KR101311464B1 - 고체 연료용 버너부 및 이를 포함하는 고체 연료용 보일러 - Google Patents

고체 연료용 버너부 및 이를 포함하는 고체 연료용 보일러 Download PDF

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Abstract

고체 연료용 보일러가 개시된다. 보일러는 고체 연료가 연소되는 버너부; 및 열 교환 유체가 순환하며, 상기 고체 연료의 연소에서 발생한 열이 제공되는 열 교환부를 포함하되, 상기 버너부는 상기 고체 연료가 연소되는 연소공간이 내부에 형성되고, 하면이 개방된 버너 용기; 및 상기 버너 용기를 받치며, 상기 버너 용기의 개방된 하면을 개폐하는 받침부를 포함한다.

Description

고체 연료용 버너부 및 이를 포함하는 고체 연료용 보일러{BURNER AND BOILER INCLUDING THE BURNER FOR SOILD FEUL}
본 발명은 보일러에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고체 연료를 연소하는 보일러에 관한 것이다.
석유 고갈로 인한 에너지 위기와 탄소 배출로 인한 지구 온난화 등으로 친환경 에너지에 대한 관심이 날로 증가한다. 펠릿(pellet)은 자연친화적인 연료로 석유등의 대체 에너지로 각광받고 있다. 펠릿은 목재 부산물을 작은 입자로 분쇄, 건조, 압축 성형한 작은 원통 모양으로, 주로 난방 연료로 사용된다.
한국등록특허 제10-1062471호에는 펠릿을 난방 연료로 사용하는 펠릿 연소시스템이 개시된다. 연소 시스템은 펠릿을 연소하는 펠릿 연소부를 포함한다. 펠릿 연소부에는 화격자가 형성된다. 펠릿의 반복 연소로, 화격자는 펠릿의 재로 메워진다. 재는 공기의 흐름을 방해하여 연소 효율을 떨으뜨리므로, 청소가 요구된다.
본 발명의 실시예들은 연소 효율을 향상시킬 수 있는 버너부를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 재를 용이하게 제거할 수 있는 버너부를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고체 연료용 보일러는 고체 연료가 연소되는 버너부; 및 열 교환 유체가 순환하며, 상기 고체 연료의 연소에서 발생한 열이 제공되는 열 교환부를 포함하되, 상기 버너부는 상기 고체 연료가 연소되는 연소공간이 내부에 형성되고, 하면이 개방된 버너 용기; 및 상기 버너 용기를 받치며, 상기 버너 용기의 개방된 하면을 개폐하는 받침부를 포함한다.
또한, 상기 받침부는 상기 연소공간과 연통되는 제1개구가 형성된 제1플레이트; 상기 제1플레이트의 하부에 위치하며, 상기 제1개구의 하부에 제2개구가 형성된 제2플레이트; 및 상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트 사이에 위치하고, 상기 고체 연료의 연소에서 발생한 재가 낙하하는 홀들이 형성되며, 상기 홀들이 형성된 영역이 선택적으로 상기 제1개구의 하부에 위치하도록 이동가능한 화격자를 포함할 수 있다.
또한, 상기 받침부는 상기 제2플레이트의 일측에 위치하며, 그 상부에 상기 화격자가 위치되면 상기 화격자의 홀들에 삽입되는 돌기들이 형성된 재떨이판을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 재떨이판은 상기 제2플레이트와 핀 결합되며, 상기 받침부는 상기 화격자와 함께 이동하며, 상기 재떨이판이 상기 제2플레이트와 동일 높이에 위치하도록 상기 핀을 중심으로 상기 재떨이판을 회전시키는 가이드 로드를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 화격자는 상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트 사이 공간에서 슬라이드 이동할 수 있다.
또한, 상기 버너부는 상기 제2플레이트의 하부에 위치하며, 상기 화격자의 홀들을 통해 낙하한 재가 회수되는 재받이를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고체 연료용 버너부는 고체 연료가 연소되는 연소 공간을 형성하며, 하면이 개방된 버너 용기; 상기 버너 용기가 놓이며, 상기 연소 공간과 연통하는 제1개구가 형성된 제1플레이트; 상기 제1플레이트의 하부에 위치하며, 제2개구가 상기 제1개구의 하부에 형성된 제2플레이트; 및 상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트 사이에 위치하고, 상기 고체 연료의 연소에서 발생한 재가 낙하되는 홀들이 형성되며, 상기 홀들이 형성된 영역이 상하방향으로 상기 제1개구와 동일 선상에 위치하는 제1지점과 상기 제1개구와 다른 선상에 위치하는 제2지점 중 어느 하나에 선택적으로 위치되도록 이동가능한 화격자를 포함한다.
또한, 상기 제2플레이트의 일측에 위치하며, 상기 화격자가 상기 제2지점에 위치하는 경우 상기 홀들에 삽입되는 돌기들이 형성된 재떨이판을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 재떨이판은 상기 제2플레이트와 핀 결합하며, 상기 화격자와 함께 이동하며, 상기 재떨이판이 상기 제2플레이트와 동일 높이에 위치하도록 상기 핀을 중심으로 상기 재떨이판을 회전시키는 가이드 로드를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 연소 공간에서 공기 유동이 원활하게 일어나므로 연소 효율이 향상된다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 화격자의 홀들에 메워진 재를 용이하게 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 연료용 보일러를 간략하게 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 받침부를 상부에서 바라본 사시도이다.
도 3은 도 1의 받침부를 상부에서 바라본 사시도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 화격자를 청소하는 과정을 순차적으로 나타내는 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고체 연료용 버너부, 그리고 이를 포함하는 고체 연료용 보일러를 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 연료용 보일러를 간략하게 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 고체 연료용 보일러(10)는 연소부(100)와 연료 공급부(200)를 포함한다. 연소부(100)는 고체 연료(P)를 연소시킨다. 고체 연료(P)의 연소 과정에서 발생한 열은 열 교환 유체와 열 교환된다. 고온으로 가열된 열 교환 유체는 난방 등에 사용된다. 연료 공급부(200)는 연소부(100)에 고체 연료(P)를 공급한다. 고체 연료(P)는 상온에서 고체 상태를 유지하는 연료로써, 펠릿(pellet), 석탄, 숯 그리고 코크스(cokes) 등을 포함한다. 본 실시예에서는 펠릿(P)을 고체 연료의 일 예로 설명한다. 펠릿(P)은 목재를 화학적 성분없이 분쇄 압축하여 만든 연료로, 1~2cm 정도의 크기로 제공된다. 이하, 각 구성에 대해 상세하게 설명한다.
연소부(100)는 연소 챔버(110), 버너부(120), 송풍부(131, 135) 그리고 열교환부(140)를 포함한다.
연소 챔버(110)는 내부에 공간이 형성된다. 연소 챔버(110)는 펠릿(P)의 연소과정에서 발생하는 가스 및 열이 외부로 방출되는 것을 차단한다. 연소 챔버(110)의 상단부에는 배기구(111)가 형성된다. 배기구(111)는 펠릿(P)의 연소과정에서 발생한 가스가 기 설정된 공간으로 배출되도록 안내한다.
연소 챔버(110)의 내부에는 버너부(120)가 위치한다. 버너부(120)는 펠릿(P)이 연소되는 연소 공간(B)을 형성한다. 버너부(120)는 버너 용기(121), 받침부(122) 그리고 재받이(123)를 포함한다.
버너 용기(121)는 상면 및 하면이 개방된 공간이 내부에 형성된다. 버너 용기(121)의 측벽에는 공기 유입홀(121a)들이 형성된다. 공기 유입홀(121a)들은 버너 용기(121)의 각 영역에 균일하게 형성될 수 있다. 공기 유입홀(121a)들은 버너 용기(121)의 내부와 외부의 공기 흐름을 원활하게 한다. 버너 용기(121)의 내부로 공기 유입은 펠릿(P)의 연소를 원활하게 한다.
받침부(122)는 버너 용기(121)의 하부에 위치하며, 버너 용기(121)를 지지한다. 받침부(122)와 버너 용기(121)의 조합으로, 버너 용기(121)의 내부에는 연소 공간(B)이 형성된다. 받침부(122)는 버너 용기(121)의 개방된 하면을 개폐한다.
도 2는 도 1의 받침부를 상부에서 바라본 사시도이고, 도 3은 도 1의 받침부를 상부에서 바라본 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 받침부(122)는 제1플레이트(151), 제2플레이트(152), 화격자(153), 재떨이판(154), 그리고 가이드 로드(156)를 포함한다.
제1플레이트(151)는 사각형상의 두께가 얇은 판으로 제공된다. 제1플레이트(151)의 상면에는 버너 용기(121)가 놓인다. 제1플레이트(151)에는 제1개구(151a)가 형성된다. 제1개구(151a)는 제1플레이트(151)의 상면으로부터 하면으로 연장되는 관통홀을 포함한다. 제1개구(151a)는 원형으로 제공될 수 있다. 제1개구(151a)는 연소 공간(B)의 단면에 상응하는 너비로 형성된다. 제1개구(151a)는 연소 공간(B)의 하부에 위치하고, 연소 공간(B)과 연통된다.
제2플레이트(152)는 제1플레이트(151)의 하부에 위치하며, 제1플레이트(151)와 소정 간격으로 이격된다. 제2플레이트(152)는 제1플레이트(151)에 상응하는 형상 및 너비를 갖는다. 제2플레이트(152)에는 제2개구(152a)가 형성된다. 제2개구(152a)는 제1플레이트(151)의 상면으로부터 하면으로 연장되는 관통홀을 포함함한다. 제2개구(152a)는 제1개구(151a)에 상응하거나 그보다 큰 너비를 갖는다. 제2개구(152a)는 사각 형상으로 형성될 수 있다. 제2개구(152a)는 제1개구(151a)의 하부에 형성된다.
화격자(153)는 사각형상의 두께가 얇은 판으로 제공되며, 제1플레이트(151)와 제2플레이트(152) 사이에 위치한다. 화격자(153)에는 홀(153a)들이 형성된다. 홀(153a)들은 슬릿 형상으로 형성될 수 있다. 홀(153a)들은 그 길이가 상이하게 형성될 수 있다. 홀(153a)들은 화격자(153)의 폭방향으로 화격자(153)의 중심영역에서 가장자리영역으로 갈수록 그 길이가 점차 짧아질 수 있다. 홀(153a)들이 형성된 영역은 제1개구(151a)의 너비에 상응하거나 그보다 작은 너비를 가질 수 있다. 홀(153a)들의 폭은 펠릿(P)의 폭보다 작게 제공될 수 있다. 이에 의해, 연소 공간(B)에 공급된 펠릿(P)들은 쉽게 홀(153a)들에 빠지지 않는다. 펠릿(P)은 연소 후 재로 변한다. 재는 홀(153a)들을 통해 재받이(123)로 낙하한다. 홀(153a)들의 형상 및 배치는 이에 한정되지 않으며, 다양하게 변경될 수 있다.
재떨이판(154)은 제2플레이트(152)의 일측에 위치한다. 재떨이판(154)은 사각 형상의 두께가 얇은 판으로 제공되며, 화격자(153)에 상응하는 면적을 가진다. 재떨이판(154)은 제2플레이트(152)의 일 단부와 핀(155) 결합한다. 재떨이판(154)은 핀(155)을 중심으로 회전가능하다. 재떨이판(154)의 상면에는 돌기(154a)가 형성된다. 돌기(154a)는 재떨이판(154)의 상면으로부터 상부로 돌출된다. 돌기(154a)는 홀(154a)들의 개수에 대응하여 복수개 형성되며, 홀(153a)들에 상응하는 형상을 가진다. 돌기(154a)들은 홀(153a)들에 삽입가능하다.
가이드 로드(156)는 제2플레이트(152)의 하부에 위치한다. 가이드 로드(156)는 연결 로드(157)를 통해 화격자(154)와 연결되며, 화격자(154)와 함께 이동가능하다.
받침부(122)의 하부에는 재받이(123)가 제공된다. 재받이(123)는 상면이 개방된 공간이 내부에 형성된다. 재받이(123)의 개방된 상면은 홀(122a)들이 형성된 받침부(122) 영역과 마주한다. 홀(122a)들을 통해 낙하된 재(A)는 재받이(123)에 수거된다.
송풍부(131, 135)는 외부 공기를 연소 챔버(110) 내부로 공급한다. 송풍부(131, 135)는 제1송풍부(131)와 제2송풍부(135)를 포함한다.
제1송풍부(131)는 점화용 고온 공기를 연소 공간(B)으로 공급한다. 송풍팬(132)의 구동으로 외부 공기가 송풍관(133)을 통해 연소 공간(B)에 공급된다. 송풍관(133)은 버너 용기(121)에 직접 연결된다. 송풍팬(132)이 제공된 영역에는 히터(미도시)가 제공될 수 있다. 히터는 송풍되는 공기를 고온으로 가열한다. 공기는 약 500℃이상으로 가열될 수 있다. 고온 공기가 소정 시간동안 공급되면 펠릿(P)이 점화된다.
제2송풍부(135)는 연소 챔버(110)의 내부로 외부 공기를 송풍한다. 송풍팬(136)의 구동으로 공기는 고압으로 공급될 수 있다. 연소 챔버(110) 내부에 유입된 공기는 공기 유입홀(121a)들을 통해 연소 공간(B)으로 유입되어 펠릿(P)의 연소를 원활하게 한다. 또한, 고압 공기는 강제 유동을 발생시켜 연소 챔버(110) 내부의 공기 흐름을 활발하게 한다.
열 교환부(140)는 버너 용기(121)의 상부에 위치한다. 열 교환부(140)의 내부에는 열 교환 유체가 순환하는 파이프(미도시)가 제공될 수 있다. 펠릿(P)의 연소 과정에서 발생한 열은 열 교환부(140)로 공급되며, 열 교환 유체와 열 교환된다. 가열된 열 교환 유체는 파이프를 통해 순환하며 난방 등에 제공된다. 열 교환 유체는 물과 공기를 포함한다.
연료 공급부(200)는 연소 공간(B)에 펠릿(P)을 공급한다. 연료 공급부(200)는 연료 저장조(210), 연료 이송부(220)를 포함한다.
연료 저장조(210)는 펠릿(P)을 저장하며, 저장된 펠릿(P)을 연료 이송부(220)에 공급한다. 연료 저장조(210)의 바닥면에는 투입구(211)가 형성된다. 펠리(P)은 투입구(211)를 통해 연료 이송부(220)에 공급된다.
연료 이송부(220)는 연료 저장조(210)에서 공급된 펠릿(P)을 연소 공간(B)으로 이송한다. 연료 이송부(220)는 연료 이송관(221), 이송 스크류(223), 구동기(224), 그리고 연료 공급관(225)을 포함한다.
연료 이송관(221)은 연료 저장조(210)의 하부에 위치한다. 연료 이송관(221)은 일부 영역이 개방되어 연료 저장조(221)의 투입구(221a)와 연결된다. 연료 이송관(221)은 버너 용기(121)에 인접할수록 그 높이가 점차 높아지도록 상향 경사지게 배치될 수 있다.
연료 이송관(221)의 내부에는 이송 스크류(223)가 제공된다. 이송 스크류(223)는 구동기(224)와 연결된다. 구동기(224)의 구동으로 이송 스크류(223)는 회전한다. 이송 스크류(223)의 회전으로 펠릿(P)은 연료 이송관(221)을 따라 이동한다.
연료 이송관(221)의 전단에는 연료 공급관(225)이 연결된다. 연료 공급관(225)은 하향 경사지게 배치되며, 토출구가 버너 용기(121)에 직접 연결된다. 연료 이송관(221)을 따라 이송된 펠릿(P)은 연료 공급관(225)을 통해 연소 공간(B)에 공급된다.
연소 공간(B)에서 연소된 펠릿(P)은 재로 변한다. 재는 대부분이 화격자(153)의 홀(153a)들을 통해 재받이(123)에 제공된다. 그러나, 펠릿(P)의 반복 연소로 연소 공간(B)에 잔류하는 재의 양이 늘어나고, 일부는 화격자(153)의 홀(153a)을 메운다. 이러한 재(A)는 연소 공간(B)에서의 공기 흐름을 방해하여 연소 효율을 떨어뜨리므로, 화격자(153)의 청소가 요구된다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 화격자를 청소하는 과정을 순차적으로 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 연소 공간(B)에서 펠릿의 연소가 일어나는 동안, 화격자(153)는 제1지점(D1)에서 펠릿(P)들을 지지한다. 화격자(153)의 영역 중 홀(153a)들이 형성된 영역은 제1지점(D1)에서 제1개구(151a)와 상하방향으로 동일 선상에 위치한다. 펠릿(P)의 연소로 화격자(153)의 홀(153a)은 재(A)로 메워진다.
연소 공정이 완료된 후, 작업자는 도 5와 같이, 화격자(153)를 제1플레이트(151)의 후방에 위치하는 제2지점(D2)으로 슬라이드 이동시킨다. 제2지점(D2)은 제1지점(D1)의 일측으로 상하방향으로 제1개구(151a)와 서로 상이한 선상에 위치한다. 화격자(153)의 이동으로 연소 공간(B)의 하부가 개방된다. 연소 공간(B)에 잔류하는 재는 제1개구(151a)와 제2개구(152a)로 낙하하여 재받이(123)에 회수된다. 가이드 로드(156)는 화격자(153)와 함께 이동한다. 가이드 로드(156)는 재떨이판(154)의 하부로 이동하며, 이동하는 과정에서 핀(156)을 중심으로 재떨이판(154)을 회전시킨다. 이에 의해 재떨이판(154)은 제2플레이트(152)와 동일 높이에 위치한다. 재떨이판(154)의 돌기(154a)들은 화격자(153)의 홀(153a)들에 삽입된다. 돌기(154a)들이 홀(153a)들에 삽입되는 과정에서 홀(153a)들에 메워진 재(A)가 홀(153a) 외부로 빠져나온다.
상술한 과정에 의하여, 연소 공간(B)의 잔류하는 재와 화격자(153)의 홀(153a)들에 메워진 재들이 용이하게 제거될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 고체 연료용 보일러 100: 연소부
110: 연소 챔버 120: 버너부
121: 버너 용기 122: 받침부
131, 135: 송풍부 140: 열 교환부
151: 제1플레이트 152: 제2플레이트
153: 화격자 154: 재떨이판
156: 가이드 로드 200: 연료 공급부
210: 연료 저장조

Claims (9)

  1. 고체 연료가 연소되는 버너부; 및
    열 교환 유체가 순환하며, 상기 고체 연료의 연소에서 발생한 열이 제공되는 열 교환부를 포함하되,
    상기 버너부는
    상기 고체 연료가 연소되는 연소공간이 내부에 형성되고, 하면이 개방된 버너 용기; 및
    상기 버너 용기를 받치며, 상기 버너 용기의 개방된 하면을 개폐하는 받침부를 포함하되,
    상기 받침부는
    상기 연소공간과 연통되는 제1개구가 형성된 제1플레이트;
    상기 제1플레이트의 하부에 위치하며, 상기 제1개구의 하부에 제2개구가 형성된 제2플레이트; 및
    상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트 사이에 위치하고, 상기 고체 연료의 연소에서 발생한 재가 낙하하는 홀들이 형성되며, 상기 홀들이 형성된 영역이 선택적으로 상기 제1개구의 하부에 위치하도록 이동가능한 화격자를 포함하는 고체 연료용 보일러.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 받침부는
    상기 제2플레이트의 일측에 위치하며, 그 상부에 상기 화격자가 위치되면 상기 화격자의 홀들에 삽입되는 돌기들이 형성된 재떨이판을 더 포함하는 고체 연료용 보일러.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 재떨이판은 상기 제2플레이트와 핀 결합되며,
    상기 받침부는
    상기 화격자와 함께 이동하며, 상기 재떨이판이 상기 제2플레이트와 동일 높이에 위치하도록 상기 핀을 중심으로 상기 재떨이판을 회전시키는 가이드 로드를 더 포함하는 고체 연료용 보일러.
  5. 제 1 항, 제 3항 또는 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 화격자는 상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트 사이 공간에서 슬라이드 이동하는 고체 연료용 보일러.
  6. 제 1 항, 제 3 항 또는 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 버너부는
    상기 제2플레이트의 하부에 위치하며, 상기 화격자의 홀들을 통해 낙하한 재가 회수되는 재받이를 더 포함하는 고체 연료용 보일러.
  7. 고체 연료가 연소되는 연소 공간을 형성하며, 하면이 개방된 버너 용기;
    상기 버너 용기가 놓이며, 상기 연소 공간과 연통하는 제1개구가 형성된 제1플레이트;
    상기 제1플레이트의 하부에 위치하며, 제2개구가 상기 제1개구의 하부에 형성된 제2플레이트; 및
    상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트 사이에 위치하고, 상기 고체 연료의 연소에서 발생한 재가 낙하되는 홀들이 형성되며, 상기 홀들이 형성된 영역이 상하방향으로 상기 제1개구와 동일 선상에 위치하는 제1지점과 상기 제1개구와 다른 선상에 위치하는 제2지점 중 어느 하나에 선택적으로 위치되도록 이동가능한 화격자를 포함하는 고체 연료용 버너부.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제2플레이트의 일측에 위치하며, 상기 화격자가 상기 제2지점에 위치하는 경우 상기 홀들에 삽입되는 돌기들이 형성된 재떨이판을 더 포함하는 고체 연료용 버너부.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 재떨이판은 상기 제2플레이트와 핀 결합하며,
    상기 화격자와 함께 이동하며, 상기 재떨이판이 상기 제2플레이트와 동일 높이에 위치하도록 상기 핀을 중심으로 상기 재떨이판을 회전시키는 가이드 로드를 더 포함하는 고체 연료용 버너부.
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