KR101250434B1 - 화목보일러용 연소구 - Google Patents

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KR101250434B1 KR1020120054993A KR20120054993A KR101250434B1 KR 101250434 B1 KR101250434 B1 KR 101250434B1 KR 1020120054993 A KR1020120054993 A KR 1020120054993A KR 20120054993 A KR20120054993 A KR 20120054993A KR 101250434 B1 KR101250434 B1 KR 101250434B1
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Abstract

본 발명은 화목보일러용 연소구에 관한 것으로서, 상기 화목보일러는, 연료투입도어와 송풍기가 결합되며 내부에 1차연소실이 형성되는 본체와; 상기 본체 내부로 투입된 연료가 적재되며, 판면에 상기 송풍기로부터 공급된 산소를 상부방향으로 공급하는 산소공급공이 형성되는 연료지지판을 포함하고, 상기 연료지지판의 상부영역에 배치되며, 하부영역에 불완전 연소된 1차연소가스와 산소가 유입되는 1차유입공이 형성되며, 상기 1차연소가스와 산소가 혼합되어 2차연소가 진행되는 원통형의 2차연소관과; 상기 2차연소관의 내부에 수용되며 상부영역에 상기 2차연소관에서 불완전 연소된 2차연소가스와 화염 및 산소가 유입되는 2차유입공이 형성되며, 상기 2차연소가스와 화염 및 산소가 혼합되어 3차연소가 진행되는 원통형의 3차연소관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

화목보일러용 연소구{COMBUSTION DEVICE FOR FIRE WOOD BOILER}
본 발명은 연소구에 관한 것으로, 보다 자세히는 나무 또는 펠릿을 연료로 하는 화목보일러의 연소실에 배치되는 연소구에 관한 것이다.
일반적으로 보일러는 에너지원이 연소되면서 발생되는 연소열을 이용하여 상온의 물을 가열시키고, 가열된 물을 실내 바닥에 매설된 파이프를 따라 순환시켜 난방시키도록 하거나, 급탕온수를 사용할 수 있도록 하기 위한 것이다. 이와 같이 열에너지를 얻기 위해 연소시키는 에너지원에 따라서 전기보일러, 가스보일러, 유류보일러, 유류와 가스의 장점을 갖는 유류 겸용 전기보일러 등이 있다.
상기 가스보일러, 전기보일러 및 유류 겸용 전기보일러 등은 점화, 연소, 소화 등의 기능을 용이하게 제어할 수 있기 때문에 가정이나 시설물 등에서 널리 사용되고 있다.
그런데, 최근에는 전기 및 유류 등의 에너지가격이 지속적으로 상승하는 추세이고, 특히 국내의 경우에는 에너지자원이 빈약하여 대부분을 외국에서 수입해야 하는 실정이므로, 상기와 같은 고비용의 에너지를 에너지원으로 사용하는 보일러들을 사용하는 것이 경제적으로 큰 부담이 되고 있다.
이에 따라서 대체 에너지의 개발이 활발히 이루어지고 있으며, 그 중 하나가 저비용으로 쉽게 구할 수 있는 목재 또는 펠릿 등을 연료로 하여 사용할 수 있는 화목 보일러가 최근에 와서 부각되고 있다. 이러한 화목 보일러는 등록특허 10-0426046호, 등록특허 10-0679316호 등에 개시되어 있다.
그런데, 개시된 바와 같은 종래 화목 보일러는 연소실 내로 공급되는 산소에 의해 목재가 한번만 연소되기 때문에 대부분 불완전연소되어 발생되는 열에너지가 연통을 통해 배출됨으로 환경오염과 에너지 낭비의 문제를 초래하였다.
본 발명의 목적은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 연소실에서 완전연소를 유도하여 열에너지를 모두 열교환에 사용할 수 있도록 하는 화목보일러용 연소구를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
본 발명의 목적은 화목보일러용 연소구에 의해 달성될 수 있다. 본 발명의 화목보일러용 연소구는, 상기 화목보일러는, 연료투입도어와 송풍기가 결합되며 내부에 1차연소실이 형성되는 본체와; 상기 본체 내부로 투입된 연료가 적재되며, 판면에 상기 송풍기로부터 공급된 산소를 상부방향으로 공급하는 산소공급공이 형성되는 연료지지판을 포함하고, 상기 연료지지판의 상부영역에 배치되며, 하부영역에 불완전 연소된 1차연소가스와 산소가 유입되는 1차유입공이 형성되며, 상기 1차연소가스와 산소가 혼합되어 2차연소가 진행되는 원통형의 2차연소관과; 상기 2차연소관의 내부에 수용되며 상부영역에 상기 2차연소관에서 불완전 연소된 2차연소가스와 화염 및 산소가 유입되는 2차유입공이 형성되며, 상기 2차연소가스와 화염 및 산소가 혼합되어 3차연소가 진행되는 원통형의 3차연소관을 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 상기 3차연소관은 후단부영역이 상기 본체 외부로 연장형성되어, 내부에서 3차연소된 3차연소가스를 외부로 배출시킨다.
일 실시예에 따르면, 상기 산소공급공은 상기 연료지지판의 판면에 복수개가 일정간격으로 형성된다.
일 실시예에 따르면, 상기 연료지지판의 하부로부터 수직하게 결합된 수직관과; 상기 수직관으로부터 상기 1차유입공으로 연장형성되며, 상기 송풍기에서 발생된 신선한 산소를 상기 2차연소관 내부로 공급하는 1차산소공급관과; 상기 수직관으로부터 상기 2차유입공으로 연장형성되며, 상기 송풍기에서 발생된 신선한 산소를 상기 3차연소관 내부로 공급하는 2차산소공급관을 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 1차유입공으로 유입된 1차연소가스와 상기 1차산소공급관으로 공급된 신선한 산소는 상기 1차유입공 주변에서 2차연소된 후 상기 2차연소관과 상기 3차연소관 사이의 2차연소공간으로 이동되고, 상기 2차유입공으로 유입된 상기 2차연소가스와 상기 2차산소공급관으로 공급된 신선한 산소는 상기 3차연소관 내부에서 3차연소되어 상기 후단부를 통해 배출된다.
본 발명에 따른 화목보일러용 연소구는 불완전연소된 1차연소가스와 화염 및 산소가 2차연소관과 3차연소관을 경유하며 완전연소가 되도록 유도하므로 손실되는 열에너지량을 최소화할 수 있다.
또한, 완전연소에 의해 발생된 화염과 연소가스를 열교환기 측으로 토출하여 외기의 열교환에 사용하므로 난방효율을 상승시킬 수 있다.
따라서, 목재연료를 이용하더라도 화목보일러의 난방효율을 최대화할 수 있다.
또한, 불완전가스를 연소시켜 완전연소를 유도하므로 에너지 절감효과와 함께 오염물질을 태워 에너지화함으로 오염물질 배출을 최소화할 수 있다.
또한, 1차유입공과 2차유입공 주변에서만 제한적으로 연소가 일어나므로 불필요한 과다연소를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 연소구가 적용된 화목보일러의 단면구성을 도시한 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 연소구의 구성을 분해하여 도시한 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 연소구가 적용된 화목보일러의 측단면구성을 도시한 측단면도이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도시된 바와 같이 본 발명의 연소구(200)는 화목보일러(100)에 적용된다. 본 발명의 화목보일러(100)는 나무와 같은 목재연료를 연소시켜 외기를 데워 외부로 송풍하는 온풍기의 구조이거나 난방수를 데워 실내를 난방하는 구조일 수 있다. 즉, 본 발명의 연소구(200)에 의해 열교환되는 피가열매체는 공기이거나 물일 수 있다.
화목보일러(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 1차연소실(111)이 형성되며 내부에 연소구(200)를 수용하는 본체(110)를 갖는다. 본체(110)의 전면에는 목재 또는 펠릿과 같은 연료를 1차연소실(111) 내부로 공급하는 연료투입구(미도시)를 개폐하는 연료투입도어(113)와, 1차연소실(111)에서 목재연료의 연소 후 생성되는 재를 외부로 배출하기 위한 재배출구(미도시)를 개폐하는 재배출도어(미도시)가 구비된다.
본체(110)의 하부에는 1차연소실(111)과 연소구(200) 내부로 산소를 공급하는 송풍기(112)가 구비된다. 송풍기(112)에서 발생된 기류는 산소공급관(240)을 통해 연소구(200) 내부로 공급된다.
송풍기(112)에서 발생된 기류는 연료지지판(120)의 하부로 공급되어 산소공급공(121)을 통해 1차연소실(111) 내부로 공급된다.
본체(110)의 내부에는 연료가 적재되는 연료지지판(120)이 가로방향으로 결합된다. 연료지지판(120)은 일정면적을 갖는 판 형상으로 형성되어 본체(110)에 가로방향으로 결합된다. 연료지지판(120)의 판면에는 송풍기(112)에서 발생된 산소를 1차연소실(111) 내부로 공급하는 산소공급공(121)이 형성된다.
산소공급공(121)은 도 3에 도시된 바와 같이 연료지지판(120)의 판면에 일정 간격으로 복수개가 형성된다. 이 때, 산소공급공(121)은 원활한 산소공급을 위해 연료지지판(120)에 균일하게 복수개가 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 도면에는 도시되지 않았으나 1차연소실(111)의 일측에는 열교환실(미도시)이 구비될 수 있다. 열교환실(미도시)은 연소구(200)와 연결되어 고온의 연소가스와 화염을 열교환에 이용할 수 있다.
연소구(200)는 1차연소실(111) 내부에 연료지지판(120)의 상부영역에 배치되어 연료가 완전연소되도록 유도한다. 도 1에서 "O"라고 표시된 부호는 산소의 공급경로를 표시하며, "F"라고 표시된 부호는 연소가스와 화염의 이동경로를 표시한다.
도시된 바와 같이 연소구(200)는 1차연소실(111) 내부에 배치되는 원통형의 2차연소관(210)과, 2차연소관(210) 내부에 수용되는 3차연소관(230)을 포함한다.
2차연소관(210)과 3차연소관(230)은 내열성과 내구성을 갖도록 금속소재로 구비된다. 2차연소관(210)과 3차연소관(230)을 일정 직경을 갖는 원통형상으로 형성된다. 이 때, 3차연소관(230)은 2차연소관(210)에 비해 직경이 작게 형성되어 2차연소관(210)의 내부에 수용된다.
연소구(200)는 도 2에 도시된 바와 같이 선단과 후단이 본체(110) 내벽면에 고정된다. 이에 의해 상대적으로 무게가 무거운 연소구(200)가 본체(110) 내부에 고정될 수 있다.
2차연소관(210)의 내벽과 3차연소관(230)의 외벽 사이에 2차연소공간(215)이 형성되고, 3차연소관(230) 내부에 3차연소공간(235)이 형성된다.
2차연소관(210)은 하부영역에 1차유입공(211)이 길이방향을 따라 형성된다. 1차유입공(211)은 연료지지판(120)을 향하도록 형성되어 1차연소실(111) 내부에서 연료와 산소의 1차연소에 의해 발생된 1차연소가스(F1) 및 화염이 유입된다.
3차연소관(230)은 상부영역에 2차유입공(232)이 형성된다. 2차유입공(232)은 2차연소공간(215)을 따라 이동된 고온의 2차연소가스(F2)와 화염이 3차연소공간(235) 내부로 유입되도록 한다.
2차연소관(210)과 3차연소관(230)에는 산소공급관(240)이 결합된다. 산소공급관(240)은 송풍기(112)에서 발생된 신선한 공기를 2차연소관(210)과 3차연소관(230)으로 공급한다.
산소공급관(240)은 연료지지판(120)을 관통하여 수직하게 결합된 수직관(241)과, 수직관(241)에 연결되어 1차유입공(211)으로 연장형성되는 1차산소공급관(243)과, 수직관(241)에 연결되어 2차유입공(232)으로 연장형성되는 2차산소공급관(245)를 포함한다.
수직관(241)은 연료지지판(120)에 형성된 결합공(123)에 수직하게 결합된다. 이에 의해 수직관(241)은 연료지지판(120) 하부로 공급되는 신선한 공기를 흡입하여 1차산소공급관(243)과 2차산소공급관(245)로 공급한다. 수직관(241)의 하단부에는 공기를 흡입할 수 있는 흡입관(241a)이 나팔관 형태로 형성된다.
1차산소공급관(243)의 상면에는 수직관(241)을 통해 이동된 신선한 공기(O2)를 1차유입공(211) 내부로 토출하는 1차산소토출공(243a)이 관통형성된다. 2차산소공급관(245)의 상면에는 수직관(241)을 통해 이동된 신선한 공기(O3)를 2차유입공(232) 내부로 토출하는 2차산소토출공(245a)이 관통형성된다.
1차산소토출공(243a)와 2차산소토출공(245a)은 각각 1차산소공급관(243)과 2차산소공급관(245)의 길이방향을 따라 일정 길이를 갖게 형성되거나, 일정간격으로 관통형성된 구멍형태로 형성될 수 있다.
1차산소공급관(243)을 통해 1차유입공(211)으로 유입된 신선한 산소(O2)와 1차연소가스(F1) 및 화염은 1차유입공(211) 주변에서 혼합되며 2차연소된다. 2차연소된 2차연소가스(F2)는 2차연소관(210)과 3차연소관(230) 사이에 형성된 좁은 2차연소공간(215)을 따라 이동되며 고온을 유지하게 된다.
3차연소관(230)은 도 2에 도시된 바와 같이 길이가 2차연소관(210)에 비해 길게 형성되어 후단부(250)가 본체(110)의 외측으로 돌출된다. 이에 의해 3차연소관(230) 내부에서 완전연소된 연소가스가 외부로 배출되게 된다.
경우에 따라 3차연소관(230)의 후단부(250)는 열교환부(미도시) 측으로 연결될 수도 있다.
여기서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2차연소관(210)과 3차연소관(230)은 원통형상으로 형성되었으나, 경우에 따라 사각함체 형상으로 형성될 수도 있다. 또한, 2차연소관(210)과 3차연소관(230)은 도시된 바와 같이 길이방향을 따라 동일한 직경으로 형성되거나, 길이방향을 따라 직경이 점차 커지거나 줄어들게 형성될 수도 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 화목보일러용 연소구(200)의 작동과정을 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다.
먼저, 연료투입도어(115)를 개방하고 1차연소실(111) 내부의 연료지지판(120) 상에 목재연료를 적재한다. 그리고, 적재된 목재연료에 불을 피운다. 이 때, 송풍기(112)를 구동시킨다.
송풍기(112)의 구동에 따라 산소(O1)가 유입되어 연료지지판(120)의 산소공급공(121)을 통해 목재연료 측으로 이동한다. 산소(O1)의 공급에 의해 1차연소실(111) 내부는 목재연료가 연소되며 화염과 1차연소가스(F1)가 발생된다. 화염과 1차연소가스(F1)는 2차연소관(210)의 1차유입공(211)으로 유입된다. 더불어 송풍기(112)에서 생성된 산소도 수직관(241)과 1차산소공급관(243)을 경유하여 1차유입공(211)으로 공급된다. 이 때, 1차연소실(111) 내부를 이동한 화염과 1차연소가스(F1)는 700~900℃로 가열되게 된다.
2차연소관(210) 내부로 유입된 1차연소가스(F1)는 불완전연소된 상태이다. 1차연소가스(F1)는 1차유입공(211) 주면에서 신선한 산소(O2)를 공급받아 2차연소되며 800~1000℃로 가열되게 된다. 즉, 제한된 공간에서 불완전 가스의 연소로 인해 화염의 온도는 상승하게 된다.
800~1000℃의 높은 온도의 2차연소가스(F2) 및 화염은 2차연소관(210)의 내벽과 3차연소관(230)의 외벽 사이에 형성된 좁은 2차연소공간(215)을 따라 이동되며 온도가 일정하게 유지되게 된다. 이 때, 여전히 불완전연소 상태인 미완전가스의 연소조건이 상승되게 된다.
800~1000℃의 높은 온도로 유지된 2차연소가스(F2)와 2차연소관(210)을 경유하며 200~300℃℃로 가열된 산소(O2)는 2차유입공(232)을 통해 3차연소관(230) 내부로 유입된다. 이 때, 2차산소공급관(245)을 통해 신선한 산소(O3)가 추가로 공급된다.
3차연소관(230) 내부로 2차연소된 화염이 진입되면, 고온의 화염과 미량의 불완전가스가 균일하고 치밀하게 가열된 산소(O2)와 새롭게 공급된 신선한 산소(O3)가 혼합되며 3차연소가 이루어지게 된다. 연소조건이 상승된 상태이므로 3차연소가 이루어지며 폭발적 화염발생과 함께 800~1300℃의 고온이 발생되게 된다. 이러한 3차연소된 3차연소가스 및 화염(F3)은 후단부(250)을 통해 열교환부(미도시) 측으로 토출된다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 화목보일러용 연소구는 신선한 산소를 계속해서 공급하며 3차에 걸쳐 연소되며 완전연소를 유도하므로 손실되는 열에너지량을 최소화할 수 있다.
또한, 완전연소에 의해 발생된 화염과 연소가스를 열교환기 측으로 토출하여 외기의 열교환에 사용하므로 난방효율을 상승시킬 수 있다.
따라서, 목재연료를 이용하더라도 화목보일러의 난방효율을 최대화할 수 있다.
또한, 불완전가스를 연소시켜 완전연소를 유도하므로 에너지 절감효과와 함께 오염물질을 태워 에너지화함으로 오염물질 배출을 최소화할 수 있다.
또한, 1차유입공과 2차유입공 주변에서만 제한적으로 연소가 진행되며, 연소구 주변 연료가 연소되어 타고나면, 상부의 연료가 자중에 의해 내려와 계속적으로 추가 연소가 이루어진다. 따라서, 불필요한 과다연소를 방지할 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 화목보일러용 연소구의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
100 : 화목보일러 110 : 본체
111 : 1차연소실 112 : 송풍기
113 : 투시창 115 : 연료투입도어
120 : 연료지지판 121 : 산소공급공
130 : 수직연결관 200 : 연소구
210 : 2차연소관 211 : 1차유입공
230 : 3차연소관 231 : 2차산소공급관
232 : 2차유입공 235 : 3차연소공간
240 : 산소공급관 241 : 수직관
243 : 1차산소공급관 245 : 2차산소공급관

Claims (5)

  1. 화목보일러용 연소구에 있어서,
    상기 화목보일러는,
    연료투입도어와 송풍기가 결합되며 내부에 1차연소실이 형성되는 본체와;
    상기 본체 내부로 투입된 연료가 적재되며, 판면에 상기 송풍기로부터 공급된 산소를 상부방향으로 공급하는 산소공급공이 형성되는 연료지지판을 포함하고,
    상기 연료지지판의 상부영역에 배치되며, 하부영역에 불완전 연소된 1차연소가스와 신선한 산소가 유입되는 1차유입공이 형성되며, 상기 1차연소가스와 신선한 산소가 혼합되어 2차연소가 진행되는 원통형의 2차연소관과;
    상기 2차연소관의 내부에 수용되며 상부영역에 상기 2차연소관에서 불완전 연소된 2차연소가스와 신선한 산소가 유입되는 2차유입공이 형성되며, 상기 2차연소가스와 신선한 산소가 혼합되어 3차연소가 진행되는 원통형의 3차연소관을 포함하는 것을 특징으로 하는 화목보일러용 연소구.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 3차연소관은 후단부영역이 상기 본체 외부로 연장형성되어, 내부에서 3차연소된 3차연소가스를 외부로 배출시키는 것을 특징으로 하는 화목보일러용 연소구.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 산소공급공은 상기 연료지지판의 판면에 복수개가 일정간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는 화목보일러용 연소구.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 연료지지판의 하부로부터 수직하게 결합된 수직관과;
    상기 수직관으로부터 상기 1차유입공으로 연장형성되며, 상기 송풍기에서 발생된 신선한 산소를 상기 2차연소관 내부로 공급하는 1차산소공급관과;
    상기 수직관으로부터 상기 2차유입공으로 연장형성되며, 상기 송풍기에서 발생된 신선한 산소를 상기 3차연소관 내부로 공급하는 2차산소공급관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화목보일러용 연소구.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 1차유입공으로 유입된 1차연소가스와 상기 1차산소공급관으로 공급된 신선한 산소는 상기 1차유입공 주변에서 2차연소된 후 상기 2차연소관과 상기 3차연소관 사이의 2차연소공간으로 이동되고,
    상기 2차유입공으로 유입된 상기 2차연소가스와 상기 2차산소공급관으로 공급된 신선한 산소는 상기 3차연소관 내부에서 3차연소되어 상기 후단부를 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 화목보일러용 연소구.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104406300A (zh) * 2014-10-17 2015-03-11 芜湖市泰能电热器具有限公司 一种节能锅炉系统用燃烧箱

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