KR101250435B1

KR101250435B1 - 화목보일러

Info

Publication number: KR101250435B1
Application number: KR1020120118992A
Authority: KR
Inventors: 장하연
Original assignee: 장하연; (주)나무꾼보일러
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2013-04-08

Abstract

본 발명의 화목보일러에 관한 것으로서, 화목연료가 투입되는 연료투입도어 및 상기 연료투입도어의 하부에 구비되는 재배출도어가 개폐가능하게 결합되며, 연소가스가 외부로 배기되는 연통이 결합된 외부하우징과; 상기 연료투입도어 및 상기 재배출도어와 연통되게 형성되며 화목연료가 연소되는 연소실과; 상기 연소실로 외기를 공급하는 송풍기와; 상기 연소실에서 연소된 연소가스가 이동하며 난방수와 1차 열교환이 진행되는 1차열교환실과; 상기 1차열교환실의 상부에 배치되며 상기 연통과 결합되고, 상기 1차열교환실을 경유한 연소가스가 이동하며 난방수와 2차 열교환이 이루어지는 2차열교환실을 포함하며, 상기 1차열교환실은, 상기 연소실과 연결되는 연소실연결관과; 연소가스의 이동방향에 가로방향으로 배치되며 내부에 난방수가 유동하는 난방수파이프와; 수직방향으로 서로 이격되게 배치되며 상기 연소실로부터 유입된 연소가스가 이동되는 복수개의 수직분기관과, 상기 복수개의 수직분기관이 병합되어 상기 2차열교환실의 바닥면으로 연결되는 수직병합관을 포함한다.

Description

화목보일러{FIRE WOOD TYPE HOT BLASTER BOILER}

본 발명은 화목보일러에 관한 것으로서, 화목연료의 완전연소를 유도하며 열교환기와 연소가스의 접촉시간을 증가시켜 열효율을 최대화한 화목보일러에 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.

한편, 종래 화목 보일러는 연소실에 인접하게 열교환기가 마련되고, 난방수 또는 난방공기가 열교환기를 통해 연소실과 간접접촉되면서 온도가 상승되는 구조이다. 이에 따라 열교환기를 통해 연소실과 접촉되는 시간이 짧으므로 난방효율이 저하되는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 외기가 연소실에서 발생된 화염과 직접 접촉하며 내부를 순환하며 연소가스와 난방매체가 2차 열교환을 하게 하여 난방효율을 높일 수 있는 화목보일러를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 연소실에서 3차연소가 진행되며 완전연소를 유도하여 열에너지를 모두 열교환에 사용할 수 있도록 하는 화목보일러를 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 화목보일러에 의해 달성될 수 있다. 본 발명의 화목보일러는 화목연료가 투입되는 연료투입도어 및 상기 연료투입도어의 하부에 구비되는 재배출도어가 개폐가능하게 결합되며, 연소가스가 외부로 배기되는 연통이 결합된 외부하우징과; 상기 연료투입도어 및 상기 재배출도어와 연통되게 형성되며 화목연료가 연소되는 연소실과; 상기 연소실로 외기를 공급하는 송풍기와; 상기 연소실에서 연소된 연소가스가 이동하며 난방수와 1차 열교환이 진행되는 1차열교환실과; 상기 1차열교환실의 상부에 배치되며 상기 연통과 결합되고, 상기 1차열교환실을 경유한 연소가스가 이동하며 난방수와 2차 열교환이 이루어지는 2차열교환실을 포함하며, 상기 1차열교환실은, 상기 연소실과 연결되는 연소실연결관과; 연소가스의 이동방향에 가로방향으로 배치되며 내부에 난방수가 유동하는 난방수파이프와; 수직방향으로 서로 이격되게 배치되며 상기 연소실로부터 유입된 연소가스가 이동되는 복수개의 수직분기관과, 상기 복수개의 수직분기관이 병합되어 상기 2차열교환실의 바닥면으로 연결되는 수직병합관을 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 2차열교환실에는, 수평하게 배치되며 일측면에 상기 수직병합관으로부터 배출된 연소가스가 유입되는 측면공기유입구가 형성된 연소가스수평이동관이 구비된다.

일 실시예에 따르면, 상기 연소실에는, 상기 송풍기로부터 공급된 외기에 의해 1차 연소가 진행된 화염과 불완전 연소가스에 가열된 외기를 공급하여 2차 연소가 진행되도록 하는 하부연소구와; 상기 하부연소구의 상부에 배치되며 2차 연소 후에 상기 1차열교환실로 이동되는 화염과 불완전 연소가스에 가열된 외기를 공급하여 3차 연소가 진행되도록 하는 상부연소구가 구비된다.

일 실시예에 따르면, 상기 외부하우징과 상기 연소실, 상기 1차열교환실 및 상기 2차열교환실 사이의 이격공간에는 난방수가 수용된다.

일 실시예에 따르면, 상기 하부연소구는 상기 송풍기와 연통되게 결합되며 내부에 공기가 유동되는 유동공간을 형성하는 상부연소구본체와; 상기 상부연소구본체의 좌우에서 서로 이격되게 하부방향으로 연장형성되는 한 쌍의 공기배출레그와;상기 한 쌍의 공기배출레그의 마주보는 내측 판면에 일정간격으로 형성되어 상기 한 쌍의 공기배출레그 사이로 유동되는 화염과 불완전 배기가스로 외기를 배출하여 완전연소를 유도하는 상부공기배출노즐을 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 하부연소구는, 상기 연소실의 하부공간의 양측벽에 구비되며 내부에 공기가 유동되는 유동공간을 형성하는 하부연소구본체와; 상기 하부연소구본체와 연통되게 결합되며 상기 송풍기로부터 외기를 공급받는 하부공기유입관과; 상기 하부연소구본체의 상부에 일정간격으로 구비되어 외기를 1차 연소된 화염과 연소가스로 공급하는 하부공기배출공을 포함한다.

본 발명에 따른 화목보일러는 하부연소구 및 상부연소구에 의해 연소실 내부에서 3차 연소가 이루어지므로 화목연료의 90% 이상의 완전연소를 실현할 수 있다.

이에 따라 연료를 800∼1200℃의 고온으로 완전연소시키므로 연기발생량이 거의 없어 대기환경 개선에 기여할 수 있다.

불완전 연소되어 대기 중에 배출되는 연기는 연료가 완전 연소되지 않고 버려지는 현상인데 이를 완전 연소하게 되므로 연료 효율의 개선에 기여할 수 있다.

또한, 고열로 연소실 내부에서 화목연료가 완전연소되므로 연소실 내부에 타르 등이 형성되지 않아 청소 빈도도 줄일 수 있다. 특히, 재발생량이 0.5~3%로 줄일 수 있으며, 내부에 재배출트레이가 구비되어 재의 처리가 간편하고 안전하다.

또한, 화목연료가 국부적으로 연소가 일어나므로 소각로처럼 과연소가 이루어지지 않게 된다. 이에 따라 연소실에 화목연료를 최대치로 적재할 경우, 연속가동 시간이 7시간에 이르며, 1회 투여로 24시간 난방 및 온수가 가능할 수 있다. 또한, 1차열교환실과 2차열교환실로 나줘져 있으며, 각각의 열교환실에서 연소가스가 내부를 충분히 순환한 뒤 배출되는 구조를 가지고 있어 난방수와 접촉하는 시간이 길어지게 된다. 따라서, 열교환효율이 높아질 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 화목보일러의 전체 구성을 도시한 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 화목보일러의 내부 구성을 분해하여 도시한 분해사시도,
도 3은 본 발명에 따른 화목보일러의 재배출도어가 열린 상태를 도시한 사시도,
도 4은 본 발명에 따른 화목보일러의 상부연소구의 구성을 도시한 저면사시도,
도 5는 본 발명에 따른 화목보일러의 외부공기흐름과 연소가스의 흐름을 도시한 측단면도,
도 6은 본 발명에 따른 화목보일러의 외부공기흐름과 연소가스의 흐름을 도시한 정단면도,
도 7은 본 발명에 따른 화목보일러의 연소가스와 난방매체의 열교환흐름을 도시한 후단면도이고,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 화목보일러의 구성을 도시한 사시도이다.

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.

도 1은 본 발명에 따른 화목보일러(1)의 구성을 도시한 사시도이고, 도 2는 화목보일러(1)의 내부구성을 분해하여 도시한 분해사시도이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 화목보일러(1)는 외부하우징(100)과, 외부하우징(100)의 전단에 배치되며 화목연료가 연소되는 연소실(400)과, 연소실(400)의 상부에 개폐가능하게 결합되는 연료투입도어(200)와, 연료투입도어(200)의 하부에 배치되어 연소가 완료된 재를 외부로 배출하는 재배출도어(300)와, 연소실(400)의 일측에 배치되어 연소가스 및 화염과 난방수가 1차 열교환되는 1차열교환실(500)과, 1차열교환실(500)의 상부에 배치되어 연소가스와 난방수가 2차 열교환되는 2차열교환실(600)과, 2차열교환실(600)에 결합되어 연소가스를 외부로 배기시키는 연통(700)을 포함한다.

외부하우징(100)은 연소실(400)과 1차열교환실(500) 및 2차열교환실(600)을 내부에 수용한다. 이 때, 연소실(400)과 1차열교환실(500) 사이, 연소실(400)과 2차열교환실(600) 사이에는 이격공간이 형성되게 구비되고, 이격공간에는 난방수(W)가 채워진다. 난방수(W)가 1차열교환실(500) 및 2차열교환실(600)을 감싸도록 배치되어 외부하우징(100) 내부를 순환하여 열교환효율이 향상되게 된다.

외부하우징(100)의 전면에는 연료투입도어(200)가 개폐가능하게 구비된다. 사용자는 연료투입도어(200)를 개방하여 연료적재판(420) 상에 화목연료를 적재한다.

재배출도어(300)는 연료투입도어(200)의 하부에 개폐가능하게 구비된다. 재배출도어(300)는 개방되어 사용자가 연료적재판(420)의 하부에 배치된 재배출트레이(430)를 외부로 배출하여 청소할 수 있게 한다.

또한, 재배출도어(300)는 송풍기(250)에서 발생된 외기를 연소실(400) 내부로 공급하는 역할을 한다. 재배출도어(300)의 상부에는 송풍기(250)와 연통되는 도어공기유입공(미도시)이 구비되고, 재배출도어(300)의 내부에는 외기가 유동되는 도어공기유동챔버(320)가 형성된다.

송풍기(250)는 연료투입도어(200)와 재배출도어(300) 사이에 배치되어 외기를 연소실(400) 내부로 공급한다. 송풍기(250)는 도 2에 도시된 바와 같이 외기를 유입시키는 동력을 발생시키는 송풍기본체(251)와, 송풍기본체(251)를 통해 외부에서 유입된 외기를 재배출도어(300)로 공급하는 외기도어공급관(253)과, 외기를 상부연소구(450)로 공급하는 외기연소구공급관(255)을 포함한다.

외기연소구공급관(255)과 외기도어공급관(253)은 일체로 연결된 형태로 형성되며, 각각의 단부에 공기가 배출되는 공기배출공(253a,255a)이 관통형성된다. 외기연소구공급관(255)은 상부연소구(450)의 송풍기결합공(451a)과 연결되고, 외기도어공급관(253)은 재배출도어(300)의 도어공기유입공(미도시)과 연결된다.

재배출도어(300)의 내측판면에는 도어공기유동챔버(320)의 외기를 연소실(400) 내부로 배출하는 공기배출공(321, 322)이 일정간격으로 복수개가 구비된다. 도 3은 재배출도어(300)가 열려진 상태를 도시한 사시도이다. 재배출도어(300)의 내측면에는 도어공기유동챔버(320)가 돌출 형성된다.

도어공기유동챔버(320)의 판면에는 복수개의 1차연소공기배출공(321)과, 2차연소공기배출공(322)이 형성된다. 1차연소공기배출공(321)은 도어공기유동챔버(320) 내부의 외기를 연료적재판(420)을 향해 직접 공급한다. 이에 의해 화목연료의 1차 연소가 진행되게 된다.

1차연소공기배출공(321)의 외곽영역에 형성된 좌우 한 쌍의 2차연소공기배출공(322)은 재배출도어(300)가 닫혔을 때 하부연소구(440)의 하부공기유입관(443)과 연통되게 배치된다. 이에 따라 송풍기(250)에서 발생된 외기가 하부연소구(440)로 공급되게 되고, 1차 연소시에 불완전 연소된 연소가스에 외기를 공급하여 2차 연소가 진행되게 한다.

연소실(400)은 화목연료의 연소가 일어나며 연소가스와 화염이 발생된다. 연소실(400)은 1차열교환실(500)과 이격되게 배치되고, 연소실연결관(510)에 의해 1차열교환실(500)과 연통된다. 연소실연결관(510)은 상부연소구본체(451)의 열교환실연결공(451b)와 연결된다.

본 발명에 따른 화목보일러(1)의 연소실(400)은 화목연료가 3차에 걸쳐 연소가 진행된다. 이에 의해 화목연료의 90% 이상이 완전연소될 수 있다.

연소실(400)은 외부하우징(100) 내부에 배치되는 연소실본체(410)와, 연소실본체(410)의 하부에 배치되며 상면에 화목연료가 적재되는 연료적재판(420)과, 연료적재판(420)의 하부에 배치되는 재배출트레이(430)와, 연료적재판(420)의 양측면에 배치되어 2차 연소가 일어나도록 하는 하부연소구(440)와, 연료적재판(420)의 상부에 배치되어 3차 연소가 일어나도록 하는 상부연소구(450)를 포함한다.

연소실본체(410)는 전면은 연료투입도어(200) 및 재배출도어(300)에 의해 개폐가능하게 결합되고, 배면은 연소실연결관(510)에 의해 1차연소실(400)과 연결된다.

연료적재판(420)은 화목연료가 적재되도록 판상 재질로 형성된다. 연료적재판(420)의 판면에는 재배출도어(300)의 1차연소공기배출공(321)으로부터 배출된 외기가 유동되는 외기유동공(421)이 복수개 일정 길이로 형성된다. 화목연료가 적재된 상태에서 연료적재판(420)의 하부로부터 외기유동공(421)을 통해 외기가 화목연료로 공급되어 화목연료의 1차연소가 진행되게 된다.

화목연료가 쌓여 있는 경우, 하부에서 외기가 공급되므로 연료적재판(420)의 하부에 배치된 화목연료가 우선적으로 연소되게 된다. 이에 따라 1차 연소가 화목연료 전체에서 일어나지 않고 하부에서 국부적으로 일어나게 된다. 따라서, 연소실(400) 내부에서 화목연료의 연소가 국부적으로 발생되므로 과연소가 일어나지 않게 된다.

하부에 배치된 화목연료의 연소가 완료되면 자중에 의해 상부에 배치된 연료가 아래로 이동되며 연속하여 연소가 이루어지므로 별도의 연료 공급수단이 요구되지 않는다.

연료적재판(420)에는 복수개의 지지레그(423)가 결합된다. 지지레그(423)는 연료적재판(420)이 연소실(400) 바닥면과 일정간격 이격되게 위치하도록 지지한다. 연료적재판(420)과 연소실(400) 바닥면 사이에는 재배출트레이(430)가 배치된다. 재배출트레이(430)는 화목연료의 연소에 의해 생성된 재가 연료적재판(420)의 외기유동공(421)을 통해 낙하되어 내부에 수용된다. 작업자는 청소를 위해 재배출도어(300)를 개방한 후 재배출트레이(430)를 외부로 배출하여 재를 제거한 후 다시 연소실(400) 내부에 삽입할 수 있다.

하부연소구(440)는 연료적재판(420)의 양측면에 구비되어 1차 연소가 진행된 화염과 연소가스로 외기를 다시 공급하여 2차 연소가 진행되도록 한다. 하부연소구(440)는 연료적재판(420)과 연소실(400)의 양측벽 사이에 배치된다. 하부연소구(440)는 외기가 유동되는 하부연소구본체(441)와, 재배출도어(300)로부터 외기를 유입받아 하부연소구본체(441)로 공급하는 하부공기유입관(443)을 포함한다.

하부연소구본체(441)는 일정 체적을 갖는 함체 형태로 형성된다. 하부연소구본체(441)의 상면은 연료적재판(420)을 향해 하향되게 경사면이 형성된다. 하부연소구본체(441)의 상면에는 외기를 배출하는 하부공기배출공(445)이 일정간격으로 복수개 형성된다.

하부공기유입관(443)은 하부연소구본체(441)의 전면에 일정길이 연통되게 형성되어 재배출도어(300)로부터 유입된 공기를 하부연소구본체(441)의 내부로 고르게 유입시킨다. 이 때, 하부공기유입관(443)은 연소실(400)의 내측방향으로 일정 길이를 갖게 연장형성되므로 재배출도어(300)로부터 유입된 외기는 하부공기유입관(443)을 따라 이동되며 1차 연소에 의해 발생된 화염에 의해 가열되게 된다.

뜨겁게 가열된 외기는 하부공기배출공(445)을 통해 화염과 연소가스로 공급되어 2차 연소가 진행되도록 한다.

상부연소구(450)는 연료적재판(420)에서 연소된 연소가스가 연소실연결관(510)으로 이동되는 경로상에 배치된다. 상부연소구(450)는 연소실연결관(510)으로 토출되는 연소가스와 화염으로 외기를 다시 한번 공급하여 3차 연소가 진행되도록 한다. 도 4는 상부연소구(450)의 구성을 도시한 사시도이다.

상부연소구(450)는 외기가 유동하는 상부연소구본체(451)와, 상부연소구본체(451)의 하부로 연장형성되는 좌우 한 쌍의 공기배출레그(453)와, 상부연소구본체(451)의 하부에 결합되어 연소가스를 연소실연결관(510)으로 이동시키는 배기공기배출관(457)을 포함한다.

도 2와 도 4에 도시된 바와 같이 상부연소구본체(451)는 상방향으로 갈수록 면적이 좁아지는 뾰족한 형태로 형성된다. 상부연소구본체(451)의 일단부에는 송풍기결합공(451a)이 관통형성되고, 타단부에는 열교환실연결공(451b)이 관통형성된다. 상부연소구본체(451)의 일단부는 송풍기(250)의 외기연소구공급관(255)에 결합되어 외기를 공급받는다.

상부연소구본체(451)의 하단면에는 연소실연결관(510) 측을 향해 일정각도 경사지게 형성된 배기가스안내경사면(452)이 형성된다. 배기가스안내경사면(452)은 송풍기결합공(451a)가 형성된 일단부로부터 타단부를 향해 우상향된 형태로 경사지게 형성된다. 이에 따라 가열된 뜨거운 연소가스가 상승기류를 형성하며 보다 원활하게 이동될 수 있다.

한 쌍의 공기배출레그(453)는 상부연소구본체(451)의 양측에 하부방향으로 각각 연장형성된다. 한 쌍의 공기배출레그(453)는 중공형상으로 형성되며 상부연소구본체(451)와 내부가 연통되게 형성된다. 공기배출레그(453)의 내측판면에는 길이방향을 따라 일정간격으로 상부공기배출노즐(455)이 구비된다. 상부공기배출노즐(455)은 2차연소가 완료된 후 1차열교환실(500)로 이동되는 연소가스와 화염에 외기를 다시 공급한다.

여기서, 한 쌍의 공기배출레그(453) 사이에는 이격 공간이 형성되고, 이격 공간으로 상부공기배출노즐(455)이 외기를 공급하여 3차 연소가 진행된다. 3차 연소가 완료된 연소가스는 열교환실연결공(451b)를 통해 1차열교환실(500)로 이동된다.

상부연소구본체(451)의 하부에는 배기공기배출관(457)이 일정 길이 형성된다. 배기공기배출관(457)은 하부로부터 이동되어 온 연소가스가 3차 연소가 진행된 후 열교환실연결공(451b)으로 이동되도록 외기를 공급한다. 즉, 배기공기배출관(457)에서 발생된 외기의 압력에 의해 3차연소가 완료된 연소가스의 뒤쪽에서 외기가 공급되어 강제로 열교환실연결공(451b)로 이동되게 된다.

배기공기배출관(457)은 3차연소를 방해하지 않는 길이로 구비된다. 배기공기배출관(457)은 송풍기(250)의 외기연소구공급관(255)에 연결되어 외기를 공급받아 연소가스로 공급한다.

1차열교환실(500)은 연소실(400)과 이격되게 배치되어 연소가스와 화염이 내부를 순환하며 난방수와 1차 열교환되도록 한다. 1차열교환실(500)은 연소실연결관(510)과 연결되어 연소실(400)로부터 고온의 연소가스와 화염이 공급된다. 1차열교환실(500) 내부에는 난방수가 순환되는 복수개의 난방수파이프(520)와, 1차열교환실(500)을 순환한 연소가스가 2차열교환실(600)로 이동되는 연소가스수직이동관(530)이 구비된다.

난방수파이프(520)는 1차열교환실(500)의 내부에 가로방향으로 복수개가 구비된다. 난방수파이프(520)는 1차열교환실(500)을 감싸고 있는 난방수가 순환할 수 있도록 형성된다. 난방수파이프(520)는 1차열교환실(500) 내부를 순환하는 연소가스와 난방수가 직접 접촉되며 열교환이 이루어지도록 한다.

연소가스수직이동관(530)은 1차열교환실(500)에 수직한 방향으로 배치되어 1차열교환실(500)을 순환한 연소가스를 2차열교환실(600)로 안내한다. 연소가스수직이동관(530)은 1차열교환실(500)의 좌우측에 수직하게 배치된 한 쌍의 수직분기관(531)과, 한 쌍의 수직분기관(531)이 병합되어 형성되는 수직병합관(533)으로 형성된다.

수직분기관(531)과 수직병합관(533)은 역Y자 형상으로 형성되어 연소가스를 2차열교환실(600)로 안내한다. 수직분기관(531)은 1차열교환실(500)의 좌우에 수직하게 배치되므로 도 7에 도시된 바와 같이 연소실연결관(510)으로 배출된 연소가스가 1차열교환실(500) 내부를 충분히 순환한 후에 유입되게 된다.

즉, 연소실연결관(510)이 1차열교환실(510)의 가운데 영역에 배치되므로 이를 통해 배출된 연소가스는 상방향으로 이동하게 된다. 이 때, 수직분기관(531)의 유입구(531a)는 1차열교환실(510)의 하부영역에 배치되므로 연소가스는 1차열교환실(510)을 중간영역에서 상방향, 그리고 다시 하부방향으로 순환한 후 수직분기관(531)으로 유입된다.

따라서, 연소가스가 1차열교환실(500) 내부에 체류하는 시간이 길어지므로 난방수와 열교환이 충분히 이루어지게 된다. 수직병합관(533)의 상부영역은 2차열교환실(600)의 바닥면으로 연결된다.

2차열교환실(600)은 1차열교환실(500)의 상부영역에 배치되어 난방수와 연소가스가 2차 열교환이 이루어지도록 한다. 2차열교환실(600)은 바닥면이 수직병합관(533)과 연통되게 형성된다. 2차열교환실(600) 내부에는 1차열교환실(500)로부터 유입된 연소가스를 연통(700)으로 안내하는 연소가스수평이동관(610)이 구비된다. 연소가스수평이동관(610)은 일정 길이를 갖는 함체 형태로 형성된다.

연소가스수평이동관(610)의 양측면에는 연소가스가 유입되는 측면유입구(613)가 일정크기로 형성된다. 이에 의해 2차열교환실(600)의 바닥면으로부터 유입된 연소가스가 바로 측면유입구(613)로 이동되지 못하고, 2차열교환실(600) 내부를 순환한 후 측면유입구(613)로 이동되게 된다. 따라서, 2차열교환실(600) 내부에 연소가스가 체류하는 시간이 길어지므로 난방수와 열교환시간이 길어지게 된다.

연통(700)은 연소가스수평이동관(610)의 단부와 연결되어 연소가스를 외부로 배기시킨다. 연통(700)에는 배기팬(미도시)이 구비되어 기류를 형성한다. 배기팬(미도시)의 회전에 의해 형성된 부압에 의해 1차열교환실(500)로 유입된 연소가스가 연소가스수직이동관(530)과 연소가스수평이동관(610)을 따라 이동되게 된다.

이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 화목보일러(1)의 작동과정을 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명한다. 여기서, 도 1과 도 5에는 연소가스의 이동경로를 화살표로 도시하였다. 도 6은 화목보일러(1)의 전면에서 연소실(400) 내부를 이동하는 연소가스의 흐름을 도시하였고, 도 7은 화목보일러(1)의 배면에서 열교환실(500,600)을 순환하는 연소가스의 흐름을 도시하였다.

사용자는 연료투입도어(200)를 개방하고 연료적재판(420)에 화목연료를 적재한다. 연료의 연소에 따라 자중으로 공급되고, 국부적으로 연소가 일어나므로 한꺼번에 많은 연료를 연료적재판(420)에 적재해도 과연소가 일어나지 않는다.

연료적재판(420)에 적재된 화목연료에 불을 붙이고, 연료투입도어(200)를 닫는다. 그리고, 전원의 공급에 따라 송풍기(250)와 배기팬(미도시)기 작동한다. 송풍기(250)의 구동에 따라 외기도어공급관(253)과 외기연소구공급관(255)으로 외기가 공급된다. 외기도어공급관(253)으로 공급된 외기는 재배출도어(300)를 통해 연소실(400) 내부로 공급된다.

1차연소공기배출공(321)으로 배출된 외기는 연료적재판(420)으로 직접 공급되어 연료가 1차 연소되도록 한다. 1차 연소에 의해 발생된 화염과 연소가스는 상방향으로 이동된다.

이 때, 2차연소공기배출공(322)을 통해 배출된 외기는 하부공기유입관(443)으로 유입된 후 하부연소구본체(441)의 하부공기배출공(445)으로 배출된다. 하부공기배출공(445)에서 배출된 외기는 하부공기유입관(443)을 따라 이동되며 뜨겁게 가열된 상태이므로 1차 연소시 불완전 연소된 연소가스는 가열된 산소의 공급으로 연소조건이 충족되어 2차 연소가 일어나게 된다.

2차연소가 진행된 고온의 화염과 연소가스는 상방향으로 이동되어 연소실연결관(510) 측으로 이동한다.

한편, 송풍기(250)에서 발생된 외기 중 외기연소구공급관(255)으로 이동한 외기는 상부연소구본체(451) 내부로 유입되고, 공기배출레그(453)로 이동된다.

이 때, 2차연소된 연소가스는 상부연소구(450)의 배기가스안내경사면(452)을 따라 이동하게 되고, 좌우에 배치된 공기배출레그(453)로부터 뜨겁게 가열된 외기를 다시 공급받게 된다. 2차 연소 후에도 잔존하는 미량의 불완전 연소가스는 가열된 산소의 공급으로 3차 연소가 이루어져 불완전 연소와 기존 화염이 더해 더욱 상승된 800∼1200℃의 고온의 화염으로 진행된다.

한편, 3차연소된 연소가스는 이동경로의 뒤쪽에 배치된 배기공기배출관(457)에서 배출되는 외기에 의해 열교환실연결공(451b)로 이동된다.

3차 연소된 고온의 화염과 연소가스는 연소실연결관(510)을 통해 1차열교환실(500)로 이동된다. 화염과 연소가스는 내부를 순환하며 난방수파이프(520)와 열교환이 이루어지고, 1차열교환실(500)을 감싸고 있는 난방수와 1차 열교환이 이루어진다. 이 때, 연소실연결관(510)으로 연소가스가 배출된 뒤 1차열교환실(500) 내부의 중간영역 및 상부영역을 지나 하부영역의 연소가스수직이동관(530)으로 이동되며 1차열교환실(500)에 체류하는 시간이 길어지므로 높은 열교환이 이루어지게 된다.

연소가스수직이동관(530)을 따라 2차열교환실(600)로 이동된 연소가스는 2차열교환실(600) 내부를 순환한 후 연소가스수평이동관(610)을 따라 이동하여 연통(700)을 통해 배기된다.

한편, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 화목보일러의 연소실 구조를 도시한 사시도이다.

앞서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화목보일러(1)는 하부연소구(440)가 연료적재판(420)의 양측에 구비되어 1차 연소가 완료된 화염과 연소가스의 상방향으로 외기를 공급하였다.

이 경우, 양측에서 외기가 공급되므로 외기공급량이 많아 과연소의 우려가 있었다.

이에 본 발명의 다른 실시예에 따른 화목보일러(1)는 하부연소구(440) 대신 연료적재판(420)의 상면 가운데 영역에 중앙연소구(460)가 구비된다. 중앙연소구(460)는 일정 길이를 갖는 중앙연소구본체(461)와, 중앙연소구본체(461)와 송풍기(250)를 연결하는 중앙송풍기연결관(465)을 포함한다. 중앙연소구(460)의 상면에는 외기를 공급하는 중앙공기배출구(463)가 일정간격으로 복수개가 형성된다.

중앙송풍기연결관(465)은 송풍기(250)와 직접 연결되어 외기를 공급받는다. 즉, 이 경우 재배출도어(300)를 통해 공기가 유입되는 구조가 생략된다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 다른 실시예에 따른 화목보일러는 1차 중앙송풍기연결관(465)을 통해 배출된 외기에 의해 1차 연소가 이루어지고, 상부연소구(450)에 의해 2차 연소가 이루어지게 된다.

이상에서 설명된 본 발명의 화목보일러의 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.

1 : 화목보일러 100 : 외부하우징
200 : 연료투입도어 250 : 송풍기
251 : 송풍기본체 253 : 외기도어공급관
255 : 외기연소구공급관 300 : 재배출도어
310 : 도어본체 320 : 도어공기유동챔버
321 : 1차연소공기배출공 322 : 2차연소공기배출공
400 : 연소실 410 : 연소실본체
420 : 연료적재판 421 : 외기유동공
423 : 지지레그 430 : 재배출트레이
440 : 하부연소구 441 : 하부연소구본체
443 : 하부공기유입관 445 : 하부공기배출공
450 : 상부연소구 451 : 상부연소구본체
451a : 송풍기결합공 451b : 열교환실연결공
452 : 배기가스안내경사면 453 : 공기배출레그
455 : 상부공기배출노즐 457 : 배기공기배출관
460 : 중앙연소구 461 : 중앙연소구본체
463 : 중앙공기배출구 465 : 중앙송풍기연결관
500 : 1차열교환실 510 : 연소실연결관
520 : 난방수파이프 530 : 연소가스수직이동관
531 : 수직분기관 533 : 수직병합관
600 : 2차열교환실 610 : 연소가스수평이동관
611 : 수평이동관본체 613 : 측면유입구
700 : 연통

Claims

화목보일러에 있어서,
화목연료가 투입되는 연료투입도어 및 상기 연료투입도어의 하부에 구비되는 재배출도어가 개폐가능하게 결합되며, 연소가스가 외부로 배기되는 연통이 결합된 외부하우징과;
상기 연료투입도어 및 상기 재배출도어와 연통되게 형성되며 화목연료가 연소되는 연소실과;
상기 연소실로 외기를 공급하는 송풍기와;
상기 연소실에서 연소된 연소가스가 이동하며 난방수와 1차 열교환이 진행되는 1차열교환실과;
상기 1차열교환실의 상부에 배치되며 상기 연통과 결합되고, 상기 1차열교환실을 경유한 연소가스가 이동하며 난방수와 2차 열교환이 이루어지는 2차열교환실을 포함하며,
상기 1차열교환실은,
상기 연소실과 연결되는 연소실연결관과;
연소가스의 이동방향에 가로방향으로 배치되며 내부에 난방수가 유동하는 난방수파이프와;
수직방향으로 서로 이격되게 배치되며 상기 연소실로부터 유입된 연소가스가 이동되는 복수개의 수직분기관과, 상기 복수개의 수직분기관이 병합되어 상기 2차열교환실의 바닥면으로 연결되는 수직병합관을 포함하는 것을 특징으로 하는 화목보일러.
제1항에 있어서,
상기 2차열교환실에는,
수평하게 배치되며 일측면에 상기 수직병합관으로부터 배출된 연소가스가 유입되는 측면공기유입구가 형성된 연소가스수평이동관이 구비되는 것을 특징으로 하는 화목보일러.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 연소실에는,
상기 송풍기로부터 공급된 외기에 의해 1차 연소가 진행된 화염과 불완전 연소가스에 가열된 외기를 공급하여 2차 연소가 진행되도록 하는 하부연소구와;
상기 하부연소구의 상부에 배치되며 2차 연소 후에 상기 1차 열교환실로 이동되는 화염과 불완전 연소가스에 가열된 외기를 공급하여 3차 연소가 진행되도록 하는 상부연소구가 구비되는 것을 특징으로 하는 화목보일러.
제3항에 있어서,
상기 외부하우징과 상기 연소실, 상기 1차열교환실 및 상기 2차열교환실 사이의 이격공간에는 난방수가 수용되는 것을 특징으로 하는 화목보일러.
제3항에 있어서,
상기 하부연소구는,
상기 송풍기와 연통되게 결합되며 내부에 공기가 유동되는 유동공간을 형성하는 상부연소구본체와;
상기 상부연소구본체의 좌우에서 서로 이격되게 하부방향으로 연장형성되는 한 쌍의 공기배출레그와;
상기 한 쌍의 공기배출레그의 마주보는 내측 판면에 일정간격으로 형성되어 상기 한 쌍의 공기배출레그 사이로 유동되는 화염과 불완전 배기가스로 외기를 배출하여 완전연소를 유도하는 상부공기배출노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 화목보일러.
제3항에 있어서,
상기 하부연소구는,
상기 연소실의 하부공간의 양측벽에 구비되며 내부에 공기가 유동되는 유동공간을 형성하는 하부연소구본체와;
상기 하부연소구본체와 연통되게 결합되며 상기 송풍기로부터 외기를 공급받는 하부공기유입관과;
상기 하부연소구본체의 상부에 일정간격으로 구비되어 외기를 1차 연소된 화염과 연소가스로 공급하는 하부공기배출공을 포함하는 것을 특징으로 하는 화목보일러.