KR101358790B1 - 목재 펠릿을 이용한 스팀 보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 목재 펠릿을 이용한 스팀 보일러에 관한 것으로, 더욱 바람직하게는 목재 펠릿을 연소시켜 발생되는 열에너지로 용수를 가열하여 온수 및 스팀이 생성되도록 하기 위하여, 연소실을 상부프레임수관 및 하부프레임수관과 사방으로 연결되는 열에너지수관의 내측 하부에 형성하고, 연소실에 펠릿을 중앙 좌측에서 우측으로 2°~ 3°경사 각도를 주어 연소판 위에 펠릿이 균등하게 안착되며 연소판(메시)을 수관위에 올려놓아 목재 펠릿이 연소되면서 발생한 열에너지수관으로 1차 열교환이 시작되어 1300~1500℃ 고온에도 연소판 및 주위 철판이 녹거나 변형되지 않을 뿐만 아니라 열효율을 손실 없이 전량 열교환 할 수 있도록 하기 위한 것이다.

Description

목재 펠릿을 이용한 스팀 보일러{Using wood pellet steam boiler}

본 발명은 목재 펠릿을 이용한 스팀 보일러에 관한 것으로, 더욱 바람직하게는 목재 펠릿을 연소시켜 발생되는 열에너지로 용수를 가열하여 온수 및 스팀이 생성되도록 하기 위하여, 연소실을 상부프레임수관 및 하부프레임수관과 사방으로 연결되는 열에너지수관의 내측 하부에 형성하고, 연소실에 펠릿을 중앙 좌측에서 우측으로 2°~ 3°경사 각도를 주어 연소판 위에 펠릿이 균등하게 안착되도록 하며, 연소판(메시)을 열에너지수관 위에 올려놓아 목재 펠릿이 연소되면서 1차 열교환을 열에너지수관에서 시작하고, 또 연소실에서도 열에너지수관에서 2차 열교환 한 후, 스팀수장관과 물공급관에 지그재그로 직립하여 연결된 열에너지수관에서 3차 열교환이 되도록 구성되어 1300~1500℃ 고온에도 연소판 및 주위 철판이 녹거나 변형되지 않을 뿐만 아니라, 열효율을 손실 없이 전량 열교환 할 수 있도록 하기 위한 것이다.

일반적으로, 펠릿 보일러는 산림에서 생산된 목재나 제재소에서 나오는 부산물을 톱밥으로 분쇄한 후 고온, 고압으로 압축하여 일정한 크기로 생산된 펠릿(pellet)을 연료로 사용한다.

이와 같은 펠릿을 연소시켜 발생하는 열에너지를 이용하여 용수를 가열하는 펠릿 보일러의 종래기술로는 대한민국 특허청 공개특허공보 공개번호 제10-2011-0133799호(2011.12.14)의 "고체 연료용 보일러"(이하 '인용발명 1'이라 한다.)가 개시된 바 있다.

인용발명 1은 도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이 고체연료가 투입되는 연료 공급부(110)와, 연료 공급부(110)에 고압의 산소를 공급하는 공기 하우스(120)와, 공기 하우스(120)에 내장되며, 연료 공급부(110)에 의해 투입된 고체연료를 연소시키는 연소실(140)과, 연소실(140)의 내부에 구비되어 고체연료의 연소 효율을 극대화시키고, 슬러지를 용이하게 배출시키는 이송 스크루(132)와, 공기 하우스(120)에 구비되며 연소실(140)에 설치되어 고체연료를 연소시키는 점화노즐(150)을 포함하는 연소장치(100)가 마련된다.

그리고, 상기 연소실(140)의 내부에 구비되며 다수의 에어홀(182)이 형성되어 점화노즐(150)에 의해 점화된 고압의 산소가 공급되어 에어홀(182)을 통해 고체연료를 연소시키는 연소패널(180), 상기 연소장치(100)와 일체로 형성되며, 내부 공간부를 분할격벽(216)에 의해 분할 구성하여 이 공간부에 다수의 열교환 파이프(220)가 구성되고, 분할격벽(216)의 외측으로 형성되어 열교환 파이프(220)의 양측 단부가 연결되며 상기 연소실(140)의 일측단부가 연통되어 연소열을 열교환 파이프(220)로 순환시키는 순환부(218)가 형성된 보일러실(200)을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.

한편, 펠릿 보일러의 다른 종래기술로는 대한민국 특허청 공개특허공보 공개번호 제10-2011-0003144호(2011.01.11)의 "보일러"(이하 '인용발명 2' 이라 한다.)가 개시된 바 있다.

인용발명 2는 도 3 및 도 4에서 보는 바와 같이 연료 연소시 화염이 나선방향으로 이동하도록 유도함으로써 난방효율이 높은 보일러에 관한 것으로, 연료를 연소하여 연소가스를 발생시키는 버너(170)와, 상기 버너(170)의 상측에 마련되며 연소가스에 의해 난방용수가 가열될 수 있도록 난방용수가 열교환이 이루어지며, 상기 연소가스가 상측으로 이동 가능하게 상하면을 관통하는 연통홀(161)이 형성되어 있는 열교환부(160)와, 상기 연통홀(161)에 설치되어 상기 연통홀(161)을 통과하는 연소가스의 통과시간을 증가시키기 위한 체류연장수단을 구비한다. 이와 같은 보일러는 열교환부(160) 내에서 연소가스의 체류시간을 극대화함으로써 난방효율을 높이고, 연료비 소모를 최소화할 수 있는 이점이 있다.

또한, 펠릿 보일러의 다른 종래기술로는 대한민국 특허청 등록 특허 제10-1170386호(2012.08.01)의 "펠릿보일러의 연소 제어장치"(이하 '인용발명 3' 이라 한다.)가 개시된 바 있다.

인용발명 3은 펠릿공급장치부, 연소챔버, 펠릿연소부. 펠릿재받이부, 점화장치부, 공기공급부, 재배출부를 포함하여 구성된 것으로, 연소 되고 남은 연소폐기물이 고착되는 것을 방지함과 아울러 장치 외부로 신속하게 배출될 수 있도록 하며, 연소시 필요한 공기공급을 조절할 수 있도록 하여 효율적으로 연소량을 제어함으로써, 연소효율을 극대화하면서 간단한 구조로 개선함에 따라 유지보수가 용이하도록 한 것이다.

그러나, 인용발명 1과 인용발명 2와 같은 기존에 알려진 펠릿 등과 같은 고체연료를 사용하는 보일러는 연소시 발생되는 열에너지를 연소실 내부에서 장기 체류시키는데 한계가 있었고, 열에너지를 용수 등에 전열하는 전열 면적이 작아 효과적인 열교환을 수행할 수 없었으며, 그로 인해 에너지 낭비도 심하여 이러한 문제점을 해결할 수 있는 방안이 절실히 요망되었던 것이다.

한편, 종래의 펠릿보일러는 연소실 내부 바닥면에 쌓이는 연소재(ash)를 외부로 배출시키기 위해 연소실 바닥면을 하향 경사진 호퍼 형태로 형성하고, 이 호퍼의 하부에 연소재 배출 스크루를 횡방향으로 설치하여 연소재를 배출시키고 있다.

그러나, 이와 같은 스크루를 이용하여 연소재를 외부로 배출할 시에는 배출 스크루 측으로 낙하하거나 쌓이는 연소재는 배출 스크루를 회전시켜 외부로 원활하게 배출시킬 수 있으나, 하향 경사진 연소실 내부 바닥면에 장기간 누적되는 연소재를 제거하기 위해서는 주기적으로 펠릿 보일러 하부를 분해하여 청소를 해야 하는 번거로움이 있었다.

또한, 인용발명 3의 연소챔버는 도 4a에 나타내는 바와 같이, 열교환튜브의 하부에 설치되어 있기 때문에, 연소챔버에서 발생하는 열효율이 전량 상부의 열교환튜브로 전달하지 못하고, 주변으로 열손실이 많이 발생하게 되는 문제점이 있었다. 그뿐만 아니라 연소판이 경사지게 형성되어 있기 때문에 연소실로 공급되는 펠릿이 완전하게 연소 되지 않고 불완전연소 된 펠릿들이 하부에 모이게 되는 문제점으로 인하여 원자재의 낭비를 초래하는 문제점이 있었던 것이다.

또한, 펠릿이 연소되면서 발생한 고열로 인해 챔버 철판이 변형되는 등 열손실이 발생하여 챔버 내부를 내화벽돌로 쌓아야 하는 불편이 있었다.

삭제

삭제

삭제

삭제

1. 국내 공개특허공보 공개번호 제10-2011-0133799호(2011.12.14) 2. 국내 공개특허공보 공개번호 제10-2011-0003144호(2011.01.11) 3. 국내 등록특허공보 등록번호 제10-1170386호(2012.08.01)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로, 목재 펠릿을 수용하여 연소시키기 위한 연소실의 내부로 중앙 좌측에서 우측으로 2°~ 3°경사 각도를 주어 송풍으로 목재 펠릿을 공급하기 때문에, 균등하게 연소판에 안착되어 완전 연소됨은 물론 연소된 화염은 송풍에 의해 연소실 내부의 열에너지수관에서 열교환하며, 화염은 회전하여 후방에 형성되는 지그재그로 열에너지수관의 유로를 따라 이동하면서 열교환을 높여줄 수 있도록 함을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 연소실이 상부프레임수관(스팀수장관 포함) 및 하부프레임수관(물공급관 포함)과 수직으로 연결되는 열에너지수관의 내부에서 하부측으로 형성되게 하여, 연소실에서 연소되는 목제펠릿이 불완전 연소되지 않고 완전 연소시켜서, 열효율을 외부로의 손실 없이 전량 열에너지수관에 전달하도록 함을 목적으로 한다.

그리고 연소실의 연소판(메시)은 수관 위에 올려놓아 완전 연소되어 연소판의 하부의 연소재받이로 배출되는 연소재는 중앙으로 경사지게 형성되는 경사면을 따라 배출구로 배출되어 배출스크루에 의해 외부로 배출되도록 함을 목적으로 한다.

그뿐만 아니라 연소되어 외부로 배출되는 배기가스(열기)에 부착된 이물질을 스팀과 결합시켜서 분리하여 배출되게 함으로써, 환경오염을 방지하도록 하는 데에도 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 갖는 본 발명의 구성을 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 목재 펠릿을 연소시켜 열효율의 손실 없이 열교환이 잘 이루어지도록 하기 위한 것으로,

하부프레임수관(50)의 하부에 연결된 열에너지수관(60) 위에 연소판(11)이 설치되고, 상기 연소판(11) 위에서 목재 펠릿이 연소되어 발생한 열에너지가 직화로 열교환 되도록 형성된 연소실(10)과,

상기 목재 펠릿을 수용하여 연소시킬 수 있는 연소실(10)의 내부로 목재 펠릿을 송풍기(20)(21)로 중앙 좌측에서 우측으로 2°~ 3°경사 각도를 주어 연소판(11) 위에 균등하게 분산 공급되도록 형성된 펠릿공급관(30)(31)과,

상기 연소실(10)에 공급된 목재 펠릿이 연소되면서 생성되는 열을 연소실(10)의 상부프레임수관(40)의 스팀수장관(41)과 하부프레임수관(50)의 물공급관(51)에 다수열로 직립하여 지그재그로 형성되게 연결하는 열에너지수관(60)과 열에너지수관(60) 사이의 유로(70)로 유도하는 송풍기(22)와 연결하여 형성된 송풍관(22a)과,

상기 유로(70)를 따라 유도되는 열에 의해 열에너지수관(60)에서 열교환되어 상부프레임수관(40)의 후방측 상부에 스팀을 수장하기 위해 직립된 열에너지수관(60)과 연결하여 형성된 스팀수장관(41)과,

상기 연소실(10)에서 유로(70)를 따라 배출되는 배기가스의 열기로 열교환 하는 라디에이터열교환기(80)와,

상기 라디에이터열교환기(80)와 연결되어 배출되는 스팀을 수장하는 스팀탱크(91) 및 상기 스팀탱크(91)의 외주면에 형성되어 라디에이터열교환기(80)에서 열교환하고 배출되는 배기가스를 유입하는 배기가스유입탱크(92)를 형성하고, 상기 배기가스유입탱크(92)로 유입된 배기가스가 회전날개(97)의 회전에 의해 자연적으로 배출관(95)을 통해 외부로 배출시킬 때, 배기가스에 혼합된 이물질은 스팀탱크(91)에서 상승하는 스팀과 혼합되면서 스팀탱크(91)의 하부로 하강되게 하여 이물질배출구(91a)로 배출할 수 있게 형성된 집진기(90)를 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명은 연소실에 유입되는 목재 펠릿을 송풍기의 송풍으로 연소실에 넓게 평형으로 펼쳐놓은 연소판 위에 균등하게 안착되도록 유입하고, 펠릿공급관은 중앙 좌측에서 우측으로 2°~ 3°경사 각도를 주어 연소실 내부의 불완전 연소 없이 완전 연소 되므로 열효율을 최대로 높일 수 있음은 물론 원자재의 낭비도 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 연소실에서 연소되는 열이 배출될 때까지 접촉하는 표면적을 넓게 하기 위하여 열에너지수관을 지그재그로 직립하여 형성함으로써, 열효율을 손실 없이 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 연소실에서 연소되는 연소재를 자유낙하 하도록 전면에 재빠짐 유로를 넓게 확보하고 사방으로 재빠짐 유로를 두어 연소된 재는 경사면을 따라 중앙으로 모이게 하여 배출스크루로 배출하게 함으로써, 연소재를 간편하게 외부로 배출할 수 있는 효과가 있다.

또한, 연소실에서 연소된 열이 배출될 때 발생하는 배기가스를 다시 라디에이터열교환기를 통해 배출시켜서, 라디에이터열교환기에서 배출되는 스팀과 결합되게 하여 배기가스에 혼합된 이물질을 하부로 분리시킴과 동시에 청정한 배기가스만 상부로 배출함으로써 환경오염을 줄일 수 있는 효과가 있다.

그리고 연소된 열에 의해 열교환 된 용수 및 상부로 상승하는 스팀을 난방수 및 온수 공급을 위해 사용함으로써 전열효과를 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1 및 도 2는 종래의 펠릿보일러를 나타낸 단면도이다.
도 3 및 도 4는 종래의 또 다른 펠릿 보일러를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 펠릿보일러의 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 펠릿보일러의 연소실 내부를 나타낸 평면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 펠릿보일러의 유로를 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 연소실에 연소판이 안착된 상태와 연소실 하부에 벽돌이 시공된 상태를 나타낸 단면도이다,
도 9는 본 발명에 따른 연소실에 열에너지수관이 설치된 상태를 나타낸 개략적인 사시도이다
도 10은 본 발명에 따른 집진기를 개략적으로 나타낸 사시도이다.

이하, 본 발명에 따른 목재 펠릿을 이용한 스팀 보일러에 대한 바람직한 실시 예에 대하여 첨부된 도면들을 참조로 하여 상세히 설명한다.

본 발명은 목재 펠릿을 이용하여 열교환 된 온수 및 스팀을 사용하기 위하여 연소실에서 연소된 열효율을 열손실 없이 최대로 활용함과 동시에 연소실로 공급되는 목재 펠릿을 불완전 연소 없이 완전 연소시켜 원자재 손실을 방지하고, 또 연소되어 배출되는 배기가스에 혼합된 이물질을 분리하여 청정한 배기가스만 외부로 배출되게 하여 환경오염을 방지하도록 구성한 것이다.

상기와 같은 본 발명의 기술적 구성을 크게 나누어보면 도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 목재 펠릿을 목재 펠릿저장탱크(30a)에서 공급하는 펠릿공급관(30)(31)과, 펠릿공급관(30)(31)에서 공급된 목재 펠릿을 연소시키는 연소실(10)과, 상기 연소실(10)에서 연소되어 발생되는 열을 열교환하기 위해 상부프레임수관(40)의 스팀수장관(41)과 하부프레임수관(50)의 물공급관(51)에 이어 상부와 하부의 사방으로 직립 및 수평 경사(2°~ 3°)각도로 연결되는 열에너지수관(60)을 포함하여 이루어지는 열교환챔버(60a)와, 상기 열교환챔버(60a)를 통해 배출되는 배기가스에 혼합된 이물질을 분리하는 집진기(90)로 구성된다.

본 발명의 상기 구성을 세부적으로 설명하면, 열교환챔버(60a)의 구성은 상부측에는 상부프레임수관(40)의 스팀스장관(41)과, 하부측에는 하부프레임수관(50)의 물공급관(51)을 형성하고, 상기 상부프레임수관(40)과 하부프레임수관(50)에 사방으로 직립하여 열에너지수관(60)을 연결하고, 또 상부면에도 열에너지수관(60)을 연결하여 이루어진다.

또한, 도 5의 확대 A에 나타내는 바와 같이, 상부프레임수관(40)과 하부프레임수관(50)에 후방에서 직립으로 연결되는 열에너지수관(60)을 다수개로 형성되게 하여 열에너지수관(60)과 열에너지수관(60) 사이에는 연소실(10)에서 연소되는 열을 유도하도록 유로(70)를 형성한다.

즉, 도 6에 나타내는 바와 같이, 상기 전방측의 열에너지수관(60)에는 내부부착판(61)과 후방측의 열에너지수관(60)에는 외부부착판(62)을 형성하기 때문에, 열에너지수관(60)과 열에너지수관(60) 사이의 공간에 유로(70)가 형성되고 유로(70)의 좌측에는 유입구(72)와 우측에는 배출구(73)가 형성되는 것이다.

그뿐만 아니라 열교환챔버(60a)의 외부측의 열에너지수관(60)과 열에너지수관(60)이 밀착되는 사이에 공극이 서로 형성하지 않게 철사로 용접하여 공간을 확보하고 외부부착판(62)을 열에너지수관(60)의 외부면에 부착하여 내부공간을 진공상태로 하여 열에너지 손실을 막도록 구성한다.

이때, 도 7에 나타내는 바와 같이, 상기 유로(70)로 유입된 열이 열에너지수관(60)과의 접촉면적을 넓게 하여 열효율을 높일 수 있도록 열에너지수관(60)이 지그재그 배열로 구성된다.

게다가 상기 상부프레임수관(40)과 하부프레임수관(50)의 후방에 각각 형성되는 열에너지수관은 전방에 형성되는 열에너지수관의 지름보다 크게 형성하여 스팀수장관(41)과 물공급관(51)을 구성한다.

그리고 도 8에 나타내는 바와 같이, 연소실(10)의 하부에 형성된 연소재받이(10a)는 열교환챔버(60a)의 하부인 하부프레임수관(50)의 중심부보다 낮게 연소재받이(10a)를 형성하고, 도 9에 나타내는 바와 같이, 상기 연소재받이(10a)에도 나선형으로 열에너지수관(60)을 형성하여 연소재받이(10a)에서 연소되어 발생하는 열이 외부로 손실되지 않도록 구성한다. 즉, 목재의 장점인 불씨 잔해가 오래 남는 것을 이용해 연소실(10)을 하부프레임수관(50)의 하부에 장착한 것이다.

또한, 연소실(10)에 공급되는 목재 펠릿을 완전연소시킬 수 있는 연소판(11)을 안착하기 위하여 하부프레임수관(50)의 물공급관(51)과 대향하여 형성되는 수관과 연결되게 양단부를 절곡하여 열에너지수관(60)을 다수개 연결하여 연소판(11)을 안착함으로써, 상부에는 연소실(10)이 형성되게 구성한다.

그뿐만 아니라 도 8 및 도 9에 나타내는 바와 같이, 연소판(11)에서 완전 연소되어 하부의 연소재받이(10a)로 자유낙하 되도록 전면에 재빠짐 유로를 확보하고 사방에 유로를 두어 연소재를 외부로 배출할 수 있게 양측에서 중앙으로 경사지게 경사면(12)을 형성하고, 경사면(12)의 중앙부에는 배출구(13)를 형성하고, 배출구(13)의 내부에는 연소재를 외부로 배출할 수 있게 모터(15)의 동력을 전달 구동하는 배출스크루(14)가 형성되어 있다.

그리고 도 6에 나타내는 바와 같이, 펠릿공급관(30)(31)은 연소실(10)의 상부측인 하부프레임수관(50)의 상부측에 형성하되, 정면의 중앙 좌측에서 우측으로 2°~ 3°경사 각도로 형성하여 펠릿공급관(30)(31)을 통해 공급되는 목재 펠릿을 송풍기(20)(21)의 송풍에 의해 공급하도록 구성한다.

이때 펠릿공급관(30)(31)을 통해 공급되는 목재 펠릿은 연소실(10)의 일측에 모이지 않고 넓게 펼쳐놓은 연소판(11) 위에 균등하게 안착되므로 목재 펠릿이 불완전연소 없이 완전 연소되도록 한 구성이다. 이때 상기 펠릿공급관(30)(31)에는 연소된 열이 역류되지 못하게 단부측에 역화방지판(미도시)이 구성된다.

게다가 상기 펠릿공급관(30)(31)으로 목재 펠릿을 공급하기 위해서는 도 6에 나타내는 바와 같이, 목재 펠릿저장탱크(30a)에서 이송스크루(30b)에 의해 호퍼(30c)로 공급하도록 구성한다. 이때 펠릿공급관(30)(31)이 2개이기 때문에, 호퍼(30c)의 저면에는 펠릿공급공(30d)(30d')을 2개 천공하여 각각의 펠릿공급관(30)(31)으로 목재 펠릿이 공급되도록 한다. 그뿐만 아니라 목재 펠릿저장탱크(30a)에 저장된 목재 펠릿은 2개의 이송스크루(30b)에 의해 호퍼(30c)로 이송하도록 구성한다. 즉, 어느 하나의 이송스크루가 고장이 나도, 다른 하나의 이송스크루에 의해 연속으로 목재 펠릿을 공급할 수 있도록 구성한 것이다.

또한, 연소실(10)에서 연소되어 발생하는 열을 송풍으로 열에너지수관(60)에 의해 지그재그로 형성되는 유로(70)의 유입구(72)로 유입되게 송풍기(22)와 연결된 송풍관(22a)이 연소실(10)의 내부에 구성된다. 이때 송풍관(22a)은 전방에서 후방으로 직진하여 유입구(72)측에 구성한다. 그뿐만 아니라 상기 송풍관(22a)에는 연소된 열이 역류되지 못하게 단부측에 역화방지판(미도시)이 구성된다.

삭제

그리고 도 7의 확대 C에 나타내는 바와 같이, 상기 연소실(10)의 내부측에 형성되는 펠릿공급관(30)(31)과, 송풍관(22a)은 연소실(10)에서 연소되는 열에 의해 녹지 않도록 상부프레임수관(40)과 하부프레임수관(50)을 연결하는 열에너지수관(60)이 외부를 감싸게 형성하여 상부측의 상부프레임수관(40)과 하부측의 하부프레임수관(50)과 연결하여 구성한다.

그리고 도 10에 나타내는 바와 같이, 집진기(90)는 열교환챔버(60a)의 유로(70)에서 배출되는 배기가스에 포함된 이물질을 분리하기 위하여 라디에이터열교환기(80)와 연결하여 구성하고, 라디에이터열교환기(80)에서 배기가스에 의해 열교환 된 스팀이 배출되어 스팀탱크(91)에 수장되게 구성하고, 또 배기가스는 다시 스팀탱크(91)의 외주면에 형성되는 배기가스유입탱크(92)에 연결하여 이때 배기가스유입탱크(92)의 일측에는 유입된 배기가스를 원심력으로 회전하여 상부의 배출관(95)으로 배출할 수 있게 구성한다. 미설명부호 (99)는 스팀탱크(91)와 배기가스유입탱크(92)를 점검할 수 있는 점검구이다.

그뿐만 아니라 배기가스유입탱크(92)의 내부에서 원심력에 의해 회전할 수 있게 내부에 칸막이(92a)를 경사지게 하부에서 상향으로 가면서 높게 구성한다. 배기가스가 회오리치면서 상승하도록 하기 위한 것이다. 송풍기(93)는 자연배출이 부족할 시 자동으로 작동하여 내부로 송풍이 유입되어 배기가스 배출을 원활하게 한다.

또한, 스팀탱크(91)에서 상승되는 스팀과 배기가스유입탱크(92)에서 상승되는 배기가스가 상부 중앙에서 모여 결합되면서 배기가스에 혼합된 이물질이 하부로 낙하하여 이물질배출구(91a)로 배출할 수 있도록 스팀탱크(91)와 배기가스유입탱크(92)의 상부측은 지름이 배기가스유입탱크(92)의 지름보다 작게 형성하여 상부측에 자연바람에 의해 회전하는 회전판(94)을 구성한다. 그뿐만 아니라 상기 배기가스유입탱크(92)에 이물질배출구(91a)가 형성된다.

이때 회전판(94)의 회전에 의해 배출관(95)을 통해 외부로 배출할 수 있게, 배기가스유입탱크(92)의 지름보다 작게 형성되는 배출관(95)의 내부에는 자연바람에 의해 회전하는 회전판(94)의 동력을 전달받아 회전하는 회전축(96)이 형성되고, 회전축(96)에는 길이방향으로 길게 대각선으로 회전날개(97)를 형성한다.

그뿐만 아니라 배출관(95)의 내부에 설치된 회전날개(97)의 하부에는 외부의 공기가 스팀탱크(91)의 내부로 유입되는 것을 방지하기 위하여 역화방지밸브(95a)가 장착되어 배기가스가 외부로 배출될 때에는 개방되고, 외부의 공기가 내부로 유입되면 배출관(95)을 폐쇄시키도록 구성된다.

그리고 상기 라디에이터열교환기(80)에서 온도가 상승해서 스팀탱크(91)에 스팀을 공급하고 남은 스팀은 물을 공급하는 물저장탱크(51a)로 유입되게 연결하여 구성한다.

또한, 물저장탱크(51a)와 라디에이터열교환기(80)에 물을 공급할 수 있도록 직수관(51b)과 연결하여 구성한다.

또한, 도 8에 나타낸 바와 같이, 연소실(10) 하부의 하부프레임수관(50)의 각 모서리에 형성되는 지지대와 지지대 사이에 내화벽돌(16)을 시공하여 밀폐시키고, 연소실(10)에 공기공급은 경사면(12)에 수평으로 형성된 통공(10b)과 공기유입구(17)를 연결하여 외부에 공기유입팬(18a)을 장착하고, 연소실(10)에 공기를 공급하여 목재 펠릿을 연소시키고, 연소실의 열기가 역류되지 않도록 공기유입구(17) 앞쪽에 역화방지판(미도시)을 장착하여 구성한다.

상기의 구성 이외에도 도 5에 나타내는 바와 같이, 상기 연소실(10)의 내부를 점검 및 연소판(11)을 교체할 수 있도록 열교환챔버(60a)의 일측면에 점검구(60b)를 형성하고, 또 펠릿공급관(30)(31)을 통해 연소실(10)에 공급된 목재 펠릿을 점화시키기 위하여 전기인두(60d)를 삽입하기 위한 점화구(60c)가 열교환챔버(60a)의 좌, 우측에 형성된다.

또한, 상부프레임수관(40)과 하부프레임수관(50)을 직립하여 연결하는 열에너지수관(60)과 열에너지수관(60)은 공극이 서로 형성하지 않게 연결부를 용접하여 공간을 확보하고 외부철판(62)을 부착하여 내부공간을 진공상태로 하여 열에너지 손실을 막는다.

그뿐만 아니라 상기 상부프레임수관(40)의 스팀수장관(41)과 하부프레임수관(50)의 물공급관(51)의 내부를 보수 및 청소하기 위하여 일측 단부를 돌출하여 개폐구(42)(52)를 형성하고 있다.

그리고 상기 스팀수장관(41)에는 열교환챔버(60a)에서 발생하는 각종 설비(43)가 형성되어 있다.

또한, 하부프레임수관(50)의 물공급관(51)과 하부에 연결된 열에너지수관(60)과 연소실(10) 및 연소재받이(10a)는 일체로 결합되어 구성되는 것이다.

게다가 상기 연소판(11)의 좌, 우측과 후방에 형성되는 공간(11a)은 목재 펠릿이 빠지지 않을 정도의 공간(11a)만 형성하고, 전방에는 송풍에 의해 전방으로 회오리치면서 순환되는 연소재가 배출할 수 있게 측면의 공간보다 넓게 공간(11a)을 형성한다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 목재 펠릿을 이용한 스팀 보일러의 작동 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 연소실(10)에 목재 펠릿을 공급하기 위하여 도 6에 나타내는 바와 같이, 목재 펠릿이 저장된 목재 펠릿저장탱크(30a)에서 목재 펠릿을 이송스크루(30b)를 거쳐 호퍼(30c)의 저면에 천공된 펠릿공급공(30d)(30d')을 통과하여 펠릿공급관(30)(31)을 통해 공급한다. 상기 펠릿공급관(30)(31)으로 목재 펠릿이 이송되어 오면, 송풍기(20)(21)가 작동하여 공급된 목재 펠릿을 송풍으로 연소실(10) 내부의 연소판(11) 위로 공급한다. 이때 펠릿공급관(30)(31)은 연소실(10)에 중앙 좌측에서 우측으로 2°~ 3° 경사 각도를 주어 송풍에 의해 연소실(10)의 연소판(11) 위로 균등하게 공급되어 안착이 된다. 그리고 열교환챔버(60a)의 양측에 형성된 점화구(60c)를 통해 전기인두(60d)를 이용하여 목재 펠릿을 점화시켜 연소되게 한다.

따라서 송풍에 의해 연소실(10)에 균등하게 연소판 위로 공급되기 때문에 목재 펠릿은 불완전 연소없이 완전 연소되어 열교환 하게 된다. 즉, 목재의 장점인 불씨잔해가 오래 남는 것을 이용하도록 연소실(10)이 하부프레임수관(50)의 하부에 형성되는 것이다.

상기와 같이 연소실(10)에서 연소된 열은 연소실(10)의 사방으로 상부측에 직립한 열에너지수관(60)에 열을 전달하여 열교환 함과 동시에 송풍기(22)에 의해 송풍관(22a)으로 공급되는 송풍은 연소실(10) 내부에서 발생된 고온의 열을 연소실(10)의 내부를 열교환하고 회전하여 후방에 형성된 유로(70)의 유입구(72)로 유도하여 열을 상부프레임수관(40)의 스팀수장관(41) 및 하부프레임수관(50)의 물공급관(51), 열에너지수관(60)과 다시 접촉하여 3차 열교환이 이루어진다.

이때 열은 지그재그로 배열된 열에너지수관(60)의 유로(70)를 따라 유도하기 때문에 열에너지수관(60)과의 접촉표면을 넓게 함으로써, 열교환 효율을 높여 주게 된다.

상기와 같이 유로(70)를 따라 유도된 열은 배출구(73)를 통해 배출되어 다시 배출구(73)와 연결된 라디에이터열교환기(80)의 내부로 유입되어 라디에이터열교환기(80)에서 열교환 한 후, 열교환 된 스팀은 스팀탱크(91)로 유입되고, 배기가스는 스팀탱크(91)의 외주면에 형성된 배기가스유입탱크(92)로 유입된다.

이때 상기 라디에이터열교환기(80)의 온도가 상승해서 스팀탱크(91)에 공급하고 남는 스팀은 물을 공급하는 물저장탱크(51a)로 유입되게 연결한다. 또한, 라디에이터열교환기(80)의 물 공급은 물저장탱크(51a)에서 공급한다.

그리고 배기가스유입탱크(92)로 유입된 배기가스는 다시 배기가스유입탱크(92)의 일측으로 경사지게 스크루식으로 형성된 칸막이(92a)에 의해 일측으로 회전하여 원심력에 의해 상승하게 되고, 또 배기가스유입탱크(92)에 유입된 스팀도 상승하면서 배기가스와 결합하게 된다. 이때 배기가스에 혼합된 이물질은 스팀과 결합되어 스팀탱크(91)의 하부로 자유 낙하 되면서 배기가스에 혼합된 연소재 등의 이물질을 분리하게 되는 것이다. 그리고 스팀탱크(91)의 상부측에 형성된 송풍기(93)는 배기 압력 부족시 자동 작동하여 배기가스배출을 원활하게 한다.

따라서 이물질이 분리되어 정화된 배기가스는 배출관(95)을 통해 상승하여 외부로 배출되기 때문에 환경 오염을 방지하게 되는 것이다. 그뿐만 아니라 스팀탱크(91)의 저면으로 낙하된 이물질은 이물질배출구(91a)를 통해 배출하여 별도로 처리한다. 또한, 배기가스유입탱크(92)의 저면에도 이물질이 생성되면 이물질배출구(91a)를 통해 배출하게 되는 것이다.

이때 상기 회전판(94)이 회전하고 배출관(95) 내부에는 동력을 전달받아 회전축(96)이 회전하고, 길이방향 대각선으로 설치된 회전날개(97)가 회전하면서 상승되는 배기가스를 원활하게 외부로 배출하는 것이다.

또한, 배출관(95)의 내부에 장착된 회전축(96)의 하부에는 역화방지밸브(95a)가 장착되어 있기 때문에, 외부의 공기가 배출관(95)을 타고 스팀탱크(91)의 내부로 유입되는 것을 방지하게 된다.

그리고 상기 연소실(10)에서 연소되어 순환되는 연소재는 연소판(11)의 사방에 형성된 공간(11a)을 통해 하부로 자유낙하 하여 연소실(10)의 양측에서 경사지게 형성된 경사면(12)을 따라 중앙에 형성된 배출구(13)로 유입된다. 상기 배출구(13)로 유입된 연소재는 배출구(13) 내부에 형성되어 모터(15)의 동력을 전달받아 구동하는 배출스크루(14)의 작동에 의해 외부로 배출이 되는 것이다.

이때 상기 상부프레임수관(40)의 스팀수장관(41)과 하부프레임수관(50)의 물공급관(51)을 연결하는 열에너지수관(60)의 내측에 부착된 내부부착판(61)의 전방에 직립하여 상부프레임수관(40)의 스팀수장관(41)과 하부프레임수관(50)의 물공급관(51)과 연결된 또 다른 열에너지수관(60)에 부딪히는 연소재는 연소판(11)의 후방에 형성된 공간(11a)으로 유입되어 연소재받이(10a)로 낙하되고, 송풍에 의해 전방으로 이동하는 연소재는 연소판(11)의 전방으로 넓게 형성된 공간(11a)이나 좌우측의 공간(11a)으로 유입되어 연소재받이(10a)로 낙하하게 된다.

그리고 상기 연소실(10)에서 연소되는 열이 연소재받이(10a)의 하부로 방출되지 못하도록 연소재받이(10a)의 저면에 형성된 열에너지수관(60)이 열교환하여 열효율을 높여주고 있다.

또한, 연소실(10) 하부의 하부프레임수관(50)을 지지하는 지지대와 지지대 사이에 내화벽돌(16)로 시공하여 밀폐시키고, 경사면(12)에 수평으로 형성된 통공(10b)과 공기유입구(17)을 연결하여 외부에 공기유입팬(18a)을 장착하고 연소실(10)에 공기를 공급하여 목재 펠릿을 연소시키고, 연소실의 열기가 역류되지 않도록 공기유입구(17) 앞쪽에 역화방지판(미도시)을 장착하여 구성한다.

상기와 같이 열교환 된 온수는 수직으로 상부프레임수관(40)과 연결된 열에너지수관(60)을 통해 상부로 상승하여 상부프레임수관(40)의 후방 수관인 스팀수장관(41)으로 수장되어 스팀과 온수를 난방배관과 연결하여 동시에 사용할 수 있는 것이다.

그리고 열교환하기 위하여 상부프레임수관(40)과 하부프레임수관(50)에 수직으로 연결된 열에너지수관(60)에 직수를 공급하기 위하여 하부프레임수관(50)의 후방 수관인 물공급관(51)과 하부프레임수관(50)에 연결된 직수관(51b)을 통해서 공급된다. 이때 직수는 물저장탱크(51a)에서 저장된 직수와 물공급관(51)이 직수관(51b)과 연결되어 직수를 공급하게 되는 것이다. 또한, 직수는 직접 배기가스가 유입되는 라디에이터열교환기(80)와 연결되고, 이때, 상기 라디에이터열교환기(80)의 온도가 상승해서 스팀탱크(91)에 스팀을 공급하고, 남는 스팀은 물을 공급하는 물저장탱크(51a)로 유입되게 연결하여 구성한다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명이 비록 한정된 실시 예에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다 할 것이다.

10. 연소실 10a. 연소재받이
10b. 통공 11. 연소판
11a. 공간 12. 경사면
13. 배출구 14. 배출스크루
15. 모터 16. 내화벽돌
17. 공기유입구 18a. 공기유입팬
20, 21, 22, 93. 송풍기
22a, 송풍관 30. 31. 펠릿공급관
30a. 목재 펠릿저장탱크 30b. 이송스크루
30c. 호퍼 30d, 30d'. 펠릿공급공
40. 상부프레임수관 41. 스팀수장관
42, 52. 개폐구 43. 설비
50. 하부프레임수관 51. 물공급관
51a. 물저장탱크 51b. 직수관
60. 열에너지수관 60a. 열교환챔버
60b. 점검구 60c.점화구
60d. 전기인두 61. 내부부착판
62. 외부부착판 70. 유로
72. 유입구 73. 배출구
80. 라디에이터열교환기 90. 집진기
91. 스팀탱크 91a. 이물질배출구
92. 배기가스유입탱크 92a. 칸막이
94. 회전판 95. 배출관
95a. 역화방지밸브 96. 회전축
97. 회전날개

Claims (14)

1. 하부프레임수관(50)의 하부에 연결된 열에너지수관(60) 위에 연소판(11)이 설치되고, 상기 연소판(11) 위에서 목재 펠릿이 연소되어 발생한 열에너지가 직화로 열교환 되도록 형성된 연소실(10)과,
   상기 목재 펠릿을 수용하여 연소시킬 수 있는 연소실(10)의 내부로 목재 펠릿을 송풍기(20)(21)로 중앙 좌측에서 우측으로 2°~ 3° 경사 각도를 주어 연소판(11) 위에 균등하게 분산 공급되도록 형성된 펠릿공급관(30)(31)과,
   상기 연소실(10)에 공급된 목재 펠릿이 연소되면서 생성되는 열을 연소실(10)의 상부프레임수관(40)의 스팀수장관(41)과 하부프레임수관(50)의 물공급관(51)에 다수열로 직립하여 지그재그로 형성되게 연결하는 열에너지수관(60)과 열에너지수관(60) 사이의 유로(70)로 유도하는 송풍기(22)와 연결하여 형성된 송풍관(22a)과,
   상기 유로(70)를 따라 유도되는 열에 의해 열에너지수관(60)에서 열교환되어 상부프레임수관(40)의 후방측 상부에 스팀을 수장하기 위해 직립된 열에너지수관(60)과 연결하여 형성된 스팀수장관(41)과,
   상기 연소실(10)에서 유로(70)를 따라 배출되는 배기가스의 열기로 열교환 하는 라디에이터열교환기(80)와,
   상기 라디에이터열교환기(80)와 연결되어 배출되는 스팀을 수장하는 스팀탱크(91) 및 상기 스팀탱크(91)의 외주면에 형성되어 라디에이터열교환기(80)에서 열교환하고 배출되는 배기가스를 유입하는 배기가스유입탱크(92)를 형성하고, 상기 배기가스유입탱크(92)로 유입된 배기가스가 회전날개(97)의 회전에 의해 자연적으로 배출관(95)을 통해 외부로 배출시킬 때, 배기가스에 혼합된 이물질은 스팀탱크(91)에서 상승하는 스팀과 혼합되면서 스팀탱크(91)의 하부로 하강되게 하여 이물질배출구(91a)로 배출할 수 있게 형성된 집진기(90)를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 목재 펠릿을 이용한 스팀 보일러.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 배기가스유입탱크(92)의 내부 일측에 경사지게 하부에서 상부로 갈수록 높이를 높게 하여 경사지게 스크루식으로 형성된 칸막이(92a)에 의해 유입되는 배기가스는 분산되지 않고 일방향으로 회전하면서 상승하도록 구성한 것을 특징으로 하는 목재 펠릿을 이용한 스팀 보일러.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 집진기(90)의 스팀탱크(91)와 배기가스유입탱크(92)의 상부측은 배기가스유입탱크(92)의 지름보다 작게 배출관(95)을 형성하고. 배출관(95)의 상부에 자연바람에 의해 회전하는 회전판(94)을 형성하여 회전판(94)의 회전에 의해 이물질이 분리된 배기가스만 외부로 배출되도록 구성하고, 송풍기(93)는 자연 배출이 부족할 시 자동으로 작동하여 내부로 송풍이 유입되어 배기가스를 배출관(95)을 통해 외부로 배출하도록 구성한 것을 특징으로 하는 목재 펠릿을 이용한 스팀 보일러.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 연소실(10) 내부에 형성된 펠릿공급관(30)(31)은 중앙 좌측에서 우측으로 2°~ 3° 경사 각도를 주어 연소실(10)의 연소판(11)에 균등하게 공급되게 하고, 펠릿공급관(30)(31)의 선단부측 외주면 및 송풍관(22a)의 외주면은 수직으로 직립하는 열에너지수관(60)으로 감싸서 열교환되게 하여 파손을 방지하도록 구성한 것을 특징으로 하는 목재 펠릿을 이용한 스팀 보일러.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 연소실(10)의 하부에 형성하는 연소재받이(10a)에도 직수관(51b)과 연결된 열에너지수관(60)을 나선형으로 장착하여 물공급관(51)에 연결함으로써, 연소실(10)에서 발생되는 열이 외부로 손실되지 않도록 구성한 것을 특징으로 하는 목재 펠릿을 이용한 스팀 보일러.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 연소실(10)은 하부프레임수관(50)의 하부측에 일체로 형성되게 하고, 하부프레임수관(50)과 물공급관(51)에 서로 대향하여 양단부를 절곡하고 수평 경사각도가 2°~3°로 형성되는 열에너지수관(60)의 상부에 연소판(11)을 안착하고, 상기 연소판(11)의 저면에는 연소판(11)에서 연소되어 낙하되는 연소재가 중앙으로 모이도록 양측면에서 중앙으로 경사지게 경사면(12)을 형성하여 중앙부에 배출구(13)를 형성하고, 배출구(13)에는 연소재를 외부로 배출하기 위해 배출스크루(14)를 모터(15)와 연결하여 구성한 것을 특징으로 하는 목재 펠릿을 이용한 스팀 보일러.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 연소실(10)의 상부프레임수관(40)의 후방에 형성된 스팀수장관(41)과 하부프레임수관(50)의 후방에 형성된 물공급관(51)은 전방의 수관보다 지름이 크게 구성되는 것을 특징으로 하는 목재 펠릿을 이용한 스팀 보일러.
8. 제 1항에 있어서,
   상기 하부프레임수관(50)과 상부프레임수관(40)에 직립하여 사방으로 연결되는 열에너지수관(60)은 서로 엇갈리게 지그재그로 형성하고, 전방측의 열에너지수관(60)과 후방측의 열에너지수관(60)의 내부면과 외부면에는 내부부착판(61)과 외부부착판(62)을 각각 부착하여 구성한 것을 특징으로 하는 목재 펠릿을 이용한 스팀 보일러.
9. 제 1항에 있어서,
   상기 상부프레임수관(40)과 하부프레임수관(50)의 스팀수장관(41)과 물공급관(51)을 연결하는 열에너지수관(60)의 내부에 부착된 내부부착판(61) 전방에 또 다른 열에너지수관(60)을 장착하여 송풍에 의해 공급되는 공기와 혼합된 연소재가 부딪히면서 연소판(11) 후방에 형성된 공간(11a)을 통해 하부의 연소실(10)로 유입되도록 구성한 것을 특징으로 하는 목재 펠릿을 이용한 스팀 보일러.
10. 제 1항에 있어서,
    상기 연소판(11)의 사방에는 연소실(10)로 통하는 공간(11a)을 형성하고, 연소판(11)의 전방인 물공급관(51)의 전방에 형성되는 공간(11a)을 더 넓게 형성하여 연소실(10)에서 회전되는 연소재가 전방의 공간(11a)을 통해 연소재받이(10a)로 유입되도록 구성한 것을 특징으로 하는 스팀 보일러.
11. 제 1항에 있어서,
    상기 상부프레임수관(40) 및 하부프레임수관(50)과 연결하는 열에너지수관(60)에 의해 내부에 형성되는 연소실(10)의 내부를 확인 및 점검할 수 있도록 직립하는 열에너지수관(60)의 양측에 점검구(60b)와 목재 펠릿을 점화하는 점화구(60c)를 형성하여 개폐할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 목재 펠릿을 이용한 스팀 보일러.
12. 제 3항에 있어서,
    상기 배출관(95)의 내부에는 회전판(94)의 동력을 전달받아 회전하는 회전축(96)이 형성되고, 회전축(96)에는 길이방향으로 길게 대각선으로 회전날개(97)를 형성하여 배기가스의 상승을 유도하여 원활하게 배출관(95)을 통해 외부로 배출할 수 있게 구성한 것을 특징으로 하는 목재 펠릿을 이용한 스팀 보일러.
13. 제 3항에 있어서,
    상기 배출관(95)의 내부에 회전날개(97)가 형성된 회전축(96)의 하부에는 외부의 공기가 내부로 유입되는 것을 방지하기 위하여 역화방지밸브(95a)가 구성된 것을 특징으로 하는 목재 펠릿을 이용한 스팀 보일러.
14. 제 1항에 있어서,
    상기 연소실(10)은 하부프레임수관(50)의 물공급관(51)과 대향한 열에너지수관의 하부에 절곡하여 형성된 열에너지수관(60)과 일체로 형성되고, 상기 열에너지수관(60) 위에 연소판(11)이 안착되며, 연소재받이(10a)의 경사면(12)에 천공된 통공(10b)과 공기유입구(17)를 연결하고, 공기유입구(17)의 외부에 공기유입팬(18a)을 장착하여 연소실(10)에 공기를 공급하여 목재 펠릿을 연소시키고, 연소실(10)의 열기가 역류되지 않도록 공기유입구(17) 앞쪽에는 역화방지판을 장착하여 구성된 것을 특징으로 하는 목재 펠릿을 이용한 스팀 보일러.
    

Images