KR101741209B1 - 바이오매스 구들 난방장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 바이오매스 구들난방장치는 전면에 공기주입구와 연통되는 연소실을 가지는 아궁이본체와; 상기 아궁이 본체의 연소실과 연결되는 화기유도로와, 상기 화기유도로와 연결되며 사행형상을 이루는 방구들부와; 상기 방구들부와 연통되도록 설치되는 굴뚝을 구비하며, 상기 아궁이본체의 일측에 경사지게 설치되며 하단부의 개구부가 연소실과 연통되며 외주면 또는 상면에 형성된 연료주입구를 개폐하는 밀폐도어가 마련된 연료공급부를 구비하며, 상기 굴뚝 또는 굴뚝과 연결되는 부위의 방구들부와 연결되는 연결통로가 마련된 바이패스부재와, 상기 바이패스부재에 설치되어 상기 연결통로를 개폐하는 개폐부를 포함하는 예열통로유닛을 포함한다.

Description

바이오매스 구들 난방장치{ hypocaust heating apparatus using the biomass}

본 발명은 구들용 연소장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 목재, 짚, 낙엽등을 열분해 시켜 바이오매스를 생성하고, 이 바이오 매스를 연소시켜 구들을 가열함으로써 난방할 수 있는 바이오매스 구들 난방장치에 관한 것이다.

일반적으로 아궁이에서 불을 때면 화기(火氣)가 방고래를 지나면서 구들을 가열시킴으로써 실내의 난방공간을 데우는 온돌난방은 한국 고유의 난방법으로 우리 민족의 생활습관과 밀접한 관계가 있으며, 모든 민가에 사용되어 왔다.

온돌의 채난원리(採暖原理)는 열의 전도를 이용한 것인데, 방바닥 밑에 깔린 넓적한 돌(구들장)에 화기를 도입시켜, 온도가 높아진 돌이 방출하는 열로 난방하는 것으로 전도에 의한 난방 이외에 복사난방과 대류난방을 겸하고 있다.

이러한 온돌은 한국의 독특한 난방법으로 열의 효율이 좋고 연료나 시설이 경제적이며, 고장이 별로 없을 뿐 아니라 구조체에 빈번한 손질이 필요하지 않다는 등의 장점이 있다.

종래 기술에 의한 구들이 적용된 가옥은 나무를 태워 화기를 생성하는 아궁이가 형성되고, 아궁이를 통해 유입된 화기는 구들장을 가열한다. 그리고 구들장이 가열됨으로 인하여 저장된 화기는 고래라고 하는 화기의 이동통로를 따라 골고루 확산되며, 고래를 순환하여 온도가 내려간 공기는 굴뚝을 통해 외부로 방출된다.

이와 같은 화기의 순환경로가 형성되는 구들을 상세히 살펴보면 “온돌석”이라고도 하는 얇고 판판한 구들장을 두둑 위에 나누어 설치하고, 그 윗면에 진흙을 발라서 방바닥을 형성하게 된다. 구들장은 내화벽돌을 쌓아 올린 두둑 위에 작은 돌(굄돌)로 네 귀를 받치는데 흔들리지 않게 놓여진다. 그리고 구들장과 구들장 사이의 빈틈을 찰흙으로 메운 다음 윗면에 수평으로 흙을 발라 방바닥을 형성한다.

종래에는 고래가 사방으로 연통되게 형성되어 화기의 순환경로가 짧게 형성됨으로써 열 손실이 많이 발생되는 문제점이 있었다. 대한민국 등록특허 제 10-0926511호에는 회전식 구들이 개시되어 있다.

상기 회전식 구들은 화기가 유입되는 중앙 부분을 중심으로 바깥으로 회전하면서 감싸는 형상으로 형성되어 있다. 상기 구들은 나선형으로 형성되어 화기의 순환경로를 길게 하는 장점을 가지고 있으나 다음과 같은 문제점이 있다.

대한민국 실용신안 등록 제 45944호에는 하부연통식 개량구들이 게시되어 있으며, 실용신안 등록 제 476852호에는 구들용 조립식 아궁이가 게시되어 있다.

한편, 종래의 아궁이와 연결된 구들은 아궁이에 주입되는 장작, 잡목 등을 을 연소시킴으로써 발생되는 열기와 연기를 구들을 통과시킴으로써 구들을 가열하게 된다. 이러한 아궁이와 구들은 연소되지 않은 불완전가스가 배출되게 되므로 연소효율을 향상시킬 수 없다. 특히, 목재의 연소를 위한 연소공기가 가궁이의 입구를 통하여 공급되게 되므로 아궁이 후방에서의 2차 연소가 완전하게 이루어지지 않은 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 제 10-0926511호. 대한민국 실용신안 등록 제 45944호.

본 발명의 해결하고자 하는 기술적 과제는 목재, 잡목, 짚 등의 연료를 탄화시키면서 연소시킬 수 있으며, 아궁이 후방에서 발생되는 2차 연소를 활성화 시킬 수 있는 바이오매스 구들난방장치를 제공함에 있다.

본 발명의 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 연료공급부를 통하여 공급된 연료를 지속적으로 공급할 수 있으며, 운전효율을 향상시킬 수 있는 바이오매스 구들난방장치를 제공함에 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바이오매스 구들 난방장치는 전면에 공기주입구와 연통되는 연소실을 가지는 아궁이본체와; 상기 아궁이 본체의 연소실과 연결되는 화기유도로와, 상기 화기유도로와 연결되며 사행형상을 이루는 방구들부와; 상기 방구들부와 연통되도록 설치되는 굴뚝을 구비한다. 그리고 상기 아궁이본체의 일측에 경사지게 설치되며 하단부의 개구부가 연소실과 연통되며 외주면 또는 상면에 형성된 연료주입구를 개폐하는 밀폐도어가 마련된 연료공급부를 구비하며, 상기 굴뚝 또는 굴뚝과 연결되는 부위의 방구들부와 연결되는 연결통로가 마련된 바이패스부재와, 상기 바이패스부재에 설치되어 상기 연결통로를 개폐하는 개폐부를 포함하는 열기바이패스유닛을 포함한 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 아궁이본체의 하부에 상기 연결공급부로부터 유입되는 연료를 지지하는 화격자를 더 구비하며, 상기 화기유도로 전면측의 아궁이본체 내부의 연소 시의 하면으로부터 소정의 높이로 돌출되는 격벽을 구비한다.

그리고 상기 아궁이본체의 공기주입구로부터 연소실의 내부를 통하여 연소실 내의 격벽 전면측으로 공기를 공급하여 2차 연소를 활성화시키는 보조공기 주입덕트를 더 구비한다. 상기 연료공급부는 복수개로 이루어지며 연소실의 내부에 연료가 공급되는 개구부의 중심이 일치될 수 있도록 경사지게 설치된다.

본 발명의 바이오매스 구들난방장치는 연료공급유닛으로부터 공급되는 연료를 지속적으로 공급하면서 탄화 및 연소시킬 수 있으며, 아궁이본체의 연소실 내부에 바이오매스 즉, 가연성 가스 2차 연소시킴으로써 연료를 완전연소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 바이오매스 구들난방장치의 일부절제 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 바이오매스 구들난방장치의 단면도,
도 3은 아궁이 유닛을 본체를 발췌하여 도시한 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 이궁이 본체의 다른 실시예를 도시한 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 바이오매스 구들난방장치의 다른 실시예를 도시한 단면도.

본 발명에 따른 바이오매스 생성 및 연소를 위한 마이오매스 구들난방장치는 목재, 짚, 풀 등과 같은 잡목, 생활쓰레기 등을 지속적으로 공급하면서 연소시킬 수 있는 것으로, 그 일 실시예를 도 1 내지 도 4에 나타내 보였다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 바이오매스 구들 난방장치(10)는 전면에 공기주입구(21)와 연통되는 연소실(22)을 가지는 아궁이본체(20)와, 상기 아궁이본체(20)로부터 후방 즉, 난방을 위한 공간의 후방으로 연장되며 상방향으로 경사지게 설치되는 화기유도로(30)를 가지는 아궁이유닛과, 상기 화기유도로(30)와 결합되며 사행형상을 이루는 방구들부(40)와, 상기 방구들부(40)와 연통되도록 설치되는 굴뚝(50)을 구비한다. 그리고 상기 아궁이 유닛은 상기 아궁이본체(20)의 일측에 경사지게 설치되고, 연소실과 배출구(61)가 연통되도록 설치되며 연료저장공간(62)가 밀폐되는 연료공급부(60)와, 상기 굴뚝(50) 또는 이와 연통되는 방구들부(40)와 연결되어 상기 연소실에서 연료가 연소되면서 발생되는 열기의 배출을 단속하여 연소실로부터 회기유도로(30)의 열기배출을 유도하기 위한 열기바이패스유닛(70)을 구비한다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 구들용 연소장치(10)의 작용을 구성요소별로 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 구들용 연소장치(10)를 구성하는 아궁이본체(20)을 구비한 아궁이 유닛은 난방을 위한 방을 구획하는 벽체에 일부가 매립되거나 거실 측으로 노출될 수 있도록 설치되는 것으로, 아궁이본체(20)은 다각형의 형상으로 형성되며 내부에 연소실(22)은 상부가 돔형으로 형성될 수도 있다. 상기 연소실(22)의 하면에는 목재, 짚, 생활쓰레기 등의 연료가 연소된 후 발생되는 재의 배출과 연소를 위한 산소의 공급이 원활하게 이루어질 수 있도록 화격자(23)가 설치된다. 상기 화격자(23)의 하부측에는 재를 모아 배출할 수 있도록 재받이(24)가 설치될 수 있다. 그리고 상기 아궁이본체(20)의 전면측에 형성된 공기주입구(21)에는 공기의 주입량을 제어하기 위하여 공기주입구(21)의 크기를 가변시킬 수 있는 조리개(미도시)가 설치될 수 있다. 상기 공기 주입구(21)에는 연소를 위한 공기를 강제 주입하기 위한 송풍기(25)가 더 구비될 수 있다. 그리고 공기주입구(21)의 상부측의 아궁이 본체에는 상부립(21a)이 형성되고, 공기주입구(21)의 하부측의 아궁이본체에는 하부립(21b)가 형성되는데, 상기 상부립(21a)이 하부립(21b)보다 상대적으로 길게 형성된다.

아궁이본체(20)의 연소실(22)의 내부공간에는 연료가 연소됨으로써 발생되는 열기를 우회시켜 상기 화기유도로(30)로 배출될 수 있도록 하는 격벽(26)이 설치될 수 있다. 그리고 상기 아궁이 본체(20)의 내부의 천정측에는 상기 격벽(26)의 전면에 상기 격벽(26)과 엇갈리도록 화기를 유도하는 스커트부재(27)가 형성된다. 상기 격벽(26)과 스커트부재(27)의 사이에는 화기가 화기유도로로 배출될 수 있도록 간격이 유지된다.

이 격벽(26)은 화기유도로(30)의 전면측 연소실(22)의 바닥면으로부터 소정의 높이로 형성되어 상기 연소실(22) 연소된 열기가 연소실의 상부측을 경유하여 화기유도로(30)로 배출될 수 있도록 함이 바람직하다.

상기 아궁이본체(20)에는 공기 유입구(21)로부터 형성되어 상기 연소실(22)의 후방측으로 2차연소를 활성화시키기 위한 보조공기주입덕트(28)가 형성된다. 상기 보조공기주입덕트(28)은 아궁이본체(20)의 측면 또는 바닥면에 형성될 수 있다.

한편, 상기 아궁이본체(20)에는 연료공급부(60)으로부터 공급되는 연료를 초기 점화시키기 위한 점화유닛(미도시)을 더 구비한다. 상기 점화유닛은 연료공급부(60)으로부터 공급되는 연료를 점화시키기 위한 가스버너로 이루어질 수 있다. 상기 아궁이본체는 금속재 예컨대, 주물에 의해 제조되어 규격되어 공장에서 양산될 수 있다.

상기 연료공급부(60)은 연소실(22)에 연료를 지속적으로 공급할 수 있는 것으로, 아궁이본체(20)에 연료 즉, 목재, 잡목, 짚, 생활쓰레기 등이 연소되는 과정에서 자중에 의해 공급될 수 있도록 아궁이본체(20)의 전면측에 경사지게 설치된다. 상기 연료공급부(60)은 연료가 저장되는 연료저장공간(62)을 가지는 연료탱크부(63)를 구비하는데, 상기 연료탱크부(63)의 하부측 개구부(61)는 화격자(23)의 상부측에 위치된다. 그리고 상기 연료탱크부(63)의 상부측에는 연료주입구(64)가 형성되고, 이 연료주입구(64)는 목재, 짚, 잡목 등의 연료가 주입된 후 공기의 유입과 유출을 차단할 수 있도록 밀폐도어(65)가 설치된다.

이러한 연료공급부(60)는 도 3에 도시된바와 같이 상기 아궁이본체(20)의 전면측에 복수개 설치될 수 있는데, 이 경우 각 연료공급부의 개구부의 확격자(23)의 상부측에는 일치될 수 있도록 경사지게 설치함이 바람직하다. 그리고 상기 연료탱크부(62)의 외주면에는 연료탱크 내부의 연료 충전상태를 알 수 있는 사이드글라스를 설치함이 바람직하다.

상기 화기유도로(30)는 아궁이본체(20)의 연소실(22)와 연결되어 난방을 위한 바닥면의 후방측(아궁이본체로부터 멀어지는 측)연장되는데, 상기 아궁이본체(20)으로부터 후방으로 단면적이 점차적으로 좁아져 열기를 이송속도를 빠르게 함입 바람직하다. 상기 화기유도로(30)의 주위에는 자갈과 원적외선 방출을 위한 부재들로 이루어진 축열재(100)가 충진될 수 있다.

그리고 상기 축열재(100)의 상면측에는 방구들부(40)가 설치되는데, 이 방구들부(40)는 상기 화기유도로(30)의 단부측과 연결되며 난방을 위한 공간에 사행의 형상으로 형성된다. 방구들부(40)는 열기가 통과하는 관부재로 이루어질 수 있으며, 양측면에 돌판을 이용하여 측판을 형성하고, 이의 상면에 돌판을 덮어 형성 할 수도 있다. 그러나 이에 한정되는 않는다. 방구들부는 상기 회기유도로와 연결되며 복수개로 이루어질 수 있다. 상기 방구들부(40)은 화기유도로(30)으로부터 아궁이본체부(20) 측으로 사행 형상으로 형성되며, 이의 출구측은 난방공간의 외부에 설치되는 굴뚝(50)과 연결된다.

상기 열기바이패스유닛(70)은 연소실(22)과 굴뚝(50) 또는 상기 방구들부(40)의 출구측과 연결되어 연소실(22)의 열기를 선택적으로 굴뚝(50) 또는 방구들부(40)의 출구측으로 배출시켜 방구들부(40)와 화기유도로(30)에 흡입력이 발생될 수 있도록 한다. 이러한 열기바이패스유닛(70)은 상기 굴뚝(50) 또는 굴뚝과 연결되는 부위의 방구들부(40)와 연결하는 연결통로(71)가 마련된 바이패스부재(72)와, 상기 바이패스부재(72)에 설치되어 상기 연결통로(71)을 선택적으로 개폐하는 개폐부(73)를 구비한다. 상기 개폐부(73)는 열기를 차단하는 연결통로(71)를 차단 및 연통시킬 수 있도록 회전판을 가지는 댐퍼로 이루어질 있다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 바이오매스 생성 및 연소를 위한 구들용 연소장치는 연료공급유닛의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 다른 구들용 연소장치(10)을 이용하여 난방하기 위해서는 상기 연료공급부(60)의 연료탱크부(63)의 상부측에 형성된 밀폐도어(65)를 열고, 연료부입구(64)에 목재, 짚, 또는 잡목 등을 튜입하여 연료저장부(62)에 적재한다. 그리고 상기 밀폐도어(65)를 닫아 연료주입구(64)를 밀폐시킨 시킨다.

이 상태에 점화장치를 이용하여 연료공급부(60)의 개구부로 노출된 목재, 짚, 등의 연료를 점화시키고, 공기주입구(21)을 통하여 연소에 필요한 공기를 공급한다. 이와 같이 하면, 개구부(61)를 통하여 연소실로 공급되는 연료가 연소되고, 이 연료가 연소되면서 발생된 열에 의해 연료저장부(60)에 저장된 연료인 목재 또는 잡목들이 열분해되면서 바이오매스 즉, 연소가스화되고, 이 연소가스는 연소실(22)의 내에서 연소된다.

이때에 상기 연소실(22)의 후방측으로 이동되는 연소가스는 산소의 부족으로 인하여 완전연소가 이루어지지 않을 수 있는데, 상기 아궁이본체(20)에는 공기주입구(21)로부터 내부로 연장되는 보조공기주입덕터(28)가 설치되어 있으므로 연소실(22)의 내부측으로 연소를 위한 산소 즉, 공기를 공급하여 2차 연소를 활성화시킬 수 있다.

상기와 같이 연료가 연소되면서 발생된 열기는 초기에 회기유도로(30), 방구들부(40), 굴뚝(50)을 통하여 원활하게 배출되지 못하게 된다. 이러한 현상은 축열재(100), 화기유도로(30), 방구들부(40)가 충분히 가열되지 않은 상태이므로 굴뚝(50)의 굴뚝효과에 의한 상승기류가 발생되지 않기 때문이다.

이 경우, 상기 열기바이패스유닛(70)의 연결통로(71)을 차단하는 개폐부(73)를 조작하여 연소실(22)의 열기가 바이패스부재(72)의 연결통로(71)을 통하여 방구들부(40)의 출구측을 경유하여 굴뚝(50)으로 배출되거나 굴뚝(50)을 통하여 배출되도록 함으로써 가열된 기류가 상승하면서 발생될 수 있는 굴뚝효과를 극대화시킨다. 이러한 과정에서 일부의 열기는 화기유도로(30) 및 방구들부(40)을 통하여 배출된다.

상술한 바와 같은 작용을 인하여 화기유도로(30) 및 방구들부(40) 및 굴뚝(50)이 예열이 이루어져 굴뚝효과에 의한 상승력(화기유도로 측에서의 흡입력)이 발생되면, 상기 열기바이패스유닛(70)의 개폐부(73)을 이용하여 연결통로(71)을 차단한다. 이와 같이 하면, 상기 연소실내의 열기는 화기유도로(30) 방구들부(40) 및 굴뚝(50)을 통하여 배출된다.

특히 상기 연소실(22)에 연료공급부(60)를 통하여 공급되는 연소되는 과정에서 지속적으로 열분해되어 연소가스화되고, 이 연소가스가 상술한 바와 같이 연소실의 후방측에서 보조공기주입덕트(28)에 의해 공급되는 공기와 충분히 혼합되어 2차연소가 이루어질 수 있도록 함으로써 완전연소가 가능하다. 연료가 연소됨으로써 발생된 열기는 화기유도로(30)와 방구들부(40)을 통과하면서 축열재를 가열함과 아울러 방을 난방하게 된다.

한편, 본 발명에 따른 구들난방장치는 도 5에 도시된 바와 같이 아궁이 유닛은 아궁이 본체와 연결된 화기유도로(30)을 전통구들과 연결함으로써 전통구들방식에도 적용할 수 있다. 이 경우 화기유도로(30)는 길이를 짧하여 고래의 역할을 할 수 있도록 함이 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 바이오매스 생성 및 연소를 위한 구들용 연소장치는 연료공급부를 통하여 공급되는 연료를 열분해하여 연소시키게 되므로 연소효율을 향상시킬 수 있다. 또한 상기 연료공급부로 공급되는 연료가 연소되는 동안 별도의 연료 공급이 이루어지지 않아도 되며 열기가 연소실 밖으로 유출되는 것을 근본적으로 방지할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 사람이라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록 청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

본 발명의 바이오매스 생성 및 연소를 위한 구들용 연소장치는 구들을 이용한 난방 뿐만아리나 난로, 시설재배단지의 난방 등에 적용 가능하다.

Claims (7)

1. 전면에 공기주입구와 연통되는 연소실을 가지는 아궁이본체와; 상기 연소실과 연결되어 상기 연소실에서 발생되는 열기가 유입되며, 상기 열기의 이동속도를 높이기 위해 상기 아궁이본체로부터 멀어질수록 단면적이 점차 좁아지는 화기유도로와, 상기 화기유도로와 연결되며 사행형상을 이루는 방구들부와; 상기 방구들부와 연통되도록 설치되는 굴뚝을 구비하며,
   상기 아궁이본체의 일측에 경사지게 설치되며 하단부의 개구부가 연소실과 연통되며 외주면 또는 상면에 형성된 연료주입구를 개폐하는 밀폐도어가 마련된 연료공급부를 구비하며,
   상기 굴뚝 또는 굴뚝과 연결되는 부위의 방구들부와 연결되는 연결통로가 마련된 바이패스부재와, 상기 바이패스부재에 설치되어 상기 연결통로를 차단 및 연통시킬 수 있는 회전판을 가지는 개폐부를 포함하는 열기바이패스유닛을 포함한 것을 특징으로 하며,
   상기 아궁이본체는
   상기 연소실의 내부공간에 상기 열기를 우회시켜 상기 화기유도로로 배출될 수 있도록 설치되는 격벽과, 상기 아궁이본체의 내부 천정측에 상기 격벽과 엇갈리도록 위치되어 열기가 상기 화기유도로로 배출될 수 있도록 유도하는 스커트부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 바이오매스 구들 난방장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 아궁이본체의 하부에 상기 연료공급부로부터 유입되는 연료를 지지하는 화격자가 더 구비된 것을 특징으로 하는 바이오매스 구들 난방장치.
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 아궁이본체의 공기주입구로부터 연소실의 내부를 통하여 연소실 내의 격벽 전면측으로 공기를 공급하여 2차 연소를 활성화시키는 보조공기 주입덕트를 더 구비한 것을 특징으로 하는 바이오매스 난방장치.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 연료공급부는 복수개로 이루어지며 연소실의 내부에 연료가 공급되는 개구부의 중심이 일치될 수 있도록 경사지게 설치된 것을 특징으로 하는 바이오매스 구들 난방장치.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 방구들부는 상기 아궁이본체와 연결되는 상기 화기유도로가 상기 아궁이본체와 멀어지는 방향으로 경사지게 설치되고, 상기 화기유도로의 상부측에 상기 화기유도로로부터 아궁이본체 측으로 사행형상으로 형성되며 상기 굴뚝과 연결되는 구들을 포함한 것을 특징으로 하는 바이오매스 구들난방장치.
7. 삭제

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