KR101320598B1

KR101320598B1 - 펠렛 보일러

Info

Publication number: KR101320598B1
Application number: KR1020110097312A
Authority: KR
Inventors: 문진열; 최낙일
Original assignee: 주식회사기영미다스
Priority date: 2011-09-27
Filing date: 2011-09-27
Publication date: 2013-10-22
Also published as: KR20130033577A

Abstract

본 발명은 연료공급부로부터 공급된 펠렛연료를 연소시키는 버너유니트와, 버너 유니트에 의해 발생되는 연소열에 의해 열매체를 가열하는 열매체탱크가 설치된 본체를 구비하는 펠렛 보일러에 관한 것으로서, 버너 유니트는 하부 및 측면에 통공이 형성되고 상부가 개방된 제1공간을 갖으며 상기 제1공간과 연통되게 연장된 착화관에 히터가 내장된 연소 하우징과, 연소 하우징의 하부 및 측부의 통공을 통해 외기를 공급할 수 있게 연소 하우징을 감싸도록 결합되어 제2공간을 갖는 보조 하우징과, 연소하우징과 보조 하우징에 결합되어 내부에 마련된 제3공간을 통해 연소 하우징의 착화관과 보조 하우징을 통해 외기를 공급할 수 있게 형성된 외기 공급실과, 외기 공급실에 장착되어 연소모드에서 외기를 외기 공급실을 통해 공급하는 제1송풍팬과, 외기 공급실에 장착되어 연소모드 종료후의 소화모드에서 연소 하우징에 잔류하는 미연소 잔재를 상기 버너 유니트 외부로 송출할 수 있도록 제1송풍팬 보다 높은 풍력으로 외기 공급실을 통해 외기를 송풍하는 제2송풍팬을 구비한다. 이러한 펠렛 보일러에 의하면, 펠렛 연료의 연소 후에 발생 되는 잔재를 잔재 제거용 팬에 의한 강제적 송풍에 의해 연소 하우징내에 잔재가 잔류하는 것을 억제함으로서, 재점화시의 착화효율을 일정하게 유지할 수 있고, 점화불량에 따른 불필요한 연료소비를 방지하고 보일러 효율을 증대시킬 수 있는 장점을 제공한다.

Description

펠렛 보일러{pellet boiler}

본 발명은 펠렛 보일러에 관한 것으로서, 상세하게는 펠렛 연료의 연소실 내에서의 재축적을 억제시킬 수 있도록 된 펠렛 보일러에 관한 것이다.

최근 고유가 시대를 맞아 난방용 유류가격의 상승으로 경유를 사용하는 난방 시설의 경우 난방비가 급격하게 상승하였다. 이러한 유류 사용 보일러의 난방비 상승에 대한 대안으로서 근래에는 비용이 저렴한 난방방식에 대한 관심이 높아지고 있으며, 특히 목질계를 사용한 난방 방식에 대한 관심이 증가하고 있다.

최근 이러한 목재 펠릿의 장점으로 인해 국내에서도 다양한 목재 펠릿을 사용하는 펠렛 보일러가 개발되고 있으며, 주로 20KW내외의 소형 가정용 펠렛 보일러가 개발되고 있다. 최근에는 정책적으로 목재 펠릿 보일러를 보급하기 위해서 정부에서 보조금을 부여하여 펠릿보일러 설치를 장려하고 있다. 그러나 이와 같은 보조금 형태의 지원으로 처음 펠릿보일러가 판매되는 2007년에는 전문제조업체가 5업체 미만이었으나, 정부 보조금이 증액된 2009년에는 57업체가 넘을 정도로 많은 업체가 펠릿보일러를 제조하여 판매되었으나 아직 기술적으로 정립이 안 된 펠릿보일러 는 많은 문제점을 안고 있다. 펠릿보일러의 문제점 중 고체연료인 목재 칩이나 펠릿(이하 펠렛연료라 함)을 사용함으로써 완전연소되면 미세한 잔재는 외부로 날아가는데 불완전 연소한 무거운 잔재는 버너내 연소실에 쌓이게 되어 다음 점화시 점화장해를 주게 되어 고장의 원인이 된다. 이를 보안 하기 위하여 각종의 잔재처리 장치가 개발되고 있으나 아직도 많은 문제점을 안고 있는 실정이다.

종래의 펠렛 보일러의 버너는 연소실 내부에 타공이 형성되어 있는 연소 하우징에 산소를 공급하는 공기공급장치가 부착되어 연소에 필요한 공기를 공급하여 연소하는 구조로 되어 있다. 이러한 펠렛 보일러에서 연소온도, 연소시간 및 가스의 흐름에 따라 연소 효울이 달라 지게 되는데 연소실의 온도가 1000℃에서 1초 동안 머무르게 되면 일산화탄소(CO)가 제로가 되는 것이 목재 펠릿의 연소조건이며 연소실온도가 1100℃ 이상이면 질산수치가 높아지게 되며 연기를 환원하게 되면 2000℃까지 상승이 가능하다. 따라서, 목재 연료에서 배출가스가 안정적으로 배출되면서 연소효율을 극대화하기 위해서는 연소실 내부의 온도가 1000℃이내에서 유지될 수 있는 조건을 요구하게 된다. 이러한 연소조건에 따라 연소실에 공급되는 공기량 즉, 풍량과 풍압을 적정하게 공급하면 연소실에서 완전연소되어 분진으로 형성된 가벼운 재(ASH)는 연소실에 공급된 공기의 흐름에 따라 연소실 외부로 자동적으로 날아갈 수 있으나 완전연소가 되지 않은 무거운 재(ASH)는 날아가지 못하고 연소실 바닥에 잔류하게 되어 연소실 바닥면에 공기 공급용으로 형성된 공기구멍에 스케일이 끼어 일정시간이 경과 하면 공기공급에 장애를 주어 연소효율을 떨어뜨리고 배기가스(CO, CO2, O2 등) 배출수치를 높이는 문제가 발생 되어 사용자가 수시로 잔재를 재거 하여야 하고 연소실을 청소해야하는 불편함이 발생되고 있다.

이러한 문제점을 보안 하기 위하여 그동안 여러 가지 제품이 출시되었으나 그 구조들은 연소실 밑판에 타공이 뚫려있는 상태에서 연소가 종료될 시점에 연소실 밑면을 자동으로 뒤집어서 재를 재거 하는 방식이 제안되어 있으나, 공기 구멍에 잔재와 스케일을 효과적으로 제거하지 못하고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 풍력에 의해 연소하우징내의 미연소 잔재를 제거할 수 있는 펠렛 보일러를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 펠렛 보일러는 펠렛연료를 연료 공급관을 통해 공급하는 연료공급부와, 상기 연료공급부로부터 공급된 펠렛연료를 연소시키는 버너유니트와, 상기 버너 유니트에 의해 발생되는 연소열에 의해 열매체를 가열하는 열매체탱크가 설치된 본체를 구비하는 펠렛 보일러에 있어서, 상기 버너 유니트는 하부 및 측면에 통공이 형성되고 상부가 개방된 제1공간을 갖으며 상기 제1공간과 연통되게 연장된 착화관에 히터가 내장된 연소 하우징과; 상기 연소 하우징의 하부 및 측부의 통공을 통해 외기를 공급할 수 있게 상기 연소 하우징을 감싸도록 결합되어 제2공간을 갖는 보조 하우징과; 상기 연소하우징과 상기 보조 하우징에 결합되어 내부에 마련된 제3공간을 통해 상기 연소 하우징의 상기 착화관과 상기 보조 하우징을 통해 외기를 공급할 수 있게 형성된 외기 공급실과; 상기 외기 공급실에 장착되어 연소모드에서 외기를 상기 외기 공급실을 통해 공급하는 제1송풍팬과; 상기 외기 공급실에 장착되어 연소모드 종료후의 소화모드에서 상기 연소 하우징에 잔류하는 미연소 잔재를 상기 버너 유니트 외부로 송출할 수 있도록 상기 제1송풍팬 보다 높은 풍력으로 상기 외기 공급실을 통해 외기를 송풍하는 제2송풍팬;을 구비한다.

바람직하게는 상기 열매체 탱크의 물의 온도가 설정된 온도에 도달하면 상기 연료공급부로부터 상기 연소 하우징으로의 상기 펠렛연료의 공급이 중단되게 상기 연료공급부를 제어하고, 설정된 연소 지연시간 동안 상기 제1송풍팬의 가동을 유지한 후, 상기 연소 지연시간 이후의 상기 소화모드에서는 상기 연소 하우징에 미연소 잔재가 잔류하지 않도록 상기 제2송풍팬을 설정된 재처리시간 동안 구동되게 제어하는 제어부;를 더 구비한다.

또한, 상기 제2송풍팬의 종단에 마련되어 상기 외기 공급실 내로 연장된 토출관을 상기 제2송풍팬의 가동시에는 개방하고, 구동시에는 폐쇄시키는 송풍 개폐부;를 더 구비하는 것이 바람직하다.

상기 토출관은 상단보다 하단이 상기 연소 하우징 방향으로 돌출되게 경사진 경사부를 갖게 형성되어 있고, 상기 송풍 개폐부는 상기 경사부를 폐쇄할 수 있게 형성되되 상기 토출관의 상단에 힌지결합되어 자중에 의해 상기 경사부를 폐쇄시키고, 상기 제2송풍팬의 가동시 토출되는 풍력에 의해 상기 토출관을 개방할 수 있도록 된 개폐판;을 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 펠렛 보일러에 의하면, 펠렛 연료의 연소 후에 발생 되는 잔재를 잔재 제거용 팬에 의한 강제적 송풍에 의해 연소 하우징내에 잔재가 잔류하는 것을 억제함으로서, 재점화시의 착화효율을 일정하게 유지할 수 있고, 점화불량에 따른 불필요한 연료소비를 방지하고 보일러 효율을 증대시킬 수 있는 장점을 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 펠렛 보일러의 사시도이고,
도 2는 도 1의 펠렛 보일러의 측단면도이고,
도 3은 도 1의 펠렛 보일러에 대해 도 2와 다른 각도에서 나타내 보인 측단면도이고,
도 4는 도 1의 버너 유니트를 분리하여 확대 도시한 단면도이고,
도 5는 도 1의 펠렛 보일러의 제어계통 회로도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 펠렛 보일러를 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 펠렛 보일러의 사시도이고, 도 2는 도 1의 펠렛 보일러의 측단면도이고, 도 3은 도 1의 펠렛 보일러에 대해 도 2와 다른 각도에서 나타내 보인 측단면도이고, 도 4는 도 1의 버너 유니트를 분리하여 확대 도시한 단면도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 펠렛 보일러(100)는 연료공급부(110), 버너 유니트(130), 열매체 탱크(150)를 구비한다.

연료 공급부(110)는 버너 유니트(130)가 장착된 본체(101)와 인접되게 설치되어 호퍼(112)에 저장된 펠렛연료를 호퍼(112) 하우에 마련된 배출구로부터 본체(101) 방향으로 상방으로 연장된 이송관 내에 장착된 스크류(114)의 회전에 의해 버너 유니트(130)로 연장된 연료 공급관(116)을 통해 공급량을 조절하여 공급할 수 있도록 되어 있다.

참조부호 118은 스크류(114) 구동용 연료공급 모터이다.

버너 유니트(130)는 본체(101)의 하부에 마련된 연소실(103) 내외로 입출될 수 있게 설치되어 연료공급부(110)로부터 공급된 펠레연료를 연소시킬 수 있게 되어 있다.

여기서 본체(101)의 연소실(103)은 본체(101) 하부에 버너 유니트(130)가 수용될 수 있게 마련된 공간으로 버너유니트(130)의 도어(139)에 의해 폐쇄되는 폐쇄공간을 형성하며 상부에는 버너 유니트(130)에서 발생한 연소열에 의해 가열되는 열매체탱크(150)가 마련되어 있다.

버너 유니트(130)는 연소 하우징(132), 보조 하우징(135), 외기 공급실(138) 제1송풍팬(141) 및 제2송풍팬(143)을 구비한다.

연소하우징(132)은 하부 및 측면에 통공(133)이 형성되어 있고, 상부가 개방된 제1공간(132a)을 갖으며 후술되는 외기 공급실(138)과 대향되는 배면에는 제1공간(132a)과 연통되어 외기 공급실(138) 내로 연장된 착화관(134)을 갖는 구조로 되어 있다.

착화관(134) 내에는 착화관(134) 내의 공기 흐름이 유지될 수 있게 히터(148)가 착화관(134) 내에 내장되어 있다.

보조 하우징(135)은 연소 하우징(132)의 중간 높이에서 외기 공급실(138)을 통해 공급되는 외기를 연소 하우징(132)의 하부 및 측부의 통공(133)을 통해 공급할 수 있게 연소 하우징(132)을 하부에서 감싸도록 결합되어 제2공간(135a)을 형성하고 있다.

외기 공급실(138)은 연소하우징(132)의 배면과 보조 하우징(135)의 배면을 통해 연소하우징(132)과 보조 하우징(135)에 결합되어 내부에 마련된 제3공간(138a)를 통해 보조 하우징(135)과 연통되게 형성된 연통홀(136) 및 연소 하우징(132)의 착화관(134)을 통해 외기를 공급할 수 있도록 되어 있다.

참조부호 139는 외기 공급실(138)에 결합되어 본체(101)의 연소실(103)을 개방할 수 있도록 된 개구를 회동에 의해 개폐할 수 있도록 된 도어부분이다.

제1송풍팬(141)은 외기 공급실(138)의 외측면에 장착되어 외기를 외기 공급실(138) 내로 공급하며 연소모드에서 사용된다.

제2송풍팬(143)은 제1송풍팬(141) 보다 높은 풍력을 갖으며 외기 공급실(138)의 외측에 장착되어 연소모드 종료 이후의 소화모드시 연소 하우징(132)에 잔류하는 미연소 잔재를 외기 공급실(138) 내로 연장된 토출관(144)을 통해 외기를 송풍하여 연소 하우징(132) 외부로 송출할 때 이용할 수 있도록 되어 있다.

송풍 개폐부는 제2송풍팬(143)의 종단에 마련되어 외기 공급실(138) 내로 연장된 토출관(144)을 제2송풍팬(143)의 가동시에는 개방하고, 구동시에는 폐쇄시킬 수 있도록 되어 있고, 도시된 예에서는 토출관(144)이 상단보다 하단이 연소 하우징 방향으로 돌출되게 경사진 경사부(145)를 갖게 형성되어 있고, 경사부(145)를 폐쇄할 수 있게 원판형으로 형성되되 토출관(144)의 상단에 힌지(148)에 의해 결합되어 자중에 의해 경사부(145)를 폐쇄시키고, 제2송풍팬(143)의 가동시 토출되는 풍력에 의해 토출관(144)을 개방할 수 있도록 된 개폐판(146)으로 되어 있다.

본체(101)의 연소실(103) 상부에는 버너 유니트(130)에 의해 발생되는 연소열에 의해 물과 같은 열매체를 가열하는 열매체탱크(150)가 설치되어 있다.

열매체 탱크(150)에는 원수가 유입되는 유입구와 가열된 온수를 배출하는 배출구가 형성되어 있고, 급탕용 코일관이 장착되어 있다.

본체(101)의 열매체 탱크 상부에는 연소가스 체류공간(160)이 형성되어 있다.

참조부호 162는 연소가스 체류공간을 개폐할 수 있게 형성된 중간 도어 이다.

또한, 연소실(103)은 버너 유니트(130)가 위치하는 메인 연소실(103a)과, 버너 유니트(103a)가 점유하는 영역으로부터 이격되어 메인 연소실(103a) 보다 높이가 낮게 메인 연소실(103a) 연통되는 서브 연소실(103b)로 되어 있고, 메인 연소실(103a)로부터 연소가스 체류공간(160) 사이에는 메인 연소실(103a)에서 발생되는 연소가스를 연소가스 체류공간(160)으로 상승 흐름이 유지되게 다수의 1차 가스 유통관(165)이 형성되어 있고, 연소가스 체류공간(160)에 진입된 연소가스를 다시 서브 연소실(103b)로 하강흐름이 유지되게 복수개의 2차 가스 유통관(167)이 형성되어 있다.

참조부호 169는 서브 연소실(103a)로 유입된 연소가스를 본체(101) 외부로 배출할 수 있게 본체(101) 상부 까지 연장된 종단 연통이다.

이하에서는 도 5를 함께 참조하여 제어계통요소를 설명한다.

도 5에 도시된 바와 같이 외기 공급실(138)을 통해 점화상태를 불꽃으로부터 발생되는 광을 검출할 수 있도록 외기 공급실(138)에 설치된 cds(cadmiun sulfide)센서가 착화감지 센서(171)로서 적용되어 있다.

또한, 본체(101)에는 열매체 탱크(150) 내의 온수 온도를 검출하는 온수 온도 감지 센서(173)와, 수위를 검출하는 수위감지센서(175)가 설치되어 있다.

참조부호 170는 본체(101)에 장착된 메인 제어패널이다.

메인 조작부(117)는 메인 제어패널에 설치되어 작동조건을 설정할 수 있도록 되어 있다.

실내 조작부(178)는 실내에 설치되어 난방 온도의 설정 등 지원되는 기능을 설정할 수 있도록 되어 있다.

제어부(180)는 메인 조작부(117) 또는 실내 조작부(178)의 가동 설정조건에 따라 연료공급모터(118), 히터(148), 제1송풍팬(141), 제2송풍팬(143)의 구동을 제어한다.

제어부(180)는 실내 조작부(178)에서 난방으로 설정되면, 온수 온도 감지센서(173)의 온도 정보를 이용하여 열매체 탱크(150)의 물의 온도가 설정된 온도 예를 들면 80도에 도달할 때 까지 연료공급부(110)로부터 연소 하우징(132)으로의 연료공급이 이루어지게 하면서 버너유니트(130)를 가동한다.

여기서, 초기 점화시에는 히터(148)를 온시키고, 제1송풍팬(141)을 가동하여 히터(148)에 의해 발생된 열풍이 착화관(134)을 통해 연소 하우징(132)에 공급되면서 펠렛연료에 착화가 이루어지고, 착화감지센서(171)로부터 정상운전에 해당하는 불꽃이 감지된 신호가 수신되면 히터(148)를 오프시키고, 제1송풍팬(141)은 산소 공급을 위해 계속가동시킨다. 또한, 초기 착화시에는 펠렛연료를 소량 공급하고, 착화이후 정상적인 연소가 이루어지면 펠렛연료의 공급량을 설정된 정상 공급량으로 증가시키면서 연소시킨다.

이러한 연소과정을 거쳐 앞서 설명된 80도에 도달하면 제어부(180)는 펠렛연료의 공급이 중단되게 연료공급부(110)의 연료공급모터(118)를 오프시키고, 설정된 연소 지연시간 동안 예를 들면 10분 동안 연소 하우징(132)에 잔류된 펠렛연료가 연소될 수 있도록 제1송풍팬(141)의 가동을 유지한 후, 연소 지연시간 이후의 소화모드시에는 연소 하우징(132)에 미연소 잔재가 잔류하지 않도록 제2송풍팬(143)을 설정된 재처리시간 동안 예를 들면 5분 동안 구동되게 제어한다.

여기서 제2송풍팬(143)의 가동에 의해 발생되는 강력한 풍력은 착화관(134) 및 보조하우징(135)을 통해 연소 하우징(132)의 통공을 통해 유입됨으로써 미연소 잔재가 연소 하우징(132) 외부로 토출되고, 토출된 잔재는 연소가스 배출경로를 따라 외부로 배출된다.

한편, 제1송풍팬(141)만 가동될 때는 제2송풍팬(143)의 토출관(145)에 체크밸브 기능을 하도록 설치된 개폐판(146)이 토출관(145)을 폐쇄하고 있어 연소모드시에는 제1송풍팬(141)을 통해 유입된 외기가 제2송풍팬(143)의 토출관(145)을 통해 외부로 다시 방출되는 것이 차단되고, 제2송풍팬(143) 가동시에는 개패판(146) 이 풍력에 의해 상방으로 들리면서 고압공기가 앞서 설명된 바와 같이 연소 하우징(132)으로 공급된다.

이러한 펠렛보일러(100)의 제어부(180)는 소화모드 이후 난방 설정 상태에서 열매체 탱크(150)의 열매체인 물의 온도가 설정된 하한 온도에 도달하면 다시 앞서 설명된 점화 및 연소과정이 이루어지도록 제어한다.

110: 연료공급부 130: 버너 유니트
141: 제1송풍팬 143: 제2송풍팬

Claims

삭제
펠렛연료를 연료 공급관을 통해 공급하는 연료공급부와, 상기 연료공급부로부터 공급된 펠렛연료를 연소시키는 버너유니트와, 상기 버너 유니트에 의해 발생되는 연소열에 의해 열매체를 가열하는 열매체탱크가 설치된 본체를 구비하는 펠렛 보일러에 있어서,
상기 버너 유니트는
하부 및 측면에 통공이 형성되고 상부가 개방된 제1공간을 갖으며 상기 제1공간과 연통되게 연장된 착화관에 히터가 내장된 연소 하우징과;
상기 연소 하우징의 하부 및 측부의 통공을 통해 외기를 공급할 수 있게 상기 연소 하우징을 감싸도록 결합되어 제2공간을 갖는 보조 하우징과;
상기 연소하우징과 상기 보조 하우징에 결합되어 내부에 마련된 제3공간을 통해 상기 연소 하우징의 상기 착화관과 상기 보조 하우징을 통해 외기를 공급할 수 있게 형성된 외기 공급실과;
상기 외기 공급실에 장착되어 연소모드에서 외기를 상기 외기 공급실을 통해 공급하는 제1송풍팬과;
상기 외기 공급실에 장착되어 연소모드 종료후의 소화모드에서 상기 연소 하우징에 잔류하는 미연소 잔재를 상기 버너 유니트 외부로 송출할 수 있도록 상기 제1송풍팬 보다 높은 풍력으로 상기 외기 공급실을 통해 외기를 송풍하는 제2송풍팬과;
상기 열매체 탱크의 물의 온도가 설정된 온도에 도달하면 상기 연료공급부로부터 상기 연소 하우징으로의 상기 펠렛연료의 공급이 중단되게 상기 연료공급부를 제어하고, 설정된 연소 지연시간 동안 상기 제1송풍팬의 가동을 유지한 후, 상기 연소 지연시간 이후의 상기 소화모드에서는 상기 연소 하우징에 미연소 잔재가 잔류하지 않도록 상기 제2송풍팬을 설정된 재처리시간 동안 구동되게 제어하는 제어부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 펠렛 보일러.
제2항에 있어서,
상기 제2송풍팬의 종단에 마련되어 상기 외기 공급실 내로 연장된 토출관을 상기 제2송풍팬의 가동시에는 개방하고, 구동시에는 폐쇄시키는 송풍 개폐부;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 펠렛 보일러.
제3항에 있어서, 상기 토출관은 상단보다 하단이 상기 연소 하우징 방향으로 돌출되게 경사진 경사부를 갖게 형성되어 있고,
상기 송풍 개폐부는 상기 경사부를 폐쇄할 수 있게 형성되되 상기 토출관의 상단에 힌지결합되어 자중에 의해 상기 경사부를 폐쇄시키고, 상기 제2송풍팬의 가동시 토출되는 풍력에 의해 상기 토출관을 개방할 수 있도록 된 개폐판;을 구비하는 것을 특징으로 하는 펠렛 보일러.