KR101295328B1 - 회전가능한 화격자 구조를 가지는 펠릿 보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외부로부터 펠릿을 보일러에 공급하는 연료공급부(110); 상기 연료공급부(110)로 공급받은 펠릿의 양을 조절하고 보일러 내부에 형성된 연소부로 이송하는 이송부; 상기 이송부에 의해 연소부로 이송된 펠릿을 점화하는 점화부; 상기 이송부에 의해 공급받은 펠릿의 최적에 연소를 위해 연소 중에는 내부에 형성된 통풍구를 통해 공기가 유입되어 열효율을 높여주고, 연소가 완료되면 연소부에 쌓여있는 펠릿 재를 청소하기 위해 경사지도록 화격자모터에 의해 제어되는 회전가능한 화격자 구조를 구비하는 연소부; 상기 연소부에 의해 발생한 열을 흡수하는 열교환부; 상기 연소부에서 발생하는 연소 연기를 보일러 외부로 배출하는 배기부; 및 상기 연소 연기로 인한 재를 제거하고 수용하는 재받이부;로 구성하는 것을 특징으로 하는 회전가능한 화격자 구조를 가지는 펠릿 보일러에 관한 것이다.

Description

회전가능한 화격자 구조를 가지는 펠릿 보일러{A PELLET BOILER WITH A ROTATABLE GRATE}

본 발명은 펠릿을 연료로 사용하는 펠릿 보일러에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연소부에서 연소 후 남은 펠릿 재를 용이하게 처리하여 열효율 저하를 방지할 수 있는 회전가능한 화격자 구조를 가지는 펠릿 보일러에 관한 것이다.

일반적으로, 보일러는 본체의 구조, 노의 위치, 물의 순환방식, 사용되는 연료의 종류 등에 따라 다양한 형태로 분류되는데 이 중에서 사용되는 연료에 따라 보일러를 구분하면, 중유나 경유를 연료로 하는 기름보일러, 가스를 연료로 하는 가스보일러, 목재를 연료로 하는 화목보일러 등으로 나눌 수 있다.

이 외에도 제철소의 고로가스·코크스로가스의 폐가스와 폐열, 원자로 핵분열의 열, 태양열 등을 열원으로 하는 보일러도 있다.

이처럼 구분된 상기한 보일러 중에서도 기름보일러와 가스보일러는 연료의 공급이 원활한 장점으로 인하여 도심지에 거주하는 일반 가정에서 주로 많이 사용되는데, 기름보일러의 경우에는 열효율이 좋고 안전성이 뛰어난 장점이 있고, 특히 도시가스(LNG)를 연료로 하는 가스보일러의 경우에는 유지비가 저렴한 장점이 부가되어 사용하는 가정이 점차적으로 많아지고 있는 실정에 있다.

그러나, 상기한 가스보일러는 많은 사람들이 거주하는 도심지의 경우에 국한되어 설치 및 사용됨으로써, 인가가 적은 외딴 지역에는 사용하기 어려운 폐단이 있었다.

즉, 대부분의 농어촌과 같이 인구밀도가 낮거나 사람들의 발길이 많지 않은 곳은 도심지에 비해 상대적으로 도시가스의 보급율이 저조하므로, 비교적 저렴한 가격의 LNG연료가 사용되는 가스보일러는 사용이 불가능한 것이다.

더욱이, 기름보일러는 상대적으로 연료비가 비싸기 때문에 농어촌에서는 그 유지비를 감당하기가 어려운 문제가 있었다.

따라서, 농어촌에서는 연료비를 줄이기 위한 목적으로 기름 대체용인 연탄이나 장작과 같은 나무 등을 이용하기도 하고, 버려지는 폐목 등을 펠릿화하여 연료로서 사용할 수 있는 펠릿 보일러도 사용되고 있는 실정이다.

종래의 펠릿 보일러는 펠릿을 연소시키기 위한 연소부가 구비되며, 연소부의 하부에는 연소된 재가 수집되게 하는 재 재처리부가 설치되고, 연소부의 상부에는 연소가스 등이 배출되기 위한 배출구와 물탱크가 설치되어, 상기 물탱크 내의 물을 상기 연소실에서 발생되는 고열로 덥힌 후 난방용 온수 등 생활 용수로 사용할 수 있도록 하는 것이다.

그러나 폐목 등을 펠릿화하여 연로로 사용할 경우, 폐목등에 혼합되어 있는 타지않는 불순물이나 플라스틱의 잔류물등, 일명 펠릿 재가 연소실 바닥에 누적되어 불꽃이 잘 착화되지 않고 연소 중 소화되는 문제가 있었다.

또한, 본 출원인에 의해 선출원되어 등록 된 등록특허 10-1080552호의 발명은 연소부에서 톱밥이 연소된 후 연소판에 잔존하는 잔류물을 소정간격으로 스크래핑함으로써, 연소실에서 톱밥의 연소가 지속적으로 일어날 수 있도록 한 기술이 개시되어 있다.

도1 내지 도2는 상기 본 출원인에 의한 등록특허의 발명에 따른 연소장치에서의 연소부의 측단면을 개략적으로 도시한 구성도이다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 보일러의 온도가 사용자가 설정한 온도에 이를 때까지, 펠릿이송부(10)에 의해 펠릿이 지속적으로 공급되어 연소판(20)위에 안착되어 연소되고, 연소판 하단의 공기구멍(21)을 통해서 연소를 위한 공기가 공급된다. 보일러의 온도가 일정 온도까지 상승하면, 펠릿의 공급이 중단되고, 연소판에 잔존하는 펠릿은 완전히 연소된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 펠릿이 완전히 연소되면 열감지센서에 의해 소화여부를 체크한 후, 기어(30)와 결합한 모터의 회전으로 기어와 맞물린 이동막대(40)가 전진하고, 상기 이동막대에 체결된 연소판(20)도 동시에 전진한다. 상기 연소판(20)이 이동함에 따라 연소로 측면에 형성된 격벽(50)에 의하여 연소판(20)의 표면이 스크래핑되고, 스크래핑된 펠릿 재는 연소판(20)의 중간에 형성된 절개부(60)를 통해서 재받이로 떨어지게 된다.

그러나 완전히 연소된 펠릿 재는 스크래핑 하는 과정에서 완전히 바닥으로 떨어지지 않고 연소판(20)과 격벽(50) 사이의 틈에 여전히 소량이 존재하게 되며, 또한 상기 공기구멍(21)을 막아 청소를 해주지 않으면 열효율이 떨어져 사용상의 불편함을 초래하게 된다.

이에 따라, 펠릿형 톱밥을 사용하면서도 지속적으로 연소가 가능하도록 펠릿 재를 제거할 수 있는 개선된 구조의 연소실과 이를 이용한 새로운 톱밥 펠릿 보일러에 대한 요구가 계속되고 있다.

본 발명의 목적은 펠릿의 지속적인 연소가 가능한 구조의 화격자를 구비하고, 화격자의 회전으로 펠릿의 연소시 발생하는 펠릿 재를 재받이부로 낙하시킴과 아울러 화격자의 회전시 화격자 상의 통풍구도 자동으로 청소되도록 하여 화격자의 청소에 따른 불편함을 덜 수 있도록 된 회전가능한 화격자 구조를 가지는 펠릿 보일러를 제공하는 것이다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은, 외부로부터 펠릿을 보일러에 공급하는 연료공급부; 상기 연료공급부로 공급받은 펠릿의 양을 조절하고 보일러 내부에 형성된 연소부로 이송하는 이송부; 상기 이송부에 의해 연소부로 이송된 펠릿을 점화하는 점화부; 상기 이송부에 의해 공급받은 펠릿을 연소시키는 연소부; 상기 연소부에 의해 발생한 열을 흡수하는 열교환부; 상기 연소부에서 발생하는 펠릿 연소 연기를 보일러 외부로 배출하는 배기부; 및 상기 연소로 남은 재를 수거하는 재받이부; 를 포함하여 이루어진 펠릿 보일러 있어서,

상기 연소부는 연소부격벽에 고정되고 다수의 철부(凸部)가 형성되는 고정화격자와, 화격자모터에 의해 제어되고 상기 고정화격자와 치결합되도록 다수의 요부(凹部)가 형성된 회전화격자로 구성되되, 상기 고정화격자 및 회전화격자 사이가 소정 간격 이격되어 통풍구가 형성되는 화격자를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 고정화격자와 상기 회전화격자는 각각의 형상에 대응되도록 내측에 관통형성되는 화격자공을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 화격자모터는 상기 회전화격자를 정역방향으로 회전제어 할 수 있도록 내부에 자석과 리드스위치를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 회전가능한 화격자 구조를 가지는 펠릿 보일러에 의하면, 화격자 내부에 통풍구를 형성하여 화격자 상단에 쌓인 펠릿에 연소를 도와주고, 펠릿이 완전히 연소된 후에 화격자를 경사지게 하여 연소부 내부에 잔존하는 펠릿 재를 화격자 재받이로 낙하시켜 청소하여 편의를 제공하고, 청소된 화격자에 새로운 펠릿을 수용할 수 있어, 연소부 내부의 펠릿 재를 제거함과 동시에 펠릿의 연소를 효율적으로 진행 할 수 있다.

도 1은 종래 팰릿보일러의 연소부를 개략적으로 도시한 구성도
도 2는 종래 팰릿보일러에서 펠릿 재를 스크래핑을 하는 과정을 도시한 구성도
도 3은 본 발명에 따른 화격자 구조를 가진 펠릿 보일러의 개요도
도 4는 도 3에 도시된 화격자의 분리 사시도
도 5는 도 3에 도시된 화격자의 평면도
도 6은 도 3에 도시된 화격자가 기울어진 연소부의 구성도
도 7은 도 3에 도시된 화격자와 화격자모터의 결합을 도시한 내부 사시도
도 8은 도 3에 도시된 화격자와 화격자모터의 결합을 도시한 저면도

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. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

도 3은 본 발명에 따른 회전가능한 화격자 구조를 가지는 펠릿 보일러의 개요도를 도시한 것으로, 외부로부터 펠릿을 보일러에 공급하는 연료공급부(110); 상기 연료공급부(110)로 공급받은 펠릿의 양을 조절하고 보일러 내부에 형성된 연소부로 이송하는 이송부; 상기 이송부에 의해 연소부로 이송된 펠릿을 점화하는 점화부; 상기 이송부에 의해 공급받은 펠릿의 최적에 연소를 위해 연소 중에는 화격자 내부에 형성된 통풍구를 통해 공기가 유입되어 열효율을 높여주고, 연소가 완료되면 연소부에 쌓여있는 펠릿 재를 청소하기 위해 경사지도록 회전하는 화격자(141)를 구비하는 연소부; 상기 연소부에 의해 발생한 열을 흡수하는 열교환부; 상기 연소부에서 발생하는 연소 연기를 보일러 외부로 배출하는 배기부; 및 상기 연소 연기로 인한 재를 제거하고 수용하여 수거하는 재받이부; 로 구성되어 있다.

내부에 펠릿을 이동시키는 스크류(도시되시 않음)가 형성되어 있는 연료공급부(110)는 외부 저장장치로부터 펠릿을 공급받아 로터리벨브(121)로 전달한다.

상기 연료공급부(110)와 접하는 상기 로터리벨브(121)는 연료공급부의 내부 스크류를 통해 이동된 펠릿을 안쪽에 형성된 회전 가능한 내부 날개를 통해 내부이송로(122)에 떨어뜨릴 펠릿 양을 조절한다.

상기 로터리밸브(121)와 접하고 경사면이 형성되어있는 내부이송로(122)는 상기 로터리밸브(121)에서 조절되어 떨어지는 펠릿을 화격자(141)로 전달하여 안착시킨다.

상기 화격자(141)의 측면에 형성되어 외부 전원의 입력에 의해 작동하는 카트리지 히터 종류의 전기히터 열풍방식으로 공기를 예열하는 점화히터(131)는 화격자 상단에 안착된 펠릿을 1.5분 ~ 2분 사이에 점화 시킬 수 있다.

상기 점화히터(131)의 상단에 결합되는 송풍기(133)는 점화히터에 의해 가열된 공기를 점화히터틈(132)을 통하여 화격자 상단에 안착된 펠릿에 전달시켜 점화를 일으키도록 유도한다.

상기 내부이송로(122)의 경사면을 따라 이동된 펠릿이 안착되어 점화 및 연소가 일어나는 장소인 화격자(141)는 연소부격벽(135)에 의해 고정되는 고정화격자(142)와 화격자모터(180)와 결합하여 회전이 가능한 회전화격자(143)로 구성되어 있다.

도4에서 도시된 바와 같이, 화격자(141)의 양측에 설치된 고정화격자(142)는 다수의 철부(凸部)(148)로 형성되어 연소부격벽(135)과 나사에 의해 고정되고, 상기 양측의 고정화격자(142)와 치결합되도록 다수의 요부(凹部)(149)가 형성된 회전화격자(143)는 한 쪽 단부에 화격자모터(180)와 결합할 수 있는 모터결합홈(145)이 형성되고 반대쪽 단부에는 원통형 구멍이 형성되어 있는 연소부격벽(135)에 끼워져 회전될 수 있도록 원통형의 화격자단부(144)가 형성되어 상기 화격자모터(180)에 의해 상기 회전화격자(143)의 위치각이 제어되고 회전 될 수 있다.

또한, 상기 고정화격자(142)와 회전화격자(143)를 서로의 치결합(齒結合)하도록 위치시킨 후 소정 간격으로 이격하여 연소에 필요한 공기를 화격자 상단에 안착된 모든 펠릿에 골고루 제공하는 통풍구(146)를 형성하여 열효율을 높이고, 아울러 상기 회전화격자(143)가 상기 소정의 간격을 통해 원활하게 회전될 수 있다.

또한, 도 5에서 도시된 바와 같이, 상기 회전화격자(143)와 고정화격자(142)의 내부에는 각각의 형상의 모습에 대응하도록 내부에 통풍구를 만들어 펠릿의 연소를 도와 줄 수 있도록 화격자공(147)을 형성하게 할 수 있다.

도 6 내지 7에서 도시된 바와 같이, 보일러 온도가 사용자에 의해 설정된 온도보다 높아지거나 보일러의 턴오프시 상기 화격자(141)의 상단에 쌓인 완전 연소된 팰릿 재를 청소하기 위해 화격자모터(180)가 작동하여 상기 회전화격자(143)를 경사지도록 회전시키고, 또한 상기 송풍기(133)가 최고 출력으로 작동하여 연소부격벽(135)의 내부로 연결되는 연소구멍(134)으로 바람을 블로잉하여 화격자에 위치하는 팰릿 재를 떨어뜨려 화격자 재받이(174)로 낙하하게 된다.

또한 도 8에서 도시된 바와 같이, 상기 고정화격자(142)와 회전화격자(143)는 서로 수평하게 정위치로 배열된 상태에서 화격자모터(180)의 내부에 형성되어 있는 자석(181)과 리드스위치(182)는 서로 가장 가까운 거리에 위치하도록 조정되어 있고, 회전화격자(143)가 회전 된 후 상기 자석(181)과 리드스위치(182)를 이용하여 상기 회전화격자(143)의 역회전시 상시 정위치 시킬 수 있도록 위치제어를 할 수 있다.

상기 연소부의 상측이나 측방에 위치하여 연소부에서 발생하는 열을 흡수하는 상기 열교환부는 내부에 열전도율이 높은 액체로 형성되는 열교환매체(151)와 상기 열교환매체(151)의 내부에 수용되어 상기 열교환매체(151)와 열교환에 의해 난방과 온수를 제공하는 다수의 열교환 파이프(152)와 상부에 위치하는 더운 열교환매체(151)가 하부 쪽으로 순환되게 하여 열효율을 증가시키는 관체순환펌프(153)로 구성된다.

상기 배기부는 상기 연소부에서 발생하는 펠릿 연소 연기가 보일러 외부로 배출되는 배기구(162)와 연소부의 열기가 외부로 직접 빠져나가지 못하도록 상기 열교환부의 최상측에 입구가 위치하고 배기구에 출구가 위치하는 원통형 모양의 상하로 2개가 형성된 절연면연관(161)과 펠릿 연소 연기가 연소부에서 상기 절연면연관(161)을 통과하여 상기 배기구(162)로 배출되도록 압력차를 증가시키는 배기팬(163)으로 구성된다.

상기 재받이부는 상기 절연면연관(161)의 내측면에 대응하여 스프링 모양으로 형성되고 절연면연관(161)에 접하는 청소스프링(172)과 상기 절연면연관(161)의 내부에 달라붙는 팰릿 재를 긁어내기 위하여 상기 청소스프링(172)에 동력을 전달하여 상하로 슬라이딩 시키는 절연면 청소모터(171)와 상기 절연면연관(161)에서 상기 청소스프링(172)에 의해 분리되어 낙하하는 팰릿 재를 수용하는 절연면연관 재받이(173)와 상기 경사지도록 기울어진 화격자(141)로부터 낙하되는 팰릿 재를 수용하는 화격자 재받이(174)로 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 회전가능한 화격자 구조를 가지는 펠릿 보일러 의 작동과정을 설명한다.

상기 보일러의 온도가 사용자가 설정한 온도 보다 낮으면 턴온되고, 연료 공급부(110)와 이송부에 의해 펠릿의 양이 제어되고 공급되어 화격자(141) 상단으로 펠릿이 유도된다. 상기 화격자(141) 상단에서 점화된 펠릿은 열과 연기를 발생하고, 상기 열은 열교환부에서 흡수되어 난방과 온수를 제공하고 연기는 상기 배기부에 의해 배기구를 통해 보일러 외부로 배출된다.

또한 상기 보일러 내부의 온도가 사용자가 설정한 온도보다 높거나 턴오프 되면 화격자(141)에 제공되는 펠릿은 이송부에 의해 제어되어 공급이 중단되고, 상기 화격자(141)의 상단에 있는 기존의 펠릿은 완전 연소하게 된 후 화격자모터(180)에 의해 회전화격자(143)가 경사지게 회전되어 펠릿 재가 화격자 재받이(174)로 낙하하게 된다. 또한 연소 중인 펠릿에서 연기와 함께 발생되고 보일러 외부로 배출 되지 못하여 절연면연관(161)에 붙은 일부 펠릿 재는 상기 청소스프링(172)의 상하 슬라이등 운동으로 제거되어 절연면연관 재받이(173)로 낙하하게 된다. 상기 화격자 재받이(174)와 절연면연관 재받이(173)에 쌓인 펠릿 재는 후 사용자에 의해 비워지게 된다.

이상에서 설명된 본 발명의 회전가능한 화격자 구조를 가지는 펠릿 보일러의 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.

110 : 연료공급부 121 : 로터리밸브
122 : 내부이송로 131 : 점화히터
132 : 점화히터틈 133 : 송풍기
134 : 연소구멍 135 : 연소부격벽
141 : 화격자 142 : 고정화격자
143 : 회전화격자 145 : 모터결합홈
146 : 통풍구 147 : 화격자공
148 : 철부(凸部) 149 : 요부(凹部)
151 : 열교환매체 152 : 열교환 파이프
153 : 관체순환펌프 161 : 절연면연관
162 : 배기구 163 : 배기팬
171 : 청소모터 172 : 청소스프링
173 : 절연면연관 재받이 174 : 화격자 재받이
180 : 화격자모터 181 : 자석
182 : 리드스위치

Claims (3)

1. 외부로부터 펠릿을 보일러에 공급하는 연료공급부(110); 상기 연료공급부로 공급받은 펠릿의 양을 조절하고 보일러 내부에 형성된 연소부로 이송하는 이송부; 상기 이송부에 의해 연소부로 이송된 펠릿을 점화하는 점화부; 상기 이송부에 의해 공급받은 펠릿을 연소시키는 연소부; 상기 연소부에 의해 발생한 열을 흡수하는 열교환부; 상기 연소부에서 발생하는 펠릿 연소 연기를 보일러 외부로 배출하는 배기부; 및 상기 펠릿 연소 연기로 인한 펠릿 재를 보일러 내부에서 제거하여 수거하는 재받이부; 로 형성된 펠릿 보일러 있어서,
   상기 연소부는 연소부격벽(135)에 고정되고 다수의 철부(凸部)(148)가 형성되는 고정화격자(142)와, 화격자모터(180)에 의해 제어되고 상기 고정화격자(142)와 치결합되도록 다수의 요부(凹部)(149)가 형성된 회전화격자(143)로 구성되되, 상기 고정화격자(142) 및 회전화격자(143) 사이를 소정 간격으로 이격하여 상기 고정화격자(142)와 상기 회전화격자(143) 사이에 통풍구(146)가 형성되는 화격자(141); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전가능한 화격자 구조를 가지는 펠릿 보일러
2. 제1 항에 있어서,
   상기 고정화격자(142)와 상기 회전화격자(143)는,
   각각의 형상에 대응되도록 내측에 관통형성되는 화격자공(147)을 형성하는 것을 특징으로 하는 회전가능한 화격자 구조를 가지는 펠릿 보일러
3. 제1 항에 있어서,
   상기 화격자모터(180)는,
   상기 회전화격자(143)를 정역방향으로 회전제어 할 수 있도록 내부에 자석(181)과 리드스위치(182)를 구비하는 것을 특징으로 하는 회전가능한 화격자 구조를 가지는 펠릿 보일러

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