에 따른 단면도이다.

이에 도시된 바에 따르면, 고체연료용 보일러의 연소실의 전체적인 외관은 대략 원통 형상의 연소실 본체(1)가 형성한다. 그리고, 본 실시예에서 연소실 본체(1)는 연소실 본체 상부(2) 및 연소실 본체 하부(3)의 결합으로 이루어진다. 물론, 연소실 본체(1)가 반드실 연소실 본체 상부(2) 및 연소실 본체 하부(3)의 결합으로 구성되어야 하는 것은 아니고 하나로 구성될 수도 있다. 한편, 도 1에서 본 실시예의 고체연료용 보일러는 연소실 본체(1)에 다수개의 수관(P)이 연결되는 것으로 도시하였으나, 이상에서 도시한 실시예에 한정되지 않고 온수 보일러, 스팀 보일러 등 다양한 보일러에 적용할 수 있음은 당연하다.

연소실 본체(1)에서는 실질적으로 고체연료의 연소가 이루어진다. 연소실 본체(1)는 이를 위해 연소실 본체(1)의 내부에는 고체연료의 연소를 위한 소정의 연소공간이 형성된다.

도 3을 참조하면, 연소실 본체(1)의 저면 일부는 절개되고, 절개된 부분에는 소정의 유입공간(5)이 형성된다. 유입공간(5)은 양측에 설치된 지지벽(6) 사이의 공간으로서, 이 공간을 통해 연소실 본체(1)로 공기가 주입된다.

지지벽(6)은 연소실 본체(1)의 저면에 서로 평행하게 설치되는 것으로서, 외통(1)과 연소실 본체(1)에 용접 등에 의해 고정될 수 있다. 지지벽(6)은 직립되게 설치되어 연소실 본체(1)를 지지하고 공기가 유입되는 공간을 확보하는 역할을 한다. 또한, 보일러 내의 물은 연소실 본체(1)에서 지지벽(6)에 의해 구획된 공간에 저장된다.

그리고, 지지벽(6)의 내측에는 지지턱(8)이 대향되게 구비된다. 상기 지지턱(8)은 공기 주입판(10)이 안착되는 부분으로서, 지지벽(6)의 내측에서 고체연료의 이송방향을 따라 길게 형성된다.

공기 주입판(10)은 연소실 본체(1)의 저면에 설치되는 것으로서, 고체연료의 이송방향(도 2에서 좌측에서 우측 방향)을 따라 다수개가 소정의 간격으로 이격되어 설치된다. 본 실시예에서 공기 주입판(10)은 연소열로 인한 연소실 본체(1)의 가열 시에 열팽창이 균일하게 발생할 수 있도록 배치한 것이다. 즉, 공기 주입판(10)이 보일러 내부에 저장된 물과 접촉하지 않고 외부 공기만 접촉하도록 하여 열팽창이 균일하게 발생할 수 있다. 또한, 공기 주입판(10)이 하나가 설치되는 것이 아니고 소정의 간격으로 이격 설치됨으로써, 이격된 공기 주입판(10)의 사이(도 2에서 공기 주입판(10)의 사이)에는 물이 저장될 수 있도록 하였다.

또한, 공기 주입판(10)은 본 실시예에서 공기를 주입하는 역할 뿐만 아니라 고체연료를 태우는 불판으로서의 역할도 수행한다.

도 2에서 공기 주입판(10)이 평면에서 보았을 때 사각형상을 가지는 것으로 도시하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 원형, 다각형상 등 다양한 형상을 가질 수 있다.

공기 주입판(10)에는 다수개의 공기 주입홀(12)이 형성되어 있어 고체연료의 연소를 가속화하기 위한 공기가 주입된다. 본 실시예에서 공기 주입홀(12)은 고체연료가 공급되는 연료 공급부(미도시)로부터 멀게 위치한 공기 주입판(10)일수록 공기 주입홀(12)의 개수가 상대적으로 적게 형성된다. 이는 연소가 시작되는 지점에서 더 많은 공기의 주입이 이루어져 연소가 활발히 이루어질 수 있도록 하기 위함이다.

공기 주입판(10)은 도 3 및 도 4에 잘 도시된 바와 같이, 연소실 본체(1)에 대응되는 형상을 가지는데 단면이 곡면 형상으로 형성된다. 그리고, 공기 주입판(10)의 양측에는 지지턱(8)에 안착되는 안착부(14)가 형성된다. 이와 같이 공기 주입판(10)은 지지턱(8)에 쉽게 설치할 수 있는 구조이기 때문에 노후되면 새 것으로 교체가 용이하다.

또한, 도 3을 참조하면, 본 실시예에서 공기 주입판(10)과 지지벽(6)의 사이에는 소정의 갭(G)이 형성된다. 이는 공기 주입판(10)이 연소열에 의해 팽창되기 때문에 팽창될 수 있는 공간을 확보하도록 한 것이다. 이로 인하여 공기 주입판(10)과 지지벽(6)이 서로 간섭되지 않고 공기 주입판(10)은 안정적으로 지지턱(8)에 의해 지지될 수 있다. 여기에서, 상기 갭(G)은 공기 주입판(10)의 열팽창률을 고려하여 설계되어야 함은 당연하다. 또한, 상기 갭(G)은 공기 주입판(10)의 크기에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 공기 주입판(10)의 크기가 커질수록 갭(G)의 크기는 커질 수 있다.

다시 도 2를 참조하면, 고체연료의 연소를 위한 연소장치(20)가 설치된다. 연소장치(20)는 연소실 본체(1)의 하부에 전후방으로 길게 설치되어 공급된 고체연료를 연소시키는 역할을 한다.

연소장치(20)의 내부에는 전후방으로 길게 회전축(22)이 설치된다. 회전축(22)은 연소실 본체(1)의 외부에 설치된 별도의 구동원(모터 등)으로부터 동력을 전달받아 회전된다.

그리고, 회전축(22)과 이격되어 복수의 연료 이송수단(24)이 설치된다. 연료 이송수단(24)은 지지부(26)에 의해 회전축(22)과 연결되는 것으로서, 실질적으로 회전축(22)과 함께 회전된다. 연료 이송수단(24)은 회전축(22)과 함께 회전되면서 고체연료를 전방으로 이송시킴과 동시에 고체연료를 비롯한 슬러지 및 재를 전방으로 밀어내어 배출시키는 역할을 한다. 즉, 연료 이송수단(24)은 투입된 고체연료를 고르게 펴주고 뒤집어 줌으로써 연소 시에 불이 길게 붙을 수 있도록 하여 연소 효율을 향상시킨다.

이를 위해, 연료 이송수단(24)은 소정의 곡률을 가진 파이프 형상을 가지고, 이하에서 설명하겠지만 내부에는 물이 흐를 수 있는 공간이 형성되어 있다. 연료 이송수단(24)을 파이프 형상으로 한 것은 보다 넓은 면적으로 슬러지 및 재를 배출시키도록 하기 위함이다. 다시 말해, 페달 형상의 연료 이송수단(24)은 넓은 표면적으로 가지고 연소실 본체(1)의 하부에 쌓인 고체연료를 고르게 펴주고 전방으로 이송시키며, 슬러지 및 재를 배출할 수 있기 때문에 배출이 효과적으로 이루어지고 연소효율도 향상될 수 있다.

한편, 연료 이송수단(24)은 파이프 형상으로 형성된다고 하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 페달 형상 등 슬러지 및 재를 효과적으로 배출할 수 있는 형상이라면 어떠한 것도 채용될 수 있다.

회전축(22)과 연료 이송수단(24)은 지지부(26)에 의해 서로 연결된다. 지지부(26)는 회전축(22)의 외주면에서 직교하게 연장된 부분으로서, 연장된 단부는 연료 이송수단(24)과 연결된다. 지지부(26)는 본 실시예에서 한 쌍으로 구성되어 연료 이송수단(24)과 연결된다. 지지부(26)는 회전축(22)과 연료 이송수단(24)을 서로 연결하여 양자가 함께 회전되도록 함과 동시에 연료 이송수단(24)을 지지하는 역할을 한다.

한편, 이상에서 설명한 회전축(22) 및 지지부(26)는 중공 형상의 파이프로 만들어짐이 바람직하고, 서로 연통되게 형성된다. 또한, 연료 이송수단(24)의 내부에는 소정의 공간이 형성되어 지지부(26)와 서로 연통된다. 이와 같이 회전축(22) 등의 내부에는 유로가 형성되어 있고 유로에 물이 공급된다. 물의 공급은 예를 들어, 보일러 수관 내의 물이 공급될 수 있다. 이와 같이 회전축(22), 연료 이송수단(24) 및 지지부(26)의 내부로 물이 공급되도록 한 것은 연소시에 발생하는 고열로 인해 부품이 녹거나 변형이 생기는 현상을 방지하기 위함이다. 즉, 공급되는 물은 냉각수로서 작용하여 연료 이송수단(24) 등의 변형을 방지하는 역할을 한다.

또한, 연료 이송수단(24)의 외면에는 복수의 이송돌기(28)가 형성된다. 본 실시예에서 이송돌기(28)를 형성한 이유는 다음과 같다. 먼저, 실제 보일러에서 연료는 미세한 속도로 이송되는데, 이때 바닥에 쌓여 있는 연료는 연료 이송수단(24)에 의해 정상적으로 이송되지 못할 수 있다. 따라서, 이송돌기(28)를 통해 바닥에 깔린 연료를 미세 이송시키고 재를 배출시키게 된다.

또한, 이송돌기(28)는 바닥에 쌓여 있는 연료가 공기 주입홀(12)을 막는 것을 방지하는 역할을 한다. 구체적으로 설명하면, 바닥에 쌓인 연료는 공기 주입홀(12)을 막아 공기의 주입이 정상적으로 이루어지지 않도록 하여 연료의 연소를 지연시키는 문제를 발생시킬 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 이송돌기(28)를 통해 공기 주입홀(12)을 막고 있는 연료를 긁어줌으로써 공기 주입이 원활하게 이루어지도록 한 것이다.

이송돌기(28)는 연료 이송수단(24)의 외면에 돌출되게 형성되는 것으로서, 복수가 소정의 간격으로 형성된다. 또한, 이송돌기(28)는 연료 이송수단(24)의 길이방향에 대해 소정의 각도로 경사지게 형성되어 원료의 이송을 담당하게 된다.

이상에서 설명한 회전축(22), 연료 이송수단(24) 및 지지부(26)는 보일러의 크기 및 용량에 따라 다양한 형태로 배치될 수 있다. 예를 들어, 가정용과 같은 소형 보일러에서는 단일의 회전축(22), 연료 이송수단(24) 및 지지부(26)가 배치될 수 있고, 산업용과 같은 대형 보일러에서는 대형 또는 복수열로 회전축(22), 연료 이송수단(24) 및 지지부(26)가 병렬로 배치될 수 있다.

이하에서는 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 연소실 본체 연관식 고체연료용 보일러의 작동 과정을 상세하게 설명한다.

먼저, 보일러의 작동을 위해 연료 공급부(미도시)로부터 우드펠릿과 같은 고체연료가 공급된다. 상기 연료 공급부(18)를 통해 연소실 본체(1)로 공급된 고체연료는 점화잠치(도시되지 않음)의 점화에 의해 연소가 시작되고, 하단에 형성된 공기 주입홀(12)을 통해 주입되는 공기에 의해 본격적으로 연소가 이루어진다.

그리고, 고체연료의 연소에 의해 발생하는 고열은 연관(미도시)과 열교환이 이루어지고 연관 내를 흐르는 물은 데워져 필요로 하는 온수 및 증기로 온수 배출구를 통해 배출된다.

한편, 연소장치(20)로 고체연료가 연속적으로 또는 주기적으로 공급되며 이와 함께 구동원으로부터 동력을 전달받은 회전축(22)이 회전된다. 회전축(22)이 회전되면 지지부(26)를 통해 연결된 연료 이송수단(24)도 함께 회전하게 되고, 연료 이송수단(24)의 회전력에 의해 고체연료는 고르게 펴지고 뒤집어지면서 전방으로 이송되고, 연소가 활발하게 이루어진다.

이때, 회전축(22)의 내부로 물이 공급되고, 공급된 물은 수압에 의해 가까운 쪽에 위치한 지지부(26)를 통과하여 연료 이송수단(24)으로 유입된다. 또한, 연료 이송수단(24)으로 유입된 물은 먼 쪽에 위치한 지지부(26)를 통해 회전축(22)으로 유입되면서 전방으로 흐르게 된다.

이와 같이 내부를 흐르는 물의 냉각 작용 때문에 회전축(22), 연료 이송수단(24) 및 지지부(26)는 고온에서도 견딜 수 있고 내구성이 향상될 수 있다.

그리고, 고체연료의 연소로 인하여 발생하는 슬러지 및 재는 연료 이송수단(24)의 회전에 의해 전방으로 밀려나고 결국 연소장치(20)의 후단부에 설치된 배출구를 통해 배출되어 처리된다.

본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

1 : 연소실 본체 2 : 연소실 본체 상부
3 : 연소실 본체 하부 5 : 유입공간
6 : 지지벽 8 : 지지턱
10 : 공기 주입판 12 : 공기 주입홀
14 : 안착부 20 : 연소장치
22 : 회전축 24 : 연료 이송수단
26 : 지지부 28 : 이송돌기

Claims (4)

1. 내부에 고체연료를 연소시키기 위한 공간이 형성되는 고체연료용 보일러의 연소실에 있어서,
   연소실 본체;
   상기 연소실 본체의 내부에 설치되어 고체연료를 연소시키는 연소장치; 및
   상기 연소실 본체의 저면에 상기 고체연료의 이송방향을 따라 다수개가 소정의 간격으로 이격되어 설치되고, 상기 연소실 본체의 내부로 공기가 주입되는 공기 주입홀이 형성되는 공기 주입판을 포함하고,
   상기 연소실 본체의 저면에 설치된 지지벽의 내측에는 상기 공기 주입판이 지지되는 지지턱이 대향되게 구비되고, 상기 공기 주입판의 양측에는 상기 지지턱에 안착되는 안착부가 형성되며,
   상기 공기 주입판이 상기 지지턱에 지지된 상태에서, 상기 공기 주입판과 지지벽 사이에는 소정의 갭이 형성되는 것을 특징으로 하는 고체연료용 보일러의 연소실.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 공기 주입판은 상기 연소실 본체의 저면에 대응되게 곡면 형상의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 고체연료용 보일러의 연소실.
   

Images