KR101457301B1

KR101457301B1 - 펠릿연료 예비연소장치

Info

Publication number: KR101457301B1
Application number: KR20130085586A
Authority: KR
Inventors: 오수철
Original assignee: 오수철
Priority date: 2013-07-19
Filing date: 2013-07-19
Publication date: 2014-11-03

Abstract

펠릿연료 예비연소장치가 개시된다. 본 발명은 연소통 내부에 투입되는 펠릿연료가 예비연소가 이루어진 다음 연소통으로 공급되도록 구성된 펠릿연료 예비연소장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 펠릿연료 예비연소장치는 펠릿연료 투입구로 펠릿연료가 공급되어 연소된 다음 상기 투입구 반대쪽으로 배출되는 회전하는 연소통을 구비한 펠릿연료 연소장치에 있어서, 상기 연소통 내부에 고정 설치되고 상기 펠릿연료 투입구에서 공급된 펠릿연료가 낙하되어 예비연소가 이루어진 다음 상기 연소통으로 낙하하도록 배출구가 형성된 예비연소통 및 상기 예비연소통에 공급되는 펠릿연료를 점화시키는 점화헤드를 포함한다.

Description

펠릿연료 예비연소장치 {Burner in reserve for pellet burner}

본 발명은 펠릿연료 예비연소장치에 관한 것으로, 더욱 상세히는 연소통 내부에 투입되는 펠릿연료가 예비연소가 이루어진 다음 연소통으로 공급되도록 구성된 펠릿연료 예비연소장치에 관한 것이다.

일반적으로, 종래 바이오 연료 연소장치(대한민국공개특허공보 공개번호 제2010-32140호)는 왕겨, 톱밥, 휴지, 두각, 짚류, 섬유 쓰레기등과 폐플라스틱을 혼합하고, 압축해 펠릿(pellet)화한 것을 회전하는 강관 내에 삽입해 점화한다. 강관 외주에 설치한 고온 공기 분사구에서 연소 공기를 회전시킬 방향으로 내뿜어 고온도의 연소 가스를 발생시켜, 보일러 내에 분사하는 것으로써, 각종의 폐기물 펠릿(펠릿(pellet))을 석유 대체의 연료로서 사용해, 화석연료의 사용량을 80%삭감할 수 있다. 식물 찌꺼기, 폐품은 압축 고체화해도 불타지 않지만, 10~30%의 플라스틱 폐품을 혼합해 조립하면 안정되어 연소하는 고칼로리의 연료가 된다.

펠릿(pellet)화 된 연료는, 입경이 작을수록 산화 면적이 많아지므로 빨리 불타지만, 격자 상에서는 떨어지므로 태울 수 없는 난점이 있다. 종래의 바이오 연료 연소장치는, 48 mm정도의 소경 펠릿(pellet)을 회전하는 동안 관과 그것을 지지하는 외관으로 구성되는 펠릿(pellet) 버너에 투입하고, 내관을 회전시키는 것으로 펠릿(pellet)에 회전을 주면서, 내부에 설치한 전송 날개로 버너의 분화구의 방향으로 이동시키면서 회전통의 외면에 전해지는 열로 외통내의 공기를 약 200~300℃에 따뜻하게 하고, 안통에 설치한 분출구로부터 내통내의 펠릿(pellet)에 내뿜어 펠릿(pellet)을 고온도로 빨리 연소시키는 것이다. 고온도에 연소하는 펠릿(pellet)은, 내통의 회전에 따라서, 자전하면서 연소를 계속해, 버너 출구로 향해 이동, 재가 되어 버너 출구로부터 재에 떨어진다. 연소 시험의 결과에 의하면, 6 mm 지름의 왕겨 80%, 폐플라스틱 20%의 펠릿(pellet) 50 Kg가, 1시간에 연소해 약 50만 킬로칼로리의 열을 발생시켰다. 왕겨등 난연폐재에 폐플라스틱을 혼합해 압축, 조립하는 것으로 약 6000킬로칼로리/Kg의 펠릿(pellet)이 생긴다.

그러나, 종래기술에 의한 펠릿연료 연소장치는 펠릿연료가 연료 투입구를 통하여 보일로 내부로 직접 낙하하여 연소가 진행되는 구성이기 때문에 제대로 불이 붙지 않은 연료가 생겨 열효율을 저하시키는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 10-1058889

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 투입구를 통하여 공급된 펠릿연료가 예비연소통에서 점화와 일정 연소가 진행된 다음 보일로 내부로 떨어져 주 연소가 진행되도록 구성되어 열효율을 극대화할 수 있는 펠릿연료 예비연소장치를 제공하고자 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서 본 발명은, 펠릿연료 투입구로 펠릿연료가 공급되어 연소된 다음 상기 투입구 반대쪽으로 배출되는 회전하는 연소통을 구비한 펠릿연료 연소장치에 있어서, 상기 연소통 내부에 고정 설치되고 상기 펠릿연료 투입구에서 공급된 펠릿연료가 낙하되어 예비연소가 이루어진 다음 상기 연소통으로 낙하하도록 배출구가 형성된 예비연소통 및 상기 예비연소통에 공급되는 펠릿연료를 점화시키는 점화헤드를 포함한다.

바람직하게는, 상기 예비연소통은 복수개의 공기구멍이 형성되어, 공기가 원활히 연통된다.

바람직하게는, 상기 예비연소통은 상기 연소통에 복수개의 공기파이프에 의해 지지되도록 설치 고정된다.

바람직하게는, 상기 예비연소통의 측면은 테이퍼지게 형성되어, 예비연소된 펠릿연료가 상기 투입구 방향으로 다시 되돌아가 배출된다.

바람직하게는, 상기 예비연소통 내부에 가이드통이 구비되어, 상기 투입구로 공급된 펠릿연료가 상기 예비연소통의 끝단 부근까지 이송된 다음 낙하하도록 안내한다.

바람직하게는, 상기 가이드통은 외면에 공기가 원활히 연통할 수 있도록 복수개의 공기구멍이 형성된다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명에 의한 펠릿연료 예비연소장치는 연소통으로 펠릿연료가 투입구를 통하여 낙하하기 전에 연료를 점화시켜 일정시간 예비연소시킨 다음 연소통으로 낙하하여 연소가 진행되기 때문에 초기 연소시부터 높은 온도에서 연소가 진행되어 열효율이 증대될 뿐만 아니라 미연소 가스 등의 발생이 감소되는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명에 의한 펠릿연료 예비연소장치의 종단면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 펠릿연료 예비연소장치의 종단면도로서, 공기와 펠릿연료의 흐름을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명에 의한 펠릿연료 예비연소장치의 횡단면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 펠릿연료 예비연소장치의 보일러 배면벽의 정면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 펠릿연료 예비연소장치의 사시도이다.
도 6은 본 발명에 의한 펠릿연료 예비연소장치의 반절개 사시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 펠릿연료 예비연소장치의 반절개 사시도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 펠릿연료 예비연소장치의 사시도이다.

상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에 의한 예비연소장치(100)는 도 1 내지 도 8에 도시된 바와 같이 펠릿연료 투입구(33)로 펠릿연료가 공급되어 연소된 다음 상기 투입구(33) 반대쪽으로 배출되는 회전하는 연소통(10)을 구비한 펠릿연료 연소장치(1)에 있어서, 상기 연소통(10) 내부에 고정 설치되고 상기 펠릿연료 투입구(33)에서 공급된 펠릿연료가 낙하되어 예비연소가 이루어진 다음 상기 연소통(10)으로 낙하하도록 배출구(120a)가 형성된 예비연소통(120) 및 상기 예비연소통(120)에 공급되는 펠릿연료를 점화시키는 점화헤드(17)를 포함한다.

상기 예비연소통(120)은 복수개의 공기구멍(121)이 형성되어, 공기가 원활히 연통되도록 구성되어 있다. 상기 예비연소통(120)은 상기 연소통(10)에 복수개의 공기파이프(130)에 의해 지지되도록 설치 고정되어 있다. 즉 도 2를 참고하면, 상기 공기파이프(130)는 상기 예비연소통(120) 내부와 내면패널(15)과 가이드(14) 사이의 공기가 흐를 수 있도록 연결되어 있다.

상기 예비연소통(120)의 측면은 테이퍼지게 형성되어, 예비 연소된 펠릿연료가 상기 투입구(33) 방향으로 다시 되돌아가 배출된다. 따라서 배출구(120a)는 투입구(33)에 가장 가까운 위치에 형성되어 있다.

상기 예비연소통(120) 내부에 가이드통(110)이 구비되어, 상기 투입구(33)로 공급된 펠릿연료가 상기 예비연소통(120)의 끝단 부근까지 이송된 다음 낙하하도록 안내한다.

상기 가이드통(110)은 외면에 공기가 원활히 연통할 수 있도록 복수개의 공기구멍(111)이 형성되어 있다.

한편, 펠릿연료 연소장치(1) 도 1 내지 도 8에 도시된 바와 같이 옆으로 뉘어져 회전되면서 펠릿연료가 연소되는 펠릿연료 연소장치로서, 연료공급부인 일단에 펠릿연료가 공급되는 투입구(33)가 형성되고 그 투입구(33) 부근 보일러 배면벽에 점화헤드(17)가 설치되며 연료배출부인 타단은 화염이 방사될 수 있도록 개방된 연소통(10)을 포함하고, 상기 연소통(10)이 회전함에 따라 펠릿이 타단 쪽으로 이송되도록 내면 패널(15)에 나선형의 홈이 형성된다. 여기서, 상기 내면 패널(15) 외측에는 가이드(14)가 형성되어 상기 연료공급부 측으로부터 공급되는 외기 일부가 상기 연료배출부까지 이동된 다음 다시 상기 연료공급부 쪽으로 돌아오면서 상기 내면 패널(15)에 형성된 노즐(15a)을 통하여 연소통(10) 내부로 공급된다. 또, 상기 내면 패널(15)의 노즐(15a)은 방사방향에 대하여 일정각도(θ) 기울어져 형성된다. 또, 상기 연료공급부의 하부에는 공기량 조절댐퍼(18)가 설치되어, 상기 연소통(10) 상하부로 공급되는 공기의 양을 다르게 조절할 수 있도록 된다. 또, 상기 연소통(10)은 상기 연료공급부로부터 상기 연료배출부로 갈수도록 직경이 감소되도록 테이퍼지게 형성된다.

각 도면을 참고하면 상세히 설명한다.

우선, 도 1을 참고하면, 본 발명에 의한 펠릿연료 연소장치(1)는 연소통(10)이 옆으로 누워 있는 형태로 되고, 연소통(10)은 회전되도록 구성되어 있다. 연소통(10)의 연료공급부 쪽은 배면벽(16)에 의해 막혀 있고, 그 반대쪽의 연료배출부는 개방되어 있다.

본 발명에 의한 펠릿연료 연소장치(1)는 연소통(10)에 나선형 홈이 형성된 내면 패널(15)을 갖는다. 내면 패널(15)에 펠릿연료가 직접적으로 공급되어 그곳에서 연소도 진행된다. 내면 패널(15)에는 골과 산 그리고 그 사이에 각각 노즐(15a)이 형성되어 있다. 노즐(15a) 중에 골과 산에 형성된 노즐(15a)은 도 2에 도시된 바와 같이 방사선 방향에 대하여 일정각도(θ) 기울어지게 형성된다. 이것은 화염에 대한 접선 방향을 향상도록 하는 것이 가장 이상적이다.

상기 내면 패널(15)의 외면에는 가이드(14)가 설치되어 있다. 가이드(14)는 연료공급부 쪽의 공기 유입구(12a)로부터 유입된 공기가 일부는 배면벽(16)의 노즐(16a)을 통하여 직접 연소통(10) 내부로 들어가게 되고, 일부는 방사방향으로 흐른 다음 가이드(14)와 외면 패널(11)에 의해 만들어진 공기 유로를 통과하여 연료배출부 쪽으로 흐른다. 그 다음 그 공기는 유턴하여 내면 패널(15)과 가이드(14) 사이를 지나가면서 내면 패널(15)의 노즐(154a)을 통하여 연소통(10) 내부로 공급되는 것이다.

상기 외면 패널(11)은 하나의 통을 이루게 되고, 연료공급부 쪽에는 수평 커버(13)가 절곡 형성되고 그 수평 커버(13)와 외면 패널(12) 사이에는 베어링(12a)이 설치되어 있다. 따라서 수평 커버(13)은 회전되지만 배면 패널(12)은 배편판(16)과 마찬가지로 회전되지 않는 것이다. 배면 패널(12)에는 공기가 유입되는 공기 유입구(12a)가 형성되어 있다.

또 상기 배면벽(16)에는 펠릿연료가 공급되는 투입구(33)가 형성되고, 그 투입구(33) 내부에 모터(32)에 의해 구동되는 스크류(31)가 설치되어 상부에 형성된 펠릿연료 공급구(30)로부터 투입된 펠릿연료가 연소통(10) 내부로 공급되도록 구성되어 있다. 외면 패널(11)의 바깥에는 수평을 유지하기 위한 수평 커버(13)가 설치되어 있고, 그 수평 커버(13) 외면에는 단열재가 설치되어 있다. 모터(20)에 의해 구동되는 롤러(21)들에 의해 수평 커버(13)가 회전됨으로써 연소통(10)이 회전하게 된다.

상기 투입구(33)에는 가이드통(110)이 연결되어 설치되어 있고, 그 가이드통 외측에 상기 예비연소통(120)이 설치되어 있다. 상기 예비연소통(120)은 공기파이프(130)에 의해 지지되고, 상술한 바와 같이 송풍기에서 공급된 공기의 일부도 공기파이프(130)를 통하여 예비연소통(120)으로 공급되어 예비 연소를 돕는다.

이러한 구조에 의해 내면 패널(15), 가이드(14), 외면 패널(11), 수평 커버(13)는 모터(20)의 구동력에 의해 회전하게 되고, 배면벽(16), 배면 패널(12), 공기량 조절댐퍼(18) 등은 회전되지 않는다. 따라서 공급된 펠릿 연료만이 회전되면서 연소가 이루어지고 동시에 내면 패널(15)의 나선형 홈을 따라 배출된다.

배면벽(16) 하부 측에는 배면벽(16)을 관통하여 점화헤드(17)가 설치되어 있어서, 내부 패널(15) 하부 쪽에 쌓이는 펠릿연료를 연소하게 된다. 또한 연소통(10)의 중심에서 아래쪽에는 유입되는 공기를 조절하기 위한 공기량 조절댐퍼(18)가 설치되어 있다. 공기량 조절댐퍼(18)를 조절함으로써 연소통(10)의 상부와 하부로 각각 유입되는 공기량을 조절할 수 있게 된다. 예를 들어 이러한 조절댐퍼(18)가 없다면 최대한 공급되는 공기량은 펠릿연료가 날리지 않을 정도까지가 그 한계가 될 것이다.

그러나 조절댐퍼(18)로 하부로 들어오는 공기량을 조절하게 되면 그 한계까지 공기량을 조절하게 되면 상부로 들어가게 되는 공기량은 더욱 많이 들어가게 된다.

도 3를 참고하면, 내면 패널(15) 내부에 펠릿연료가 공급되어 있는 것이 표시되어 있다. 표시된 바와 같이 펠릿연료는 연소통(10)이 회전하고 있는 상태이기 때문에 도면에서 왼쪽으로 약간 치우쳐 쌓여 있는 형태를 이루게 된다.

이렇게 연소통(10)이 회전되면서 연소가 진행되되, 내면 패널(15)의 산과 골에 형성된 노즐(154a)은 방사방향에 대하여 일정각도 기울어지게 형성되어 더욱 강력한 화염을 형성하게 되고, 그 방향은 발생되는 화면에 접선방향을 따라 노즐(154a)이 형성되도록 하는 것이 이상적이다. 공기 유입부(12b)로 유입된 공기는 도면에서 가이드(14)와 외면 패널(11) 사이로 흘러 연료배출부까지 흐른 다음, 유턴하여 가이드(14)와 내면 패널(15) 사이로 들어오게 되고 마지막으로 내면 패널(15)의 노즐(154a)을 통하여 분사되도록 되어 있다.

도 2를 참고하면, 연료의 흐름과 공기의 흐름이 잘 도시되어 있다. 펠릿연료는 연료 공급구(30)로 투입된 다음 스크류(31)의 회전에 의해 가이드통(110)을 거쳐 예비연소통(120)에 이르게 되고, 이때 점화헤드(17)에 의해 점화가 이루어져 예비연소가 진행된다. 물론 예비연소 시, 공기파이프(130)를 통하여 다량의 공기가 공급되어 예비연소가 확실하게 이루어지도록 조력한다.

그 후 예비연소통(120)의 연료는 배출구(120a)를 통하여 연소통(10) 내부로 공급되고, 점화헤드(17)에 의해 점화가 이루어지게 되어 있다. 물론 연소통(10)은 모터(20)의 구동력에 의해 회전하고 있는 상태이다.

상기 내면 패널(15)로 공급되는 공기는, 먼저 공기 유입구(12a)로 공급되고, 일부는 바로 배면벽(16)의 노즐(16a)을 통과하여 연소통(10) 내부로 공급되고, 일부는 방사방향으로 외측방향으로 흘러 들어가 가이드(14)와 외면 패널(11) 사이로 이동되고, 다시 유턴한 다음 가이드(14)와 내면 패널(15) 사이로 흐르면서 내면 패널(15)에 형성된 노즐(154a)을 통과하여 내부로 분사되는 것이다. 물론 연소되는 펠릿연료는 내면 패널(15)이 나선형 홈을 가지기 때문에 회전되는 그 홈의 안내에 따라 연료배출부 쪽으로 이송되어 결국 배출된다.

만약 공기가 이러한 유턴구조의 유로를 따르지 않고 내면 패널 노즐(154a)로 직접 공급된다면, 곳곳에서 와류가 발생되어 화염이 일정한 모양을 가지지 못하게 된다. 결국 열효율이 떨어지게 되는 종래기술을 해결하지 못하게 된다. 유턴구조의 유로를 가짐으로써 내면 패널 노즐(154a)로 공급되는 공기의 흐름에서 난류를 제거하고 층류로 계속 유지하도록 함으로써 일정하게 연속적으로 공기가 공급되어 일정한 화염을 만들게 되고 결국 열효율이 증가하게 되는 것이다.

도 4를 참고하면, 배면벽의 모양이 잘 도시되어 있다. 배면벽(16)에는 직접 연소통 내부로 들어가는 공기 노즐(16a)이 방사형으로 많은 수가 형성되어 있고, 특히 하부와 예비연소장치(100) 쪽에는 점화헤드(17)와 공기량 조절댐퍼(18)가 설치되어 공기량을 조절하게 되는 것을 알 수 있다.

도 5를 참고하면, 예비연소장치(100)의 외관이 잘 도시되어 있다. 예비연소통(120)은 테이퍼지게 측면이 형성되어 있고 복수개의 공기파이프(130)에 의해 내면패널(15)에 지지되도록 고정 설치된다. 이러한 공기파이프(130)도 연소통(10)의 회전과 연소통(10) 내부로 공급되는 공기의 회전하는 흐름을 따라 방사형으로 배치되되 나선형 모양을 따라 설치되어 있음을 알 수 있다.

도 6과 도 7을 참고하면, 배출구(120a)를 하나를 형성한 것과 두 개를 형성한 점에서 다르다. 즉 배출구(120a)는 배출되는 양을 고려하여 설계하면 되는 것이다. 물론 예비연소가 진행된 연료를 예비연소통(120)이 연소통(10)과 함께 회전되기 때문에 배출구(120a)를 통하여 낙하하게 된다.

도 8의 실시예에서는 공기파이프(130')를 2열로 설치하여 더욱 많은 공기가 예비연소통(120)으로 공급되도록 구성한 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.

100 : 펠릿연료 예비연소장치
110 : 가이드통 111, 121 : 공기구멍
120 : 예비연소통 120a : 배출구

Claims

펠릿연료 투입구로 펠릿연료가 공급되어 연소된 다음 상기 투입구 반대쪽으로 배출되는 회전하는 연소통을 구비한 펠릿연료 연소장치에 있어서,
상기 연소통 내부에 고정 설치되고 상기 펠릿연료 투입구에서 공급된 펠릿연료가 낙하되어 예비연소가 이루어진 다음 상기 연소통으로 낙하하도록 배출구가 형성된 예비연소통; 및
상기 연소통의 투입구 부근 보일러 배면벽에 설치되어, 상기 예비연소통에 공급되는 펠릿연료를 점화시키는 점화헤드;
를 포함하고,
상기 예비연소통은 상기 연소통에 복수개의 공기파이프에 의해 지지되도록 설치 고정된 것을 특징으로 하는 펠릿연료 예비연소장치.
제1항에 있어서,
상기 예비연소통은 복수개의 공기구멍이 형성되어, 공기가 원활히 연통되는 것을 특징으로 하는 펠릿연료 예비연소장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 예비연소통의 측면은 테이퍼지게 형성되어, 예비연소된 펠릿연료가 상기 투입구 방향으로 다시 되돌아가 배출되는 것을 특징으로 하는 펠릿연료 예비연소장치.
제1항에 있어서,
상기 투입구에는 가이드통이 연결되어 설치되고, 상기 가이드통 외측에 상기 예비연소통이 설치되어, 상기 투입구로 공급된 펠릿연료가 상기 가이드통에 의해 상기 예비연소통의 끝단 부근까지 이송된 다음 낙하하도록 안내하는 것을 특징으로 하는 펠릿연료 예비연소장치.
제5항에 있어서,
상기 가이드통은 외면에 공기가 원활히 연통할 수 있도록 복수개의 공기구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 펠릿연료 예비연소장치.