KR101344301B1

KR101344301B1 - 난방장치

Info

Publication number: KR101344301B1
Application number: KR1020110125323A
Authority: KR
Inventors: 황석중
Original assignee: (주)한성고주파
Priority date: 2011-11-28
Filing date: 2011-11-28
Publication date: 2013-12-23
Also published as: KR20130059157A

Abstract

본 발명은 목재 펠릿을 연료로 사용하기에 적합하고 간단한 구조로 이루어지고, 완전연소가 가능하여 그을음의 발생을 최소화시키면서 높은 화력을 발휘할 수 있는 난방장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 케이스(1)와, 이 케이스(1)의 일측에 배치되며 연료가 투입되는 다공판(12)이 형성된 버너본체(10)와, 이 케이스(1)의 타측에 배치되며 연료투입구(14)를 통해 상기 버너본체(10)의 상부와 연통되는 연료공급부(4)와, 상기 버너본체(10)의 하부로 연통되며 송풍기(5)에 접속되는 제1에어공급부(18)와, 상기 버너본체(10)의 다공판(12)에 인접하게 형성되어 연료에 불을 붙이는 착화부(20)와, 상기 버너본체(10)의 상부 타측에서 연장되며 연소에 따른 화염과 열기가 배출되는 화염배출구(24)와, 상기 화염배출구(24)의 외주면에서 측방으로 확장되면서 화염배출구(24)로 개방되어 화염배출통로를 부분적으로 확장시키는 짧은 원통형의 싸이클론부(30)와, 이 싸이클론부(30)의 둘레부 일측에 연통되어 싸이클론부(30)에 접선방향으로 외기를 공급하는 제2에어공급부(32)를 포함하는 난방장치가 제공된다.

Description

난방장치 {Heating apparatus}

본 발명은 난방장치에 관한 것으로서, 좀 더 상세히는 목재칩이나 목재 펠릿을 연료로 사용하기에 적합하고 간단한 구조로 이루어지고, 완전연소가 가능하여 그을음의 발생을 최소화시키면서 높은 화력을 발휘할 수 있는 새로운 구조의 난방장치에 관한 것이다.

근래에 간벌한 목재나 폐목재를 분쇄한 목재칩 또는 이를 작은 덩어리 형태로 압출성형한 목재 펠릿을 연료로 사용하는 보일러나 난로 또는 열풍기나 기타 가연성 폐기물에 대한 소각장치가 사용되고 있다. 그런데, 이러한 보일러 등은 버너 본체 내부로 목재칩이나 목재펠릿 기타 가연성 재료를 투입하여 착화시키고 공기를 주입하여 연소시키는 경우에, 충분한 공기가 공급되지 못하면 연료가 불완전하게 연소되어 그을음이 많이 발생되고 충분한 화력이나 열량을 얻을 수 없는 문제점이 있었다. 한편, 충분한 화력이나 열량을 얻기 위해 버너 본체 내로 강하게 공기를 주입하는 경우에는 버너의 화력은 증대되지만 버너의 그릴 위에 쌓여있던 아직 타지 않았거나 부분적으로만 연소된 목재칩이나 목재펠릿이 버너 내부로 유입된 강한 공기 흐름에 의해 날려서 연도를 통해 외부로 배출되어 버려서, 목재칩이나 펠릿이 연소에 충분히 사용되지도 못한 채 연료입자나 불완전연소 생성물 또는 그을음이 버너 밖으로 비산해 버림으로써 결과적으로 충분한 화력이나 열효율을 얻지 못하고 비산된 그을음 등으로 주변 환경이 오염되는 문제점이 있었다.

특허 제10-0887880호에는 사이클론집진기가 구비된 화목보일러가 개시된다. 실용 제20-0363447호에도 사이클론식 집진기가 구비된 소각로가 개시된다. 그러나 여기서 이들 사이클론은 단순히 집진용도로 사용되며 연소효율을 높이는 기능은 없다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 목재 난방장치의 문제점에 착안하여 제안된 것으로서, 본 발명은 난로나 보일러 또는 열풍기로 사용될 수 있으며, 목재칩이나 목재펠릿, 기타 연료를 거의 완전 연소시킬 수 있어서, 연소생성물인 재의 발생을 최소화하고 분진이나 그을음으로 인한 환경오염을 없앨 수 있고, 연료 사용량에 비해 강력한 화력과 열량을 얻을 수 있도록 된 새로운 구조의 난방장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 한 특징에 따르면, 케이스(1)와, 이 케이스(1)의 일측에 배치되며 연료가 투입되는 다공판(12)이 형성된 버너본체(10)와, 이 케이스(1)의 타측에 배치되며 연료투입구(14)를 통해 상기 버너본체(10)의 상부와 연통되는 연료공급부(4)와, 상기 버너본체(10)의 하부로 연통되며 송풍기(5)에 접속되는 제1에어공급부(18)와, 상기 버너본체(10)의 다공판(12)에 인접하게 형성되어 연료에 불을 붙이는 착화부(20)와, 상기 버너본체(10)의 상부 타측에서 연장되며 연소에 따른 화염과 열기가 배출되는 화염배출구(24)와, 상기 화염배출구(24)의 외주면에서 측방으로 확장되면서 화염배출구(24)로 개방되어 화염배출통로를 부분적으로 확장시키는 짧은 원통형의 싸이클론부(30)와, 이 싸이클론부(30)의 둘레부 일측에 연통되어 싸이클론부(30)에 접선방향으로 외기를 공급하는 제2에어공급부(32)를 포함하는 것을 특징으로 하는 난방장치가 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 상기 버너본체(10)와 싸이클론부(30) 사이에는 싸이클론부(30)로 갈수록 단면적이 좁아지는 테이퍼부(34)가 형성된 것을 특징으로 하는 난방장치가 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 케이스(1)의 상측에는 상기 버너본체(10)의 화염배출구(24)와 연통되며 둘레부에 방열핀(27)이 형성된 복수개의 열교환튜브(26)가 형성되고, 이 열교환튜브(26)의 타측에는 케이스(1)의 외부로 연장되는 연도(29)가 형성된 것을 특징으로 하는 난방장치가 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 열교환튜브(26)와 연도(29) 사이에는 열기의 흐름을 우회시키기 위해 설치되는 우회격판(36)이 설치된 우회덕트(28)가 형성된 것을 특징으로 하는 난방장치가 제공된다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 연료공급부(4)로부터 버너본체(10)의 다공판(12) 위로 투입된 연료가 에어공급부(18)로부터 공급되는 공기의 산소에 의해 연소되고, 그 결과 발생된 화염과 열기가 화염배출구(24)로 배출될 때, 버너본체(10)의 하부를 통해 제1에어공급부(18)로부터 강한 압력으로 공기를 불어넣더라도 이 공기흐름에 의해 연소중인 연료더미로부터 비산된 연료입자나 불완전 연소물 또는 그을음이 화염배출구(24)를 통해 배출되려고 할 때, 화염배출구(24)의 둘레부에 형성된 싸이클론부(30)의 제2에어공급부(32)로부터 접선방향으로 유입되는 선회공기에 의해 형성되는 원심력에 의해 연료입자, 불완전 연소생성물 또는 그을음이 바로 배출되지 못하고 배출공기의 연속적인 흐름에서 벗어나서 측방의 싸이클론부(30)로 유도되어 싸이클론부(30)에 갇혀서 고속으로 선회하면서 제2에어공급부로부터 공급된 공기에 의해 재차 연소되므로 완전연소에 가까운 연소가 이루어지고, 이에 따라 그을음이나 연기 기타 불완전 연소생성물이 화염배출구(24)로 배출되는 것이 억제된다. 이처럼 본 발명에 따르면 제1에어공급부(18)를 통해 강력한 힘으로 버너본체(10) 내로 에어를 공급하더라도 그을음이나 기타 불완전 연소생성물이 화염배출구(24)를 통해 배출되지 않고, 싸이클론부(30)에서 포획되어 재차 연소되므로, 제1에어공급부(18)에 더하여 제2에어공급부(32)에 의해 충분한 양의 공기가 공급되므로 완전연소에 가까운 연소가 가능하여, 연료의 사용량 대비 매우 높은 화력과 열량을 얻을 수 있고, 그을음이나 연기 등의 배출로 인한 환경오염도 대폭 방지되어 열효율이 우수하면서도 친환경적인 난방장치를 달성할 수 있다.

또한, 화염배출구(24) 내의 싸이클론부(30)의 버너본체(10)를 향한 부위에는 공기의 통과단면적을 제한하는 테이퍼부(34)가 설치되므로, 싸이클론부(30)에서 발생되는 선회공기가 배출될 때 버너본체(10)를 향해서 역류하기 보다는 화염배출구(24)의 외측으로 배출되므로 화염배출구(24)를 통해 원활한 화염 및 공기의 배출이 가능하게 된다.

그리고 본 발명에 따르면, 단일의 케이스(1) 내부 일측에 연료공급부(18)를 배치하여 이 연료공급부(4)를 통해 버너본체(10)로 공급하고, 케이스(1) 내의 상측에는 버너본체(10) 상부의 화염배출구(24)와 연통되도록 둘레부에 방열핀(27)이 형성된 열교환튜브(26)를 복수개 설치함으로써, 폐목재칩이나 목재펠릿을 사용하는 난방장치의 구조가 컴팩트하면서도 난방성능 또는 열방출성능이 우수한 난방장치 또는 보일러를 달성할 수 있다. 또한, 열교환튜브(26)의 타측과 연도(29) 사이에 열기의 흐름을 우회시키기 위해 우회격판(36)이 설치된 우회덕트(28)가 구비되므로, 난방장치의 구조가 더욱 컴팩트하면서도 열교환효율이 더욱 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예의 외관도
도 2는 상기 실시예의 정단면도
도 3은 상기 실시예의 측단면도
도 4는 상기 실시예의 열교환실을 제거한 상태의 내부사시도

이하에서 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 발명의 바람직한 실시예의 외관도이고, 도 2는 상기 실시예의 정단면도이며, 도 3은 본 발명의 실시예의 측단면도이고, 도 4는 내부 구성도이다. 본 실시예는 난방용 난로에 적용하는 것을 예시적으로 설명하였으나, 약간의 구조변경을 통해서 열풍발생기 또는 온수생성용 보일러로 사용될 수 있을 것이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따르면, 대략 사각형 형태의 케이스(1)의 일측 상부에는 목재펠릿이나 톱밥, 목재칩 기타의 연료가 투입되어 저장되는 연료공급부(4)가 배치되고, 케이스(1)의 하부에는 본 발명에 따른 버너본체(10)가 설치된다. 연료공급부(4)로부터 연료투입구(14)를 통해 공급된 연료는 버너본체(10) 내부에 형성된 다공판(12) 위로 투입된다. 연료공급부(4)와 연료투입구(14) 사이에는 개폐댐퍼(6)가 구비되어 도시안된 온도컨트롤러에 의해 연료투입량을 자동조절할 수 있다. 상기 버너본체(10) 내부의 다공판(12) 위에는 조작봉(16)에 의해 조작되어 출몰가능한 스크래퍼(13)가 구비된다. 이 스크래퍼(13)는 목재펠릿 등에 함유되어 불에 타지 않거나 연소에 의해 용융되는 광물질 등과 같은 비가연성 연소 생성물이 연소 후에 다공판(12) 위에 잔류하는 것을 긁어서 외부로 배출하기 위한 것이다.

버너본체(10)의 하측에는 외부로부터 공기가 유입되는 제1에어공급부(18)가 형성된다. 이 제1에어공급부(18)는 케이스(1)의 일측에 배치된 송풍기(5)에 접속된다. 그리고 제1에어공급부(18)의 상부, 다공판(12)의 바로 위쪽에는 착화부(20)가 형성된다. 이 착화부(20)는 바람직하게는 전기히터나 가스토치가 사용될 수 있다.

상기 연료투입구(14)는 목재칩이나 목재펠릿과 같은 작은 알갱이의 연료를 용이하게 투입하도록 하고, 역화를 방지하기 위해서 연료공급부(4)와 버너본체(10)와의 간격을 이격시켜 유지하는 것이 바람직한데, 이를 고려하여 연료투입구(14)는 길다란 튜브형태로 제작하는 것이 바람직하다. 이 연료투입구(14)의 중간에는 역화방지를 위한 에어주입구(15)가 형성되는데, 이 역화방지용 에어주입구(15)는 연료투입구(14)에 대하여 버너본체(10) 쪽을 향하도록 접속되어 이를 통해 송풍기(5)로부터 가압공기를 주입시킴으로써, 버너본체(10) 내에서 화염이 이 연료투입구(14)를 따라 올라와서 역화되지 않도록 한다. 에어주입구(15)로 주입되는 공기의 량은 도시안된 밸브 또는 댐퍼에 의해 조절될 수 있다.

버너본체(10)의 상부에는 상향연장되는 원통형의 화염배출구(24)가 형성된다. 이 화염배출구(24)는 버너본체(10) 내에서 연소되어 생성되는 화염과 열기를 외부로 배출하는 것이다. 그런데 본 발명에 따르면 이 화염배출구(24)의 중간에 소정 두께의 짧은 원통형상 또는 디스크형상으로 이루어져서 화염배출구(24)의 외주면에서 반경방향으로 확장되는 싸이클론부(30)가 형성된다. 이러한 싸이클론부(30)에 의해 화염배출구(24)의 배출 단면적이 짧은 구간만큼 확장된다. 이 싸이클론부(30)의 일측에는 이 싸이클론부(30)에 대하여 접선방향으로 연통되는 제2에어공급부(32)가 형성된다. 이 제2에어공급부(32)에는 덕트에 의해 송풍기(5)가 접속되어 강한 흐름의 에어가 공급된다. 이와 같이 외부에서 유입된 강력한 에어흐름에 의해 싸이클론부(30) 내부를 따라서 선회하는 공기흐름이 형성된다. 이 제2에어공급부(32)로 공급되는 공기의 양도 도시안된 밸브 또는 댐퍼에 의해 조절할 수 있음은 물론이다.

이러한 싸이클론부(30)에 따르면, 완전연소가 가능하도록 충분한 양의 공기를 공급하기 위해 제1에어공급부(18)로부터 버너본체(10)로 강력한 힘으로 에어를 공급하더라도, 버너본체(10)에 있던 아직 타지 않은 미연소 연료입자나 부분적으로 탄 연료입자 또는 그을음과 같은 불완전연소 생성물이 이러한 강력한 공기흐름에 의해 부상되어 화염배출구(24)로 빠져나오려고 할 때, 제2에어공급부(32)로부터 싸이클론부(30)로 접선방향으로 유입된 공기에 의해 형성되는 선회공기에의해 싸이클론부(30) 부위에서 원심력이 작용하여 배출가스에 포함된 부분연소된 연료나 그을음 등의 입자들이 자연스러운 배출가스의 연속적인 흐름을 따라 화염배출구(24)로 곧바로 배출되지 못하고, 배출가스의 흐름에서 벗어나서 싸이클론부(30)에서 측방으로 유도되어 싸이클론부(30)에 갇혀서 선회되면서, 제2에어공급부(32)에 의해 추가적으로 보충된 신선한 공기에 의해 싸이클론부(30)에서 재차 연소된다. 본 발명에 따르면, 싸이클론부(30)에서의 불완전연소 생성물의 포획 및 재연소 작용에 의해 불완전연소 생성물의배출이 억제되고 완전연소가 가능하다. 이와 같이 본 발명의 난방장치는 제1에어공급부(18)에 강한 바람으로 충분한 에어를 공급하여 버너본체(10) 내에서 연소효율을 높임과 동시에, 싸이클론부(30)에 의해 비산된 연료입자나 불완전 연소생성물을 포획하여 제2에어공급부(32)를 통해 에어를 추가적으로 공급하여 재차 연소시킴으로써, 완전연소가 가능하면서도 그을음이나 분진의 배출이 대폭 감소하여 친환경적인 난방장치를 달성할 있다.

또한 본 발명에 따르면, 버너본체(10)와 싸이클론부(30) 사이에는 싸이클론부(30 쪽으로 갈수록 단면적이 좁아지는 테이퍼부(34)가 형성된다. 이 테이퍼부(34)는 싸이클론부(30)에서 버너본체(10)를 향하는 공기통로의 단면적을 줄여서 싸이클론부(30)에서 형성된 선회 공기가 싸이클론부(30)에서 빠져나올 때, 버너본체(10)쪽으로 역류하여 버너본체(10)로부터 배출가스가 배출되는 것을 방해하는 것을 억제하고, 화염배출구(24)의 바깥쪽으로 원활하게 배출되도록 유도한다. 한편, 싸이클론부(30)의 외주면에는 미세한 통공(31)이 형성되는데, 이러한 미세통공(31)은 싸이클론부(30)에서 추가적으로 보충된 에어에 의해 불완전연소 생성물이 재차 연소된 후 남는 적은 량의 재가 싸이클론부(30) 내에 축적되지 않고, 이 미세한 통공(31)을 통해 외부로 배출되도록 한다.

또한, 본 발명에 따르면 케이스(1)의 상측에는 상기 버너본체(10)의 화염배출구(24)와 연통되며 둘레부에 나선상의 방열핀(27)이 형성된 복수개의 열교환튜브(26)가 배치되는 열교환실(25)이 형성된다. 그리고 이 열교환튜브(26)의 타측에는 케이스(1)의 외부로 돌출되는 연도(29)가 형성된다. 본워열교환실(25)의 내측에는 도시안된 팬이 구비되어, 열교환실(25)에서 발생된 열을 외부로 신속하게 방출시키도록 할 수 있다. 이에 따라, 버너본체(10)에서 배출된 열기가 열교환실(25)의 열교환튜브(26)를 통해 외부공기와 열교환함으로써, 장치 주변의 공기를 가열시켜서 난방작동을 행할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 열교환튜브(26)와 연도(29) 사이에는 열기의 흐름을 우회시켜서 케이스(1) 내의 체류시간을 연장시키기 위한 내부에 우회격판(36)이 설치된 우회덕트(28)가 구비된다. 이러한 구조에 따르면, 버너본체(10)에서 배출된 열기가 열교환튜브(26)를 거쳐서 열교환된 후, 다시 우회덕트(28)를 거치므로, 연도가 연장되는 효과가 있어서 난방장치의 방열효과가 향상된다.

이상에서 설명한 본 발명에 따르면, 본 발명의 난방장치를 난로에 적용하는 것을 예시하여 설명하였으나, 열교환실(25)에 덕트를 연결하여 이 열교환실(25)에서 가열된 열기를 원하는 것으로 공급함으로써 열풍기를 달성할 수 있음은 물론이다. 또한 케이스(1) 내의 열교환실(25)을 가열조로 구성하여 물을 순환시킴으로써 온수를 공급하는 보일러로 사용할 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

Claims

케이스(1)와, 이 케이스(1)의 일측에 배치되며 연료가 투입되는 다공판(12)이 형성된 버너본체(10)와, 이 케이스(1)의 타측에 배치되며 연료투입구(14)를 통해 상기 버너본체(10)의 상부와 연통되는 연료공급부(4)와, 상기 버너본체(10)의 하부로 연통되며 송풍기(5)에 접속되는 제1에어공급부(18)와, 상기 버너본체(10)의 다공판(12)에 인접하게 형성되어 연료에 불을 붙이는 착화부(20)와, 상기 버너본체(10)의 상부 타측에서 연장되며 연소에 따른 화염과 열기가 배출되는 화염배출구(24)와, 상기 화염배출구(24)의 외주면에서 측방으로 확장되면서 화염배출구(24)로 개방되어 화염배출통로를 부분적으로 확장시키는 짧은 원통형의 싸이클론부(30)와, 이 싸이클론부(30)의 둘레부 일측에 연통되어 싸이클론부(30)에 접선방향으로 외기를 공급하는 제2에어공급부(32)를 포함하는 것을 특징으로 하는 난방장치.
제1항에 있어서, 상기 상기 버너본체(10)와 싸이클론부(30) 사이에는 싸이클론부(30)로 갈수록 단면적이 좁아지는 테이퍼부(34)가 형성된 것을 특징으로 하는 난방장치.
제1항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 케이스(1)의 상측에는 상기 버너본체(10)의 화염배출구(24)와 연통되며 둘레부에 방열핀(27)이 형성된 복수개의 열교환튜브(26)가 형성되고, 이 열교환튜브(26)의 타측에는 케이스(1)의 외부로 연장되는 연도(29)가 형성된 것을 특징으로 하는 난방장치.
제3항에 있어서, 상기 열교환튜브(26)와 연도(29) 사이에는 열기의 흐름을 우회시키기 위해 설치되는 우회격판(36)이 설치된 우회덕트(28)가 형성된 것을 특징으로 하는 난방장치.