KR101639384B1 - 하향 연소식 고효율 화목 보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하향 연소식 고효율 화목 보일러에 관한 것이며, 본 발명은 화목연소실의 하측 통로에 공기공급구와 좌,우측 수조의 내벽에 화목이 연소될 때 필요한 외기를 공급할 수 있게 송풍기가 구비된 송풍실과, 화목연소실의 하측 통로와 제1연소실과 제2연소실과 횡방향으로 관체형 열교환기가 형성하며,
상기한 제1연소실과 제2연소실과 횡방향으로 형성된 관체형 열교환기를 경유하여 강제순환시키기 위한 흡기장치가 보일러 본체의 후방 상부에 설치되며,
상기 흡기장치의 흡기쪽은 횡방향으로 형성된 관체형 열교환기와 연통된 흡기관으로 연결되고, 상기 흡기장치의 배기쪽은 배기관과 연결된 것이며,
본 발명에 의하면, 화목연소실에서 화목이 연소될 때 발생하는 연소가스를 하향 강제순환시키고, 연소시 필요한 외기공급을 적재적소에 공급할 수 있기 때문에 완전연소에 의한 타르 부착과 목초액 부착을 최소화하고 화목 절감과 화력을 극대화시키고 보일러의 수명을 2배로 연장시키는 효과가 있다.

Description

하향 연소식 고효율 화목 보일러{Downward combustion method high efficiency firewood boiler}

본 발명은 하향 연소식 고효율 화목 보일러에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 화목의 연소효율을 높일 수 있게 구성된 화목연소실과 연소가스가 연소되면서 이동하는 연소실과 연소가스가 순환되도록 구성된 흡입장치와 연소에 필요한 외기 공급구조를 개량하여 열효율을 높이고 화목 소비를 줄일 수 있게 구성된 하향 연소식 고효율 화목 보일러에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 화목보일러는 목재를 연료로 사용하여 난방과 온수를 사용할 수 있도록 구성되어 있는데, 목재 연료가 투입되어 연소되는 연소실과, 상기 연소실에 공기를 공급하는 공기유입구와, 상기 연소실에서 발생한 배기가스를 외부로 배출하는 연도와, 상기 연소실에서 발생한 열과 직접적으로 열교환하는 물탱크로 구성된다.

이러한 화목보일러의 선행기술 공개특허 제10-2003-0057157호를 살펴보면, 본체는 수실로 이루어진 열교환기로 형성되고, 내측에 경사부를 접하면서 하향 공기유도홈들이 버너부쪽으로 평행되게 이격 형성되고 중앙부에 설치된 버너부는 상부버너와 하부버너의 이중버너로 형성되며, 상기 연소실과 연통된 배기부가 구비되고, 이 배기부의 상부에 다수개의 배출파이프가 설치되며, 이 배출파이프를 감싸도록 열교환기가 설치되어 구성되었다.

상기한 선행기술은 연소실과 배출파이프 사이에 공간을 버너실로 마련하고 상,하부에 버너가 설치되어 있기 때문에 버너실에 의한 열손실과 수조가 부족하여 열교환 효율이 크게 떨어지는 단점이 있다.

그리고, 선행기술 등록특허 제10-1324474호를 살펴보면, 화목을 수용하는 상부실과 하방 연소를 위한 하부실이 배연실에 연통되게 형성되고, 상부실의 후면에 형성되는 후면 통기구와 상기 후면 통기구보다 큰 유로단면적으로 이루어져 상부실의 저면에 형성되는 저면 통기구를 구비하는 본체와, 상기 상부실의 도어 상에 팬모터의 작동에 연동되어 유로를 개폐하는 급기판과, 상기 팬모터와 급기판의 하류에서 상시 급기되는 급기 양을 변동하기 위해 형성되는 급기조절기를 구비하는 급기수단으로 구성되어 있다

상기한 선행기술은 배연실을 감싸는 형태의 수조가 형성되어 있는 구조로서 수조를 통해 어느정도의 열교환 효율은 기대할 수 있으나, 배연실의 구조가 단순하여 배연이 빠르게 이루어질 수밖에 없는 관계로 그에 따른 열손실이 크게 떨어지는 등 구조적으로 많은 문제가 있다.

또한, 상향 연소되는 기존의 화목 보일러는　연소시 500도 안팎의 연소열이 발생하는데 850도 정도에서 열분해되는 연소열온보다 낮은 저온 연소로 인해서 열원으로 이용될 타르 목초액 발생하는 관계로 화목 낭비가 극심할 뿐만 아니라, 목초액으로 인한 부식으로 보일러의 수명이 단축되며, 저온 연소로 열교환 속도가 느리고, 발생되는 열량 대비 지나치게 작은 전열면적과 짧은 연소 경로에 의해서 보일러의 열교환 능력은 1/2로 떨어지고 연소열의 1/2은 배기관으로 배출될 뿐만 아니라, 연소되지 못한 불티가 비산되어 화재의 원인을 제공하고, 화목 소비도 극심한 문제가 있다.

또 다른 화목보일러들의 구조를 살펴보면 화목이 투입되는 1차 연소실과 1차 연소된 화염이 한 번 더 연소되는 2차 연소실, 그리고 2차 연소된 열기들이 수벽과 접하면서 전열과 흡열이 이뤄지는 열교환부로 크게 3개 부분으로 구조로 되어있는 것으로, 1차 연소실에서　연소가 시작된 화목의 화염과 열기가 하방향인 2차 연소실로 이어지고, 그 다음 2차 연소실 수평형 혹은 수직 수평 복합형태의 수실과 1차 열교환이 이루어지고, 보일러 후면부로 열기가 진행한 다음 수직 연관(열교환 파이프)들을 거쳐서 외부로 최종 배기되는 수평수실과 그후 경로로서 입형 수직연관 구조로서, 지나치게 짧은 배기경로로 인하여 미연소된 숯덩어리나 불티가 비산되고, 미처 열교환되지못한 열기들이 고온배기됨으로써 열효율을 크게 떨어뜨린다.

또한, 후면 입형구조는 열교환기 삽입에 의한 길이문제와 소제의 어려움 등으로해서　열 개 안팎으로 　열교환기가　삽입 배치로 인한 열교환기 절대 부족에 의한 결과로 열교환 능력이 크게 떨어진다.

그리고, 화목보일러는 연도의 청소가 보일러의 효율과 직접적인 영향을 미치게 되는데, 선행기술들을 살펴보면 하방향으로 진행되는 고열들이 짧은 연소 경로를 거친 다음 바로 보일러 후면으로 상승하는 1패스 단회로 입형연관구조가 대부분이어서, 열교환기의 위치가 대부분이 보일러 후면부 혹은 측면부인데 이들 수직 열교환기　내부를 소제하는 방법으로 레버 작동으로 연관내에 삽입된 베플을 상하로 움직여서 탄화피복을 제거하는 방식이 있는데, 사용하는 화목의 수종과 함수율을 감안할 때, 연관내에 삽입된 베플을 레버작동으로 소제하기에는 문제가 있다.

그리고, 급기방식에서 1차,2차 급기를 동일 관로로 사용하는 데, 이러한 경우에 1차 2차 연소실 바닥의 재들이 공기박스 아래로　역류되는 것을 볼 수 있다.

그러면, 2차 급기구 막힘현상과 분진 제거가　상당히 어렵고,　　뿐만 아니라　1차 연소실 목탄가스가 2차 급기구로 뒤섞임으로서 순수 산소 공급을 방해하고 일산화 탄소가 역공급됨으로써 연소완성도를 저하시키는 문제가 있다.

한국 공개특허 제10-2003-0057157호(2003년07월04일.공개) 한국 등록특허 제10-0990544호(2010년10월21일.등록) 한국 등록특허 10-1324474호(2013년10월28일.등록)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 연소잔재물 흡착으로 처음의 열효율을 몇 배나 저하시키는 탄화피복물 최소화와 손쉬운 제거를 위한 고온연소와, 고온연소를 위한 급기　방식과, 흡열체의 즉답성을 위한　고효율　열교환 구조를 위해서 횡형 3패스 및 입형 열교환부를 겸한 총 4~5패스　열교환 구조와,고효율 유지가 처음과　같아지도록　열전도를 격감시키는 연소 잔여물질 제거가 용이하도록 소제의 편의성을 위해 전면에서 소제가 가능한 횡연관구조를 가지며,

화목연소실에서 화목이 연소될 때 발생하는 연소가스를 하향 강제순환시키고, 연소시 필요한 외기공급을 적재적소에 공급할 수 있게 하고 연소가스가 순환되는 연소실을 길게 하여 완전연소를 이루게 하며,

또한, 길게 형성시킨 연소실에 의해서 난방수와의 접속면적을 극대화시키는 구조를 제공하여 열교환 효율을 극대화시켜 화목 절감과 열효율을 향상시킬 수 있도록 구성된 하향 연소식 고효율 화목 보일러를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 화목연소실의 하측 통로에 공기공급구와 좌,우측 수조의 내벽에 화목이 연소될 때 필요한 외기를 공급할 수 있게 송풍기가 구비된 송풍실과, 화목연소실의 하측 통로와 제1연소실과 제2연소실과 횡방향으로 관체형 열교환기가 형성하며,

상기한 제1연소실과 제2연소실과 횡방향으로 형성된 관체형 열교환기를 경유하여 강제순환시키기 위한 흡기장치가 보일러 본체의 후방 상부에 설치되며,

상기 흡기장치의 흡기쪽은 횡방향으로 형성된 관체형 열교환기와 연통된 흡기관으로 연결되고, 상기 흡기장치의 배기쪽은 배기관과 연결되어 구성된 것이 특징이다.

본 발명에 의하면, 화목연소실에서 화목이 연소될 때 발생하는 연소가스를 하향 강제순환시키고, 연소시 필요한 외기공급을 적재적소에 공급할 수 있기 때문에 완전연소에 의한 타르 부착과 목초액 부착을 최소화하고 화목 절감과 화력을 극대화시키고 보일러의 수명을 2배로 연장시키는 효과가 있으며,

연소가스가 순환되는 연소실과 관체형 열교환기를 횡방향으로 길게 형성시켜 주고 외기를 공급하여 완전연소를 유도하고, 난방수와의 접속면적이 넓게 형성되는 구조에 의해서 열교환 효율을 높일 수 있기 때문에 화목 소비가 최소 1/3 이하로 줄일 수 있고, 소제가 용이하게 이루어질 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 보일러는 300리터 기준으로 건조화목을 연소시킬 경우 수온상승최정점시의 수온상승속도는 분당 3도 안팍으로서 상향연소식에 비해서 연료소비 대비 열발생 효율은 상향보일러에 따라 다소 다르긴 하지만 최대 10배 이상이며,

상향 연소시 발생되는 열온이 500도 안팎이고 그 폐열온도는 300도 안팎인데 비해서 본 발명에 의한 보일러는 연소시 발생되는 열온 1200도이고, 폐열온도는 불과 150도 안팎으로 고효율을 제공하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 화목보일러의 구성을 보인 정면 사시도
도 2는 본 발명에 의한 화목보일러의 구성을 보인 배면 사시도
도 3은 본 발명에 의한 화목보일러의 내부 구성을 보인 단면도
도 4는 본 발명에 의한 화목보일러의 다른 구성을 보인 정면 사시도
도 5는 본 발명에 의한 화목보일러의 다른 구성을 보인 배면 사시도
도 6은 화목보일러의 제1,2연소실에 관체형 열교환기가 구성된 사시도
도 7은 발명에 의한 화목보일러에 도 1의 구성을 보인 정면도
도 8은 도 7의 A-A선 단면도
도 9는 도 7의 B-B선 단면도

본 발명에 의한 하향 연소식 고효율 화목 보일러에 대한 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.

본 발명에 의한 하향 연소식 고효율 화목 보일러는, 화목연소실(1)의 상,하,좌,우측에 수조(11)가 형성되고, 상기 화목연소실(1)의 하측 통로(2)에 공기공급구(2')와 좌,우측 수조(11)의 내벽에 화목이 연소될 때 필요한 외기를 공급할 수 있게 공기공급구(12)가 형성되어 송풍기(13)가 구비된 송풍실(14)에 연결되며,

상기한 화목연소실(1)의 하측 통로(2)와 연결되게 제1연소실(3)과 그 하부에 제2연소실(4)을 형성하여 연소가스가 제1연소실(3)의 후방으로 이동할 수 있게 전방은 제1연소실(3)에 공기를 공급하기 위한 공기공급홀(15)이 형성된 전방도어(16)에 의해서 제1연소실(3)의 전방을 밀폐되고, 제2연소실(4)은 측방에 횡방향으로 형성된 관체형 열교환기(5)와 연결되게 통로가 형성되게 구성되며,

상기 제1연소실(3)과 제2연소실(4)의 후방은 화목연소실(1)에서 발생된 연소가스가 하측 통로(2)를 통해 제1연소실(3)의 후방으로 이동하고, 그 하부에 형성된 제2연소실(4)로 이동할 수 있게 통로가 형성되게 후방도어(17)가 설치되며,

화목연소실(1)에서 발생하는 연소가스를 통로(2)와 제1연소실(3)의 후방과 그 하부에 제2연소실(4)을 경유하여 횡방향으로 형성된 관체형 열교환기(5)의 전방을 경유한 후, 후방으로 강제순환시키기 위한 흡기장치(20)가 보일러 본체(10)의 후방 상부에 설치되어 흡기장치(20)의 흡기쪽은 횡방향으로 관체형 열교환기(5)와 연통된 흡기관(21)으로 연결되고, 상기 흡기관(21)의 상부는 보일러 본체(10)의 상단부까지 형성되어 뚜껑(22)이 결합되고, 흡기장치(20)의 배기쪽은 배기관(23)과 연결되어 구성된 것이다.

본 발명의 다른 구성으로는, 화목연소실(1)의 하측 통로(2)와 연결되게 제1연소실(3)과 그 하부에 제2연소실(4)을 형성하여 제1연소실(3)의 후방은 제1연소실(3)에 공기를 공급하기 위한 공기공급홀(18)이 형성된 후방도어(17)에 의해서 밀폐되고, 제2연소실(4)은 측방에 횡방향으로 형성된 관체형 열교환기(5)의 하부와 연결되게 통로가 형성되게 하고, 상기 통로는 횡방향으로 형성된 관체형 열교환기(5)의 하부로만 연결되게 상기 관체형 열교환기(5)의 가운데를 횡단하여 격벽(19)이 구성되며,

상기 제1연소실(3)과 제2연소실(4)의 전방은 화목연소실(1)에서 발생된 연소가스가 하측 통로(2)를 통해 제1연소실(3)을 경유하고, 그 하부에 형성된 제2연소실(4)로 이동할 수 있게 통로가 형성되게 전방도어(16)가 설치되며,

화목연소실(1)에서 발생하는 연소가스를 통로(2)와 제1연소실(3)의 앞쪽으로 통해 그 하부에 제2연소실(4)을 통해 후방에 관체형 열교환기(5)를 하부를 경유하고, 관체형 열교환기(5)의 앞쪽 상부를 경유하여 강제순환시키기 위한 흡기장치(20)가 보일러 본체(10)의 후방 상부에 설치되어 흡기장치(20)의 흡기쪽은 관체형 열교환기(5)와 연통된 흡기관(21)으로 연결되고, 상기 흡기관(21)의 상부는 보일러 본체(10)의 상단부까지 형성되어 뚜껑(22)이 결합되고, 흡기장치(20)의 배기쪽은 배기관(23)과 연결되어 구성된 것이다.

본 발명의 다른 구성으로 제1연소실(3)의 측벽을 관체형 열교환기(5)가 구성되고, 제2연소실(4)이 관체형 열교환기(5)로 구성된 것이다.

도면의 미설명부호 30은 제1연소실의 측면으로 공기를 공급하기 위한 공기공급구, 31은 온수관을 의미하는 것이다.

본 발명에 의한 하향 연소식 고효율 화목 보일러에 관한 작용을 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 화목연소실(1)에 화목을 투입하여 연소시키면서 송풍기(13)를 작동하여 송풍실(14)에 공기를 공급하면, 상기 화목연소실(1)의 하측 통로(2)에 공기공급구(2')와 좌,우측 수조(11)의 내벽에 화목이 연소될 때 필요한 외기를 공급하여 연소가 진행되면 연소가스를 강제순환시키기 위한 흡기장치(20)를 작동시킨다.

상기 흡기장치(20)은, 흡기쪽이 관체형 열교환기(5)와 연통되어 있는 흡기관(21)에 연결되고, 배기쪽은 배기관(23)과 연결되어 있기 때문에 흡기장치(20)에서 발생된 흡입력이 흡기관(21)과 관체형 열교환기(5)와 제2연소실(4)과 제1연소실(3)과 하측 통로(2)를 통해 화목연소실(1)에 작용하게 된다.

따라서, 화목연소실(1)에서 발생된 불꽃과 연소가스를 하측 통로(2)를 통해 제1연소실(3)의 후방으로 이동하고, 그 하부에 형성된 제2연소실(4)의 후방을 통해 제2연소실(4)의 앞쪽으로 이동한 후, 그 옆에 있는 관체형 열교환기(5)의 앞쪽을 통해 후방으로 이도한 후, 흡기관(21)을 통해 배기관(23)으로 배출된다.

그리고, 본 발명의 다른 구성에 대한 작용을 살펴보면, 흡기장치(20)에서 발생된 흡입력이 흡기관(21)과 격벽(19)에 의해서 상부와 하부로 구획된 관체형 열교환기(5)의 후방 상부를 통해 전방으로 이동한 후, 관체형 열교환기(5)의 전방 하부를 통해 후방으로 이동하여 제2연소실(4)과 제1연소실(3)과 하측 통로(2)를 통해 화목연소실(1)에 작용하게 된다.

따라서, 화목연소실(1)에서 발생된 불꽃과 연소가스를 하측 통로(2)를 통해 제1연소실(3)의 전방으로 이동하고, 그 하부에 형성된 제2연소실(4)의 전방을 통해 제2연소실(4)의 뒤쪽으로 이동한 후, 그 옆에 있는 관체형 열교환기(5)의 후방 하부를 통해 전방으로 이동한 후, 관체형 열교환기(5)의 후방 상부와 흡기관(21)을 통해 배기관(23)으로 배출된다.

이러한 작용을 하는 과정에서 화목연소실(1)의 상,하,좌,우측에 수조(11)가 열을 받아 난방수를 가열하게 되는 데, 불꽃과 연소가스가 상기한 화목연소실(1)의 하측 통로(2)와 연결되게 제1연소실(3)과 그 하부에 제2연소실(4)과 관체형 열교환기(5)에 의해서 더 많은 열을 회수하여 난방수를 가열하게 되는 것이며, 제1연소실(3)의 측벽을 관체형 열교환기(5)가 구성되고, 제2연소실(4)이 관체형 열교환기(5)로 구성된 경우에는 연소가스와 난방수와의 접촉면적이 더 많아지게 됨으로서, 열교환작용을 극대화시킬 수 있게 된다.

그리고, 화목이 연소되어 연소가스로 배출되면서 생성된 검댕이, 연기, 목초액 등 오염 물질이 배기관(23)에 쌓이게 되면 배기관의 상부에 형성된 뚜껑(22)을 열고, 오염 물질을 청소하고 닫아주면 편리하고 신속하게 청소를 할 수 있다.

1: 화목연소실 2: 하측 통로
3,4: 제1,2연소실 5: 관체형 열교환기
10: 보일러 본체 11: 수조
20: 흡기장치 21: 흡기관
22: 뚜껑 23: 배기관

Claims (6)

1. 화목연소실의 상,하,좌,우측에 수조가 형성되고, 상기 화목연소실의 하측 통로에 공기공급구와 좌,우측 수조의 내벽에 화목이 연소될 때 필요한 외기를 공급할 수 있게 공기공급구가 형성되어 송풍기가 구비된 송풍실에 연결되며,
   상기한 화목연소실의 하측 통로와 연결되게 제1연소실과 그 하부에 제2연소실이 형성되고, 상기 제1연소실과 제2연소실의 측방에 횡방향으로 형성된 관체형 열교환기가 설치되며,
   상기 제1연소실과 제2연소실 및 이 측방에 횡방향으로 형성된 관체형 열교환기의 전방에는 제 1연소실의 전방이 밀폐되고, 제 2연소실과 관체형 열교환기와 연결되는 통로가 형성되도록 설치된 전방도어와,
   상기 제1연소실과 제2연소실의 후방은 연소가스가 제1연소실의 후방을 통해 제2연소실로 이동하고 관체형 열교환기의 전방을 통해 흡기관으로 이동할 수 있게 통로가 형성되도록 후방도어가 설치되며,
   화목연소실에서 발생하는 연소가스를 통로와 제1연소실과 제2연소실과 관체형 열교환기를 경유하여 강제순환시키기 위한 흡기장치와,
   상기 흡기장치의 흡기쪽은 관체형 열교환기와 연통된 흡기관으로 연결되고, 상기 흡기장치의 배기쪽은 배기관과 연결되어 구성된 것을 특징으로 하는 하향 연소식 고효율 화목 보일러.
2. 제 1항에 있어서, 제1연소실과 제2연소실의 후방은 제1연소실에 공기를 공급하기 위한 공기공급홀이 형성된 후방도어에 의해서 밀폐되고, 제2연소실은 측방에 형성된 관체형 열교환기의 하부만 연결되게 가운데를 횡단하여 격벽이 구성되며,
   상기 제1연소실과 제2연소실의 전방은 화목연소실에서 발생된 연소가스가 하측 통로를 통해 제1연소실의 전방을 경유하고, 그 하부에 형성된 제2연소실로 이동할 수 있게 통로가 형성되도록 전방도어가 설치되며,
   연소가스가 통로와 제1연소실의 앞쪽과, 그 하부에 제2연소실을 통해 후방에 관체형 열교환기를 하부를 경유하여 관체형 열교환기의 앞쪽 상부를 경유하여 흡기관으로 배출되도록 구성된 것을 특징으로 하는 하향 연소식 고효율 화목 보일러.
3. 제 1항에 있어서, 제1연소실과 그 하부에 제2연소실의 전방은 제1연소실에 공기를 공급하기 위한 공기공급홀이 형성된 전방도어에 의해서 제1연소실은 밀폐되고, 제2연소실은 측방에 형성된 관체형 열교환기와 연결되게 통로가 형성되며,
   상기 제1연소실과 제2연소실의 후방은 화목연소실에서 발생된 연소가스가 하측 통로를 통해 제1연소실을 경유하고, 그 하부에 형성된 제2연소실로 이동할 수 있게 통로가 형성되도록 후방도어가 설치되며,
   화목연소실에서 발생하는 연소가스를 통로와 제1연소실과 제2연소실과 관체형 열교환기를 경유하여 흡기관으로 배출되도록 구성된 것을 특징으로 하는 하향 연소식 고효율 화목 보일러.
4. 제 1항 또는 2항에 있어서, 제1연소실의 측벽 또는 제2연소실에 관체형 열교환기가 구성된 것을 특징으로 하는 하향 연소식 고효율 화목 보일러.
5. 제 1항 또는 2항에 있어서, 흡기관의 상부는 청소하기에 용이하도록 보일러 본체의 상단부까지 형성되어 뚜껑이 결합된 것을 특징으로 하는 하향 연소식 고효율 화목 보일러.
6. 제 1항에 있어서, 제1연소실 측벽에 공기공급구가 형성된 것을 특징으로 하는 하향 연소식 고효율 화목 보일러.

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