KR101488887B1 - 고효율 대용량 버너 - Google Patents

고효율 대용량 버너 Download PDF

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KR101488887B1
KR101488887B1 KR20130152013A KR20130152013A KR101488887B1 KR 101488887 B1 KR101488887 B1 KR 101488887B1 KR 20130152013 A KR20130152013 A KR 20130152013A KR 20130152013 A KR20130152013 A KR 20130152013A KR 101488887 B1 KR101488887 B1 KR 101488887B1
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김주섭
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(주) 에코프론트
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Abstract

본 발명은 버너 외측으로의 열전달을 억제하고, 연소 효율 및 가열 성능을 높이며, 입자가 작은 고체 연료를 대량으로 연소시킬 수 있는 고효율 대용량 버너를 제공함에 목적이 있다.
본 발명에 따른 고효율 대용량 버너는, 고체 연료를 연소하기 위한 버너에 있어서, 관형상의 연소실 내벽을 포함하는 연소실; 상기 연소실 내벽을 감싸도록, 상기 연소실 내벽 외측으로 소정 거리 이격되는 몸체; 연료 공급관을 가지고, 상기 연소실 내부에 상기 고체 연료를 공급할 수 있도록, 상기 연소실 내벽에 연결되는 연료 공급부; 상기 연소실 상부에 연결되어 배기 가스를 배출할 수 있는 가스 배출관; 상기 연소실의 하부에 배치되고, 상기 고체 연료가 적층될 수 있는 내부 공간이 형성되는 연소부; 및 상기 연소실 하부에 연결되어 상기 고체 연료가 연소된 재가 배출될 수 있는 배출부를 포함할 수 있다.

Description

고효율 대용량 버너{HIGH EFFICIENCY LARGE-CAPACITY BURNER}
본 발명은, 고효율 대용량 버너에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 보일러 등을 가열하기 위한 고효율 대용량 버너에 관한 것이다.
현재 사용되고 있는 보일러는 산업용 보일러에서부터 가정용 보일러에 이르기까지 다양한 구조가 존재한다. 일반적으로 보일러는 동절기나 이른 봄 또는 늦가을과 같이 기온이 낮은 계절에 실내공간을 쾌적하고 따뜻하게 난방시키기 위한 난방수단으로서, 밀폐된 용기 내의 물이나 열매체를 버너의 연소열 등의 열원에 의해 가열시켜 가열된 물 또는 증기와 같은 열매체가 난방라인으로 순환되면서 실내공간을 난방시키게 된다.
버너를 위한 연료로는 기름이나 가스, 고체 연료 등이 사용될 수 있는데, 이 중에서 특히 입자가 작은 펠릿 등과 같은 고체 연료의 경우에 대용량의 버너에 적용하기 쉽지 않다.
도 1은 종래 기술에 따른 버너의 구조를 나타내는 도면으로서, 원통형의 연소실(10) 일측에 연료 공급관(40)이 구성되고, 연료 공급관(40)을 통하여 연소실(10) 내부로 공급되는 고체 연료는 연소실(10) 하부로부터 적층되어 쌓인다. 연소실(10) 하단에는 연소된 재가 배출될 수 있는 배출구(30)가 형성되고, 연소실(10) 상부에는 연소되는 고체 연료로부터 발생하는 배기가스가 배출될 수 있는 배기구(20)가 형성된다. 연소실(10)에는 연소실(10)과 연결되는 송풍부(50)로부터 외기가 공급될 수 있고, 배기구(20)를 통하여 배출되는 고온의 배기가스는 보일러 등에 사용될 수 있다. 또한, 배출구(30)에는 배출 롤러(60)가 회전 가능하도록 결합되고, 배출 롤러(60)의 회전에 의해 연소된 재가 연소실(10)로부터 배출될 수 있다.
하지만, 종래의 버너에 따르면, 연료가 대량으로 연소되는 경우에 금속으로 이루어지는 연소실 등이 과도한 고온에 노출되므로, 장치가 부식 및 손상되고 내구성 저하가 발생하는 문제점이 있다.
또한, 적층되는 고체 연료 사이의 공간이 적어 내측에 적층되는 고체 연료와 공기 사이에 충분한 접촉이 이루어지지 않으므로, 고체 연료의 불완전 연소가 발생하고 연소 효율과 가열 성능이 저하된다. 버너의 크기가 소형인 경우에는 쌓이는 고체 더미의 양이 적어 큰 문제가 되지 않으나, 고체 연료를 한 번에 대량으로 연소시키는 경우에는 큰 용적으로 쌓여있는 고체 연료의 중심부로 공기가 미치지 못하여 고체 연료 더미의 외측만 연소되므로 대용량 버너에 적용하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 연소실은 일체형으로 이루어지므로, 연소실이 손상되는 경우에 수리가 매우 어렵고, 일부만 손상되는 경우에도 전체를 교체해야하는 단점이 있다.
또한, 연소실 내측에 쌓이는 재가 뭉치거나 퇴적되어 배출되지 못하고 적체되는 현상이 발생할 수 있으며, 특히 이러한 현상은 재가 대량으로 발생하는 경우에 빈번하며, 이 경우에 버너의 운전이 불가능한 문제점이 있다.
또한, 고온으로 연소되는 버너의 외측으로 고온의 연소열이 전달되어 작업자가 고온에 노출되고, 안전 사고 등이 발생할 수 있으며, 연소열의 열손실이 발생하므로 효율이 저하되는 단점이 있다.
본 발명은 연료와 공기의 접촉을 최대화하여, 입자가 작은 고체 연료를 대량으로 연소시킬 수 있는 고효율 대용량 버너를 제공함에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 불완전 연소를 최소화시킴으로써 연소 효율, 및 가열 성능을 높일 수 있는 고효율 대용량 버너를 제공함에 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 부식을 최소화시키고, 내구성을 높일 수 있는 고효율 대용량 버너를 제공함에 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 수리가 용이하고, 부분 수리가 가능한 고효율 대용량 버너를 제공함에 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 연소된 재의 퇴적 및 적체를 방지할 수 있는 분리형 대용량 버너를 제공함에 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 버너 외측으로 고온의 연소열이 전달되는 것을 방지할 수 있는 분리형 대용량 버너를 제공함에 또 다른 목적이 있다.
본 발명에 따른 고효율 대용량 버너는, 고체 연료를 연소하기 위한 버너에 있어서, 관형상의 연소실 내벽을 포함하는 연소실; 상기 연소실 내벽을 감싸도록, 상기 연소실 내벽 외측으로 소정 거리 이격되는 몸체; 연료 공급관을 가지고, 상기 연소실 내부에 상기 고체 연료를 공급할 수 있도록, 상기 연소실 내벽에 연결되는 연료 공급부; 상기 연소실 상부에 연결되어 배기 가스를 배출할 수 있는 가스 배출관; 상기 연소실의 하부에 배치되고, 상기 고체 연료가 적층될 수 있는 내부 공간이 형성되는 연소부; 및 상기 연소실 하부에 연결되어 상기 고체 연료가 연소된 재가 배출될 수 있는 배출부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 고효율 대용량 버너는, 고온에 노출되는 구성 요소의 과도한 온도 상승을 방지할 수 있으므로 부품의 수명을 높일 수 있고, 연료와 공기의 접촉을 최대화하여 불완전 연소를 최소화시킬 수 있으므로, 연소 효율, 및 가열 성능을 극대화가 가능하다. 따라서, 입자가 작은 고체 연료를 대량으로 연소시키는 대용량 버너에 적용 가능하고, 온실 가스의 배출을 최소화시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 부분 수리가 가능하여 유지 보수가 용이하고, 이의 비용 감소가 가능하며, 연소된 재의 퇴적 및 적체를 방지하여 원할한 운전이 가능한 효과가 있다. 또한, 냉각수, 공기층, 및 단열재 등에 의해 버너 외측으로 전달되는 연소열이 효과적으로 차단되므로, 버너 외측의 온도가 낮아 작업이 용이하고 안전 사고를 방지할 수 있으며, 열손실을 최소화하여 연효율이 우수한 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 버너의 구조를 나타내는 도면,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 대용량 버너의 사시도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 대용량 버너의 측면도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 대용량 버너의 정면도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 대용량 버너의 배면도,
도 6 및 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 대용량 버너의 내부를 나타내는 도면,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 대용량 버너의 부분확대도,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 대용량 버너의 연소부를 나타내는 도면,
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 대용량 버너의 연소부의 일단면을 나타내는 도면,
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 대용량 버너의 평면 투영도,
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 대용량 버너의 배출 롤러를 나타내는 도면,
도 13 및 도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 대용량 버너의 강제 충격부를 나타내는 도면,
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 대용량 버너의 적체 방지부를 나타내는 도면,
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 대용량 버너의 점화부를 나타내는 도면,
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 대용량 버너의 연소실로 공급되는 공기의 유동을 나타내는 도면,
도 18 및 도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고효율 대용량 버너의 배출 롤러를 나타내는 도면, 및
도 20 및 도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고효율 대용량 버너의 배출 롤러를 나타내는 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 대용량 버너의 사시도, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 대용량 버너의 측면도, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 대용량 버너의 정면도, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 대용량 버너의 배면도, 도 6 및 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 대용량 버너의 내부를 나타내는 도면, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 대용량 버너의 부분확대도, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 대용량 버너의 연소부를 나타내는 도면, 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 대용량 버너의 연소부의 일단면을 나타내는 도면, 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 대용량 버너의 평면 투영도, 도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 대용량 버너의 배출 롤러를 나타내는 도면, 도 13 및 도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 대용량 버너의 강제 충격부를 나타내는 도면, 도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 대용량 버너의 적체 방지부를 나타내는 도면, 및 도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 대용량 버너의 점화부를 나타내는 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 고효율 대용량 버너는 연소실, 연소부(200), 및 송풍관(350)을 포함한다.
연소실은 관형상으로 형성되는 연소실 내벽(100)을 포함하고, 연소실 내벽(100)의 외측에는 관형상으로 형성되는 연소실 외벽(110)이 연소실 내벽(100)과 소정 간격 이격되어 구성되며, 연소실 외벽(110)의 외측에는 몸체(120)가 연소실 외벽(110)과 소정 간격 이격되어 연소실 외벽(110)을 감싸도록 구성된다. 연소실의 상부에는 연소실의 내부 공간과 서로 통하도록 가스 배출관(130)이 연결된다. 또한, 연소실 등에는 고온에 견딜 수 있도록 부분적으로 내화재가 구성될 수 있다.
몸체(120)의 외측에는 송풍 가이드(300)가 구성되는데, 송풍 가이드(300)는 내측에 공간이 형성될 수 있도록 몸체(120)의 외면을 따라 결합되고, 이에 따라 공기의 유동로가 형성된다. 송풍 가이드(300)는 신선한 외기를 공급받을 수 있도록 송풍부(미도시)에 연결되는데, 송풍 가이드(300)는 제1 송풍 가이드(300A), 제2 송풍 가이드(300B), 및 제3 송풍 가이드(300C)로 구성되어, 각각 송풍부에 연결될 수 있다. 한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 송풍 가이드(300)는 제1 송풍 가이드(300A), 제2 송풍 가이드(300B),및 제3 송풍 가이드(300C)로 각각 구성되지 않고, 일체로 단일 공기 유동 경로가 형성될 수 있다.
제1 송풍 가이드(300A)와 제2 송풍 가이드(300B)는 내부 격벽에 의해 공간 분리되고, 제1 송풍 가이드(300A)의 공기는, 연소실 외벽(110) 측으로 연결되는 송풍로(340)를 통하여 연소실 외벽(110), 및 연소실 측으로 공급되며, 송풍로(340)는 몸체(120)를 관통하여 형성된다.
도 8을 참조하면, 연소실 내벽(100)은 소정의 두께를 가지고, 연소실 내벽(100)에는 복수의 관통공(101)이 형성되는데, 본 발명의 일실시예에 따르면, 관통공(101)은 고체 연료가 통과하기 어려운 지름을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 연소실 외벽(110)은 내외측으로 서로 마주보는 플레이트(150)로 이루어지는 이중 구조로 되고, 내부에 냉각수 자켓이 형성되어 냉각수(112)가 채워질 수 있다.
연소실 외벽(110)에는 복수의 관통구(111)가 형성되는데, 본 발명의 일실시예에 따르면, 공기의 원할한 흐름을 위하여 연소실 외벽(110)의 관통구(111)는 연소실 내벽(100)의 관통공(101)보다 큰 지름을 가지는 것이 바람직하다.
몸체(120)는 서로 마주보는 플레이트(150)로 이루어지는 이중 구조로 되고, 단열을 위하여 내부에 단열재(121)가 배치될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 단열재(121)는 세라믹제, 암면, 및 석면 등일 수 있으나 이에 한정된 것은 아니며, 단열 특성이 우수하고, 고온에 강한 재질이면 어떠한 것이라도 가능하다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 플레이트(150)와 연소실 내벽(100)은 탄소강, 아이언, 또는 스틸로 이루어질 수 있으나, 이에 한정된 것은 아니며, 고온 및 부식에 강한 어떠한 재질이라도 가능하다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따르면, 연소실 내벽(100)과 연소실 외벽(110)의 사이의 거리는 10㎜ 내지 40㎜일 수 있고, 연소실 외벽(110)과 몸체(120) 사이의 거리는 20㎜ 내지 50㎜ 일 수 있으며, 연소실 외벽(110) 내부의 냉각수 자켓의 폭은 20㎜ 내지 50㎜일 수 있다.
본 발명의 고효율 대용량 버너에 따르면, 연소실 내벽(100)과 연소실 외벽(110) 사이에 제1 공기층(100A)이 형성되고, 연소실 외벽(110)에는 냉각수 자켓이 형성되며, 연소실 외벽(110)과 몸체(120) 사이에 제2 공기층(110A)이 형성된다. 또한, 몸체에는 단열층(121)이 형성된다. 따라서, 연소실 내벽(100) 외측의 제1 공기층(100A)에 의해 1차적으로 단열되고, 연소실 외벽(110)의 냉각수(112)에 의해 2차적으로 단열되며, 연소실 외벽(110) 외측의 제2 공기층(110A)에 의해 3차적으로 단열되고, 마지막으로 단열층(121)에 의해 최종적으로 단열 처리된다. 따라서, 연소실 내부로부터 버너 외측으로 전달되는 열을 효과적으로 차단할 수 있다. 여기서, 단열층(121)에는 유리면(그라스 울:glass wool), 암면(록 울: rock wool), 석면, 세라크 울 중 적어도 어느 하나 이상의 고온단열재가 삽입될 수 있다.
연료 공급관(900)은 연소실 내부로 고체 연료를 공급하기 위한 것으로, 본 발명의 일실시예에 따르면, 연료 공급관(900)의 내부에는 스크류(미도시)가 구성되어 고체 연료를 공급할 수 있다. 또한, 연료 공급관(900)의 일측에는 연료 감지 센서(미도시)가 구비되어 고체 연료의 투입 여부, 및 투입량을 감지할 수 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 연소부(200)는 연소실 하부 내측에 배치되는데, 하부가 절단되는 콘(Cone) 형상을 가지고, 상부의 직경이 하부의 직경보다 크도록 형성된다. 연소부(200)에는 내측과 외측이 서로 통할 수 있도록 복수의 연소부 관통공(210)이 형성될 수 있다. 연소부 관통공(210)는 연소부(200)의 외측으로부터 내측으로 소정 각도를 가지고 하부로 기울어지도록 형성되는데, 이는 연소부(200) 내부의 고체 연료, 및 분진 등이 연소부 관통공(210)을 통하여 연소부(200) 외부로 배출되는 것을 방지하기 위한 것이다. 또한, 연소부 관통공(210)의 형성 각도는 필요에 따라 변경될 수 있으며, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 연소부 관통공(210)은 수평으로 형성될 수도 있다.
한편, 연소부(200)의 두께, 즉 연소부(200)의 내면과 외면 사이의 두께는 연소부(200)의 하부로 갈수록 두꺼워지는데, 이는 연소시에 연소부(200)의 하부가 상부보다 더한 고온에 노출되므로, 이로 인한 연소부(200)의 손상을 방지하기 위한 것이다. 하지만, 연소 처리량에 따라 심한 고온에 노출되지 않는 경우에는 연소부(200)의 두께를 일정하게 형성하는 것도 가능하다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 연소부(200)는 수직으로 분리되는 등, 복수로 분리(도 6 및 도 7 참조) 구성되어 부분적으로 교체될 수 있다.
송풍관(350)은 연소실 내부의 고체 연료 더미 내부로 직접 공기를 공급하기 위한 것으로, 몸체(120), 연소실 외벽(110), 및 연소실 내벽(100)을 관통한다. 송풍관(350)의 일측은 송풍 가이드(300)에 연결되고, 타측은 고체 연료 더미의 내부에 위치함으로써, 송풍 가이드(300)의 공기가 고체 연료 더미의 내부에 공급될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 송풍관(350)은 제2 송풍 가이드(300B), 또는 제3 송풍 가이드(300C)에 연결될 수 있는데, 제1 송풍관(350A)은 제2 송풍 가이드(300B)에 연결되고, 제2 송풍관(350B)은 제3 송풍 가이드(300C)에 연결될 수 있다. 이때, 제2 송풍관(350B)은 송풍관 삽입공(220)에 삽입되어 연소부(200)을 관통한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 송풍관(350)의 타측은 모두 동일한 깊이로 고체 연료 더미에 삽입되도록 위치할 수 있으나, 이 경우에 고체 연료 더미 내부의 제한된 위치에만 공기가 공급되어 연소 효율이 저하될 수 있다. 따라서, 연소 효율의 향상을 위하여 다양한 위치에 공기를 공급할 필요가 있는데, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 송풍관(350)의 삽입 깊이를 둘 이상으로 구성하여 각기 다른 깊이로 공기를 공급할 수 있다. 따라서, 연소 효율을 높이고, 완전 연소에 가깝게 유도할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 송풍관(350)의 배치 높이를 3개 이상으로 상이하도록 구성하여 다양한 높이 및 위치로 공기를 공급할 수도 있다. 또한, 송풍관(350)은 외부로부터 착탈이 가능하며, 도 11을 참조하면, 송풍관(350)을 통한 공기의 유동을 확인할 수 있는데, 송풍관(350)의 길이에 따라 A와 B의 공기 공급 구역이 형성될 수 있으며, C는 연소실 내벽(100)의 관통공을 통하여 공기를 공급받을 수 있다.
한편, 도시되지는 않았으나, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 송풍관(350)의 측면을 따라 복수의 구멍이 형성되어 고체 연료 더미 내부에 공기가 더욱 고르게 공급될 수 있다.
연소실 내부로 투입되는 고체 연료는 연소실 하부로부터 적층되고, 고체 연료가 연소된 재는 연소실의 하부로 배출될 수 있다. 연소실의 하단에는 배출 롤러(400)가 구성되는데, 배출 롤러(400)의 정지 시에는 재의 배출이 차단되고, 배출 롤러(400)의 회전 시에는 재가 배출됨으로써 재의 배출이 조절될 수 있다. 도시되지는 않았으나, 연소실의 하부에는 센서부가 위치하는데, 센서부는 연소실 하부의 온도를 측정할 수 있는 온도 센서, 또는 연소실 하부의 광량를 측정할 수 있는 광 센서 등을 포함할 수 있다. 또한, 몸체(120)의 하부에는 배출부(140)가 연결되어 배출 롤러(400)를 통하여 배출되는 연소된 재나 이물질, 및 분진 등을 배출시킬 수 있고, 연소실 하부에는 점화 코일(510)을 포함하는 점화부(500)가 구성되어 고체 연료를 점화시킬 수 있다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 배출 롤러(400)는 외면에 요철이 형성되는 기어 형상의 요철링(420)이 구동축(410)에 복수로 결합되어 구성된다. 이때, 이웃하는 소정 개수의 요철링(420)끼리 열을 이루도록 배치되거나, 이웃하는 요철링(420) 사이의 요철이 엇갈리도록 배치될 수 있다. 따라서, 배출 롤러(400)의 요철 사이로 공기 유동이 가능하므로, 연소실 내부의 고체 연료 하부로 공기가 공급될 수 있고, 배출 롤러(400)가 회전함에 따라 배출물이 분쇄되어 배출될 수 있다.
강제 충격부는 연소부(200) 측으로 고압의 공기를 분사하여 연소실 내에서 뭉치거나 퇴적된 재를 분해하여 재의 배출을 용이하도록 하고, 연소부(200)와 연소실 내를 청소하기 위한 것이다. 강제 충격부는 고압 공기 가이드(620), 및 고압 공기 분사체(610)를 포함하는데, 고압 공기 가이드(620)는 몸체(120) 일측에 구비되고, 복수의 고압 공기 공급구(621)가 일렬로 형성된다. 고압 공기 분사체(610)는 양단이 폐쇄되는 관형상을 가지고, 연소부(200)의 외측을 따라 복수가 배치된다. 고압 공기 분사체(610)의 연소부(200)를 향하는 면에는 하나 이상의 고압 공기 분사구가 관통 형성된다. 고압 공기 공급구(621)는 고압 공기 분사체(610)와 일대일 대응하여 연결되는데, 각 고압 공기 공급구(621)는 호스(640)에 의해 커넥터(630)에 연결되고, 커넥터(630)로부터 호스(640)에 의해 대응하는 고압 공기 분사체(610)에 연결된다. 따라서, 외부의 고압 공기 공급 장치(미도시)에 의해 고압 공기 가이드(620)로 공급되는 공기는 고압 공기 공급구(621)로부터 호스(640)를 통하여 각각 대응하는 고압 공기 분사체(610)로 공급되고, 고압 공기 분사구를 통해 고압 분사된다.
또한, 각각의 고압 공기 공급구(621)에는 밸브(650)가 구성되어 공기 공급이 조절될 수 있으며, 이에 따라 각각의 고압 공기 분사체(610)의 공기 분사가 조절될 수 있다.
한편, 도 13 및 도 14에서는 이해를 돕기 위하여 강제 충격부와 연소부(200) 이외의 부분들이 생략되었으며, 고압 공기 공급구(621)와 고압 공기 분사체(610) 사이의 호스(640) 연결은 하나만 도시되었다.
적체 방지부(700)는 연소실 하부의 뭉치거나 퇴적된 재를 분해하여 재의 배출을 용이하도록 하기 위한 것으로, 도 15를 참조하면, 양단이 폐쇄되는 관형상의 바디(710)가 연소실 하부에 수평으로 배치되고, 바디(710) 상부의 중앙부에는 상부가 폐쇄되는 관형상의 돌출부(720)가 바디(710)와 내부가 통하도록 돌출 형성된다. 돌출부(720)의 측면에는 분출공(721)이 일렬로 형성되고, 바디(710) 둘레에는 냉각 자켓(미도시)이 감싸도록 형성되며, 냉각 자켓 내부에 냉각수가 담긴다. 바디(710)는 외부의 고압 공기 공급 장치(미도시)에 연결되고, 바디(710)로 공급되는 고압 공기는 돌출부(720)의 분출공(721)을 통하여 연소실 내측 하부로 분사될 수 있다.
한편, 도 16을 참조하면, 점화부(500)에는 외부의 고압 공기 공급 장치(미도시)와 연결되는 고압 공기 분사관(520)이 구성되고, 고압 공기 분사관(520)으로부터 분사되는 고압 공기에 의해 연소실 하부의 뭉치거나 퇴적된 재가 분해되어 용이한 배출이 가능하다.
본 발명의 일실시예에 따른 고효율 대용량 버너의 동작은 다음과 같다.
고체 연료는 연료 공급관(900)을 통하여 연소실 내부로 투입된다. 투입되는 고체 연료는 연소실에 적층되어 쌓이며, 연소부(200) 내측에도 쌓인다.
투입된 고체 연료는 점화부(500)에 의해 점화되고, 고체 연료의 원할하고 완전한 연소를 위하여 공기가 공급된다. 송풍부로부터 공급되는 공기는 제1 송풍 가이드(300A)로부터 송풍로(340), 연소실 외벽(110), 및 연소실 내벽(100)을 통하여 고체 연료에 공급된다. 또한, 제2 송풍 가이드(300B)를 통하여 이송되는 공기는 제1 송풍관(350A)을 통하여 고체 연료 더미의 내부에 공급되고, 제3 송풍 가이드(300C)를 통하여 이송되는 공기는 제2 송풍관(350B)을 통하여 고체 연료 더미의 내부에 공급된다.
고체 연료가 연소되면서 생성되는 고온의 가스는 가스 배출관(130)을 통하여 배출된다. 또한, 연소된 고체 연료의 재나 이물질, 분진 등은 연소실의 하부로 배출된다. 이때, 연소된 고체 연료의 재 등은 연소 중인 것보다 온도, 및 광량이 낮다. 따라서, 센서부에서 측정되는 온도, 또는 광량이 소정 값 이하이면 연소실 내에 이미 연소된 재가 쌓여있는 것으로 볼 수 있으며, 이 경우에 배출 롤러(400)가 작동된다. 배출 롤러(400)의 작동에 따라 재가 배출부(140)로 배출되는데, 이때 재, 및 이물질 등이 롤러에 의하여 조밀하게 분쇄되며 배출될 수 있다. 재의 배출 중에 센서부에서 측정되는 온도, 또는 광량이 소정 값 이상이면 연소 중인 고체 연료로 볼 수 있으며, 배출 롤러(400)의 작동이 정지된다. 연소부(200)는 경사지도록 형성되므로, 연소된 재나 이물질, 및 분진 등이 하부로 잘 배출될 수 있다.
연소된 재가 배출되는 경우에 고압 공기를 분사하여 뭉친 재를 분쇄할 수 있는데, 강제 충격부의 고압 공기 분사구, 적체 방지부(700)의 분출공(721), 및 점화부(500)의 고압 공기 분사관(520)을 통하여 고압 공기가 분사된다. 또한, 연소실을 청소하는 경우에 이들을 통해 고압 공기를 분사하여 연소실 내부를 세척할 수 있다.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 대용량 버너의 연소실로 공급되는 공기의 유동을 나타내는 도면으로서, 이해를 돕기 위하여 간략하게 도시되었다.
송풍로(340)를 통하여 공급되는 공기는 연소실 외벽(110)의 관통구(111)를 통과하고, 연소실 내벽(100)의 관통공(101)을 지나 고체 연료로 공급된다. 이는 공기가 상대적으로 직경이 큰 연소실 외벽(110)의 관통구(111)와 상대적으로 직경이 작은 연소실 내벽(100)의 관통공(101)을 순차적으로 통과하도록 함으로써, 공기의 유속을 느리게 하고, 고체 연료와 공기의 접촉을 최대한 균일하도록 하며, 공기가 연소실 외벽(110)을 통해 연소실 내벽(100) 외면에 골고루 도달하도록 하기 위한 것이다. 공기의 유속을 저하시킴으로써 공기의 유속이 빠른 경우에 발생할 수 있는 고체 연료의 흩날림을 방지할 수 있고, 고체 연료와 공기의 접촉을 균일하게 하여 연소 효율을 증가시키고 불완전 연소를 감소시킬 수 있다.
또한, 송풍로(340)를 통하여 연소실 내벽(100)과 연소실 외벽(110) 사이에 형성되는 제1 공기층(100A)에 저온의 외기가 공기가 공급되고, 연소실 외벽(110)과 몸체(120) 사이에 형성되는 제2 공기층(110A)에 공기가 전달됨으로써, 공기층의 온도 상승을 억제하여 단열 효과를 극대화할 수 있다. 따라서, 몸체(120) 외면의 온도가 상온을 유지할 수 있을 정도로 연소실로부터의 열전달이 억제될 수 있다.
또한, 연소실 내부의 과도한 온도 상승을 방지하기 위하여 냉각 배기관(820)이 구성된다. 냉각 배기관(820)의 일단은 연소실 외벽(110), 및 몸체(120)를 관통하여 결합되고, 타단은 플렌지(800)에 연결되는데, 각각 플렌지(800)의 상부, 및 하부에 결합된다. 플렌지(800)는 가스 배출관(130) 단부에 형성되는데, 내부에 공간이 형성되고, 배기 가스가 배출되는 방향으로 복수의 배기공(810)이 관통 형성된다. 연소실 근처의 고온의 공기 중 일부는 냉각 배기관(820)을 통하여 플렌지(800)로 유동하고, 플렌지(800)의 배기공(810)을 통하여 배출되는데, 이때 가스 배출관(130)을 통하여 배출되는 배기 가스에 공급될 수 있다. 냉각 배기관(820)을 통하여 연소실 측의 일부 열기가 배출되므로, 금속 등으로 이루어지는 연소실 내벽(100) 등이 고온에 과도하게 노출되는 것이 방지될 수 있다. 따라서, 부품의 부식, 및 내구성 저하를 막을 수 있으며, 가스 배출관(130)의 배기 가스에 고온의 공기를 공급함으로써 완전 연소를 유도할 수 있다.
또한, 가스 배출관(130)에는 공기 공급관(830)이 연결되는데, 공기 공급관(830)은 송풍부와 연결되고, 송풍부로부터 이송되는 공기는 공기 공급관(830)을 통하여 가스 배출관(130) 내부로 공급될 수 있다. 이에 따라, 신선한 외기가 가스 배출관(130)의 배기 가스로 공급되어 배기 가스의 완전 연소가 유도될 수 있다.
도 18 및 도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고효율 대용량 버너의 배출 롤러를 나타내는 도면이다.
도 18을 참조하면, 내부가 비고 양단이 폐쇄되며 외면에 톱니 형상으로 요철이 형성되는 원통 형상의 할로우관(430)이 구동축(410)에 결합된다. 할로우관(430)의 외면에는 복수의 공기 공급구(431)가 형성되는데, 도 19를 참조하면, 화살표로 도시된 바와 같이, 공기가 할로우관(430)의 공기 공급구(431)를 통해 할로우관(430)의 일측으로부터 타측으로 유동할 수 있다. 즉, 할로우관(430)을 통하여 연소실 하측으로 외기가 공급되어 연소 효율이 높아질 수 있다.
도 20 및 도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고효율 대용량 버너의 배출 롤러를 나타내는 도면이다.
도 20을 참조하면, 원통 형상을 가지는 구동관(440)이 구동축(410)에 결합되고, 구동관(440)의 외면에는 돌출빔(441)이 결합되어 톱니 형상으로 요철이 형성된다. 도 21은 돌출빔의 부분 확대도로서, 돌출빔(441)에는 양측이 서로 통하도록 공기 유동구(442)가 형성되며, 화살표로 도시된 바와 같이 공기 유동구(442)를 통하여 연소실 하측으로 외기가 공급되어 연소 효율이 높아질 수 있다.
종래의 기술에 따르면, 연료가 대량으로 연소되는 경우에 금속으로 이루어지는 연소실 등이 과도한 고온에 노출되므로, 장치가 부식 및 손상되고 내구성 저하가 발생한다.
입자가 작은 고체 연료는 입자 사이의 공간이 크지 못한데, 적층되는 고체 연료 사이의 공간이 적어 내측에 적층되는 고체 연료와 공기 사이에 충분한 접촉이 이루어지지 않으므로, 고체 연료의 불완전 연소가 발생하고 연소 효율과 가열 성능이 저하된다. 적은 양의 고체 연료를 연소시키는 소형 버너의 경우에는 쌓이는 고체 더미의 양이 적어 큰 문제가 되지 않으나, 고체 연료를 한 번에 대량으로 연소시키는 경우에는 큰 용적으로 쌓여있는 고체 연료의 중심부로 공기가 미치지 못하여 고체 연료 더미의 외 측만 연소되므로 대용량 버너에 적용하기 곤란하다.
또한, 연소실은 일체형으로 이루어지므로, 연소실이 손상되는 경우에 수리가 매우 어렵고, 일부만 손상되는 경우에도 전체를 교체해야하며, 보수 비용이 높다.
또한, 연소실 내측에 쌓이는 재가 뭉치거나 퇴적되어 배출되지 못하고 적체가 발생할 수 있으며, 이 경우에 버너의 운전이 불가능하여 수작업으로 제거해야 하는 등 시간과 인력이 낭비된다.
하지만, 본 발명에 따른 고효율 대용량 버너는, 냉각 자켓을 구비하고, 고체 연료에 공급되는 공기가 연소실 등의 금속으로 제작된 구성 요소와 충분히 균일하게 접촉하며, 연소실 근처의 과열된 공기를 외부로 배출하여 과도한 고온에 노출되는 것을 방지할 수 있으므로, 부식과 내구성 저하를 방지할 수 있다.
또한, 연속적으로 유입되는 고체 연료 더미의 외측은 물론 중심부 또한 공기와 최대로 균일하게 접촉할 수 있도록 하여, 불완전 연소를 최소화시키고 연소 효율, 및 가열 성능을 높임으로써 입자가 작은 고체 연료를 대량으로 연소시킬 수 있다.
또한, 배기되는 가스에 외기와 고온의 공기를 이중으로 공급하여 불완전 연소를 최소화시킬 수 있으며, 온실 가스의 배출 또한 최소화시킬 수 있다.
또한, 연소실 내부의 부분적인 수리가 가능하여 보수가 매우 용이하고, 보수 비용이 저렴하다.
또한, 연소된 재의 배출이 용이하고, 퇴적 및 적체된 재의 분해 제거가 가능하여 장치 운용이 대단히 유리하다.
또한, 제1 공기층, 냉각수 자켓, 제2 공기층, 및 단열층에 의해 연소열이 차단되고, 더하여 제1 공기층과 제2 공기층에 저온의 외기가 공급됨으로써, 공기층의 온도 상승을 억제하여 단열 효과를 극대화할 수 있다. 따라서, 버너 외면의 온도가 상온을 유지할 수 있을 정도로 연소실로부터의 열전달을 효과적으로 억제할 수 있으므로, 열손실이 적어 열효율이 높고, 작업자가 고온에 노출되지 않아 작업이 용이하며, 안전 사고의 위험이 없는 장점이 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
100: 연소실 내벽 100A: 제1 공기층
101: 관통공 110: 연소실 외벽
110A: 제2 공기층 111: 관통구
112: 냉각수 120: 몸체
121: 단열층 130: 가스 배출관
140: 배출부 150: 플레이트
200: 연소부 210: 연소부 관통공
220: 송풍관 삽입공
300: 송풍 가이드 300A: 제1 송풍 가이드
300B: 제2 송풍 가이드 300C: 제3 송풍 가이드
340: 송풍로 350: 송풍관
350A: 제1 송풍관 350B: 제2 송풍관
400: 배출 롤러 410: 구동축
420: 요철링 430: 할로우관
431: 공기 공급구 440: 구동관
441: 돌출빔 442: 공기 유동구
500: 점화부 510: 점화 코일
520: 고압 공기 분사관
610: 고압 공기 분사체 620: 고압 공기 가이드
621: 고압 공기 공급구 630: 커넥터
640: 호스 650: 밸브
700: 적체 방지부 710: 바디
720: 돌출부 721: 분출공
800: 플렌지 810: 배기공
820: 냉각 배기관 830: 공기 공급관
900: 연료 공급관

Claims (17)

  1. 고체 연료를 연소하기 위한 버너에 있어서,
    관형상의 연소실 내벽을 포함하는 연소실;
    상기 연소실 내벽을 감싸도록, 상기 연소실 내벽 외측으로 소정 거리 이격되는 몸체;
    연료 공급관을 가지고, 상기 연소실 내부에 상기 고체 연료를 공급할 수 있도록, 상기 연소실 내벽에 연결되는 연료 공급부;
    상기 연소실 상부에 연결되어 배기 가스를 배출할 수 있는 가스 배출관;
    상기 연소실의 하부에 배치되고, 상기 고체 연료가 적층될 수 있는 내부 공간이 형성되는 연소부;
    상기 연소실 하부에 연결되어 상기 고체 연료가 연소된 재가 배출될 수 있는 배출부; 및
    상기 연소부를 향하여 고압 공기를 분사하기 위한 강제 충격부
    를 포함하고, 상기 강제 충격부는,
    관형상을 가지고, 일측에 복수의 고압 공기 공급구가 관통 형성되는 고압 공기 가이드;
    관형상을 가지고, 상기 연소부의 외측에 소정 간격 이격되어 배치되며, 상기 연소부를 향하여 복수의 고압 공기 분사구가 관통 형성되는 복수의 고압 공기 분사체; 및
    상기 고압 공기 공급구와 상기 고압 공기 분사체 각각을 연결하는 호스
    를 포함하는 고효율 대용량 버너.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연소실 내벽과 상기 몸체 사이에 삽입되고, 상기 연소실 내벽, 및 상기 몸체와 소정 거리 이격되는 연소실 외벽을 더 포함하고,
    상기 연소실 내벽에는 복수의 관통구가 형성되고, 상기 연소실 외벽에는 복수의 관통공이 형성되는 것을 특징으로 하는 고효율 대용량 버너.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연소실 외벽 내에는 냉각수가 수용되는 냉각수 자켓이 형성되고,
    상기 몸체의 내부 공간에는 고온단열재가 삽입되는 것을 특징으로 하는 고효율 대용량 버너.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 연소실 내벽과 상기 연소실 외벽 사이에 형성되는 제1 공기층; 및
    상기 연소실 외벽과 상기 몸체 사이에 형성되는 제2 공기층
    을 더 포함하는 고효율 대용량 버너.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연소부는, 하부의 직경이 상부의 직경보다 작도록 하부가 절단되는 콘 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 고효율 대용량 버너.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 연소부는, 복수로 절개되어 분할 형성되는 것을 특징으로 하는 고효율 대용량 버너.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연소실 내벽을 관통하고, 단부가 상기 고체 연료의 더미 내부에 삽입되어 공기를 공급할 수 있는 복수의 송풍관을 더 포함하는 고효율 대용량 버너.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 송풍관은, 상기 고체 연료의 더미에 둘 이상의 상이한 깊이로 삽입되고, 지면으로부터 둘 이상의 상이한 높이에 배치되는 것을 특징으로 하는 고효율 대용량 버너.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 연소실에 공기를 공급할 수 있도록, 상기 몸체를 관통하는 하나 이상의 송풍로; 및
    상기 송풍로, 및 상기 송풍관에 연결되어 공기를 공급할 수 있도록, 상기 몸체의 적어도 일부를 감싸 유체 유동로를 형성하는 송풍 가이드
    를 더 포함하는 고효율 대용량 버너.
  10. 제1항에 있어서,
    점화 코일을 가지고, 상기 연소실 하부에 배치되어 상기 고체 연료를 점화시키기 위한 점화부를 더 포함하고,
    상기 점화부에는 상기 연소실 측을 향하도록 고압 공기 분사관이 구성되며, 상기 고압 공기 분사관에 연결되는 고압 공기 공급 장치에 의해 고압 공기가 분사되는 것을 특징으로 하는 고효율 대용량 버너.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 연소실 하부의 중앙부에 배치되는 적체 방지부를 더 포함하고,
    상기 적체 방지부는 내부가 빈 관형상을 가지고, 상부에 돌출되는 돌출부가 형성되는 바디를 포함하며,
    상기 돌출부에는 복수의 분출공이 관통 형성되어, 상기 바디에 연결되는 고압 공기 공급 장치에 의해 고압 공기가 분사되는 것을 특징으로 하는 고효율 대용량 버너.
  12. 삭제
  13. 제1항에 있어서,
    상기 고압 공기 공급구에 각각 구성되는 밸브를 더 포함하는 고효율 대용량 버너.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 연소실과 상기 배출부 사이에 회전 가능하도록 결합되는 구동축; 및
    링형상을 가지고, 외주연에 요철이 형성되는 기어 형상의 복수의 요철링을 더 포함하고,
    상기 요철링은 상기 구동축에 끼움 결합되고, 상기 구동축의 회전에 의해 상기 고체 연료가 연소된 재가 상기 배출부로 배출되는 것을 특징으로 하는 고효율 대용량 버너.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 연소실과 상기 배출부 사이에 회전 가능하도록 결합되는 구동축; 및
    내부가 비고 양단이 폐쇄되며 외면에 톱니 형상으로 요철이 형성되어 상기 구동축에 결합되는 원통 형상의 할로우관을 더 포함하고,
    상기 할로우관에는 공기가 유동할 수 있도록 복수의 공기 공급구가 관통 형성되고, 상기 구동축의 회전에 의해 상기 고체 연료가 연소된 재가 상기 배출부로 배출되는 것을 특징으로 하는 고효율 대용량 버너.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 연소실과 상기 배출부 사이에 회전 가능하도록 결합되는 구동축; 및
    원통 형상을 가지고, 톱니 형상으로 요철이 형성되도록 외면에 돌출빔이 결합되며, 상기 구동축에 결합되는 구동관을 더 포함하고,
    상기 돌출빔에는 양측이 서로 통하도록 복수의 공기 유동구가 형성되고, 상기 구동축의 회전에 의해 상기 고체 연료가 연소된 재가 상기 배출부로 배출되는 것을 특징으로 하는 고효율 대용량 버너.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 가스 배출관의 단부에 연결되는 플렌지; 및
    일측이 상기 연소실 외벽을 관통하여 연결되는 냉각 배기관을 더 포함하고,
    상기 플렌지는 내부 공간이 형성되며, 상기 플렌지의 일측에는 상기 내부 공간과 통하도록 복수의 배기공이 형성되고, 상기 냉각 배기관의 타측은 상기 플렌지의 내부 공간과 통하도록 연결되며, 상기 배기 가스는 상기 배기공을 통하여 상기 배기 가스 측으로 배출되는 것을 특징으로 하는 고효율 대용량 버너.
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