KR101810792B1 - 펠릿 보일러의 사이클론 방식 배출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 펠릿을 연료로 사용하는 펠릿 보일러의 사이클론 방식 배출장치에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 물 탱크(10) 내부에 연소실(20)과 연결되고 원통형 몸체(31) 내부 중앙에 수직의 배출관 하부에 집진부(34)를 형성하는 사이클론 호퍼(30)와, 상기 수직 배출관(35)에 연결되어 배기 가스를 배출 안내하는 배기구(40)를 집약 설치 구성하여 펠릿 연소 후 배출되는 배기 가스의 분진과 불티가 사이클론 호퍼 및 배기구에 의해 안내 배출하는 과정에서 자동으로 걸러져 외부로 직접 방출되는 것을 방지하므로 환경 오염이나 화재 위험을 예방하고, 배기 가스의 충분한 열 교환 시간과 열 교환 체적을 확보하여 열 효율을 크게 향상시키도록 하는데 그 특징이 있다.

Description

펠릿 보일러의 사이클론 방식 배출장치{Exhaust gas emission device of pellet boiler}

본 발명은 펠릿을 연료로 사용하는 펠릿 보일러에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 펠릿 연소 후 배출되는 배기 가스의 분진과 불티가 사이클론 호퍼 및 배기구에 의해 안내 배출하는 과정에서 자동으로 걸러져 외부로 직접 방출되는 것을 방지하므로 환경 오염이나 화재 위험을 예방하고, 배기 가스의 충분한 열 교환 시간과 열 교환 체적을 확보하여 열 효율이 크게 향상되는 펠릿 보일러의 사이클론 방식 배출장치에 관한 것이다.

주지된 바와 같이 펠릿 보일러는 펠릿을 연료로 사용하여 온수 또는 난방수를 공급하는 보일러 중에 하나이다.

최근 정부 차원의 친환경 녹색 기술(Green Technology) 육성 정책에 따라 저 탄소, 고 효율의 연소 장치에 대한 연구, 개발이 더욱 증가하고 있고, 특히 목재 등 재생 자원을 사용하는 펠릿 보일러(pellet boiler) 기술 등에 대한 관심이 높아지면서 관련 기술이 급속히 발전하고 있다.

이와 같은 펠릿 보일러는 본체 내부의 연소실에 펠릿을 연료로 공급하고 버너에 의해 점화 연소시키되, 상기 펠릿의 연소 과정에서 발생하는 열원으로 본체 외부의 물 탱크에 저장되는 물을 가열한 후 배기 가스는 배기구를 통해 외부로 배출하는 구조로 이루어져 있다.

그러나 상기한 종래 펠릿 보일러는 펠릿의 연소 과정에서 배기 가스에 포함되어 있는 분진을 충분히 걸러주지 못하고 외부로 방출하므로서 대기 오염을 유발하는 문제점이 있었다.

또한, 상기 펠릿의 연소 과정에서 열이 과하게 되면 불티 등이 발생하여 배기구를 통해 외부로 방출되게 되는데, 이와 같은 불티로 인해 화재의 위험이 발생되는 문제점이 있었다.

특히, 상기 펠릿 보일러를 화재 위험 장소에 설치 사용하는 경우에 불티의 방출로 인한 화재의 위험은 더욱 심각하였다.

뿐만 아니라 종래 펠릿 보일러는 배기 가스의 배기 과정에서 열 교환 시간, 열 교환 체적을 충분히 확보하지 못한 상태에서 외부로 방출하므로 보일러의 효율이 극대화되지 못하는 한계를 갖고 있었다.

물론, 종래 펠릿 보일러에서 배기구에 사이클론 호퍼를 적용하여 배기 가스의 분진을 걸러주고 열 교환을 좀더 개선하는 기술이 일부 개시된 바 있으나 배기 가스의 일부 분진을 제거할 뿐 분진 및 불티의 효율적 제거가 곤란함은 물론 여전히 열 교환 시간이나 열 교환 체적을 충분히 확보하지 못하는 종래 펠릿 보일러의 문제점을 종합적으로 해결할 수 없는 한계를 갖고 있었다.

이에 종래 펠릿 보일러의 배출장치에서 배기 가스에 포함되어 있는 분진과 불티의 방출 문제, 그리고 열 효율 제고 문제를 종합적으로 해결할 수 있는 진보된 기술이 절실히 요구되었다.

특허문헌 1: 등록특허 제10-1355555호 특허문헌 2: 공개특허 제10-2013-104395호 특허문헌 3: 등록실용 제20-286421호

본 발명은 상기한 종래 기술이 갖는 제반 문제점을 해결하고자 발명된 것으로서, 펠릿 연소 후 배출되는 배기 가스의 분진과 불티가 사이클론 호퍼 및 배기구에 의해 안내 배출하는 과정에서 자동으로 걸러져 외부로 직접 방출되는 것을 방지하므로 환경 오염이나 화재 위험을 예방하고, 배기 가스의 충분한 열 교환 시간과 열 교환 체적을 확보하여 열 효율을 크게 향상시키도록 하는데 그 목적이 있다.

이러한 본 발명은 물 탱크 내부에 마련되는 연소실에서 버너 가열에 의해 펠릿을 연소시켜 발생하는 열원으로 물 탱크 내부의 열 교환실에 채워지는 물을 열 교환에 의해 가열하고 배기 가스는 외부로 배출하도록 구성하되; 상기 물 탱크 내부에는 원통형의 몸체로 형성하고 상부는 연소실과 연결되고 하부는 위에서 아래로 갈수록 직경이 좁아지는 경사 배출구와 상기 경사 배출구 하부에 분진을 집진하는 집진부를 형성하며 내부 중앙에 수직 배출관이 설치되는 사이클론 호퍼와, 상기 수직 배출관에 연결 설치되어 배기 가스를 배출 안내하는 배기구를 설치 구성하여 배기 가스의 분진과 불티가 외부로 방출되는 것을 방지하도록 구성함에 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면 상기 배기구는 수직 배출관 내부에 설치하되, 배기 가스를 분기시켜 배출 안내하는 분기관을 적어도 둘 이상 서로 이격되게 형성하여 상부 배기통에 연결하고, 상기 수직 배출관 내부에는 분기관 사이로 물 탱크의 열 교환실과 연통되는 열 교환 공간부를 형성하여 배기 가스를 분기 배출하면서 열 교환을 행하도록 구성함에 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면 상기 배기구는 수직 배출관 외부로 설치하되, 수직 배출관 상부에 수평 연결되는 제1 배기통과 상기 제1 배기통 하부에 수평 설치되는 제2 배기통 및 상기 제2 배기통 상부에 제1 배기통과 이격되게 수평 설치되는 제3 배기통을 마련하고 상기 제1,2,3 배기통을 적어도 둘 이상의 수직 분기관으로 서로 연결하여 배기 가스를 상하로 안내 배출하면서 열 교환을 행하도록 구성함에 그 특징이 있다.

이러한 본 발명은 물 탱크 내부에 연소실, 사이클론 호퍼 및 배기구를 집약 설치하여 펠릿 연소 후 배출되는 배기 가스의 분진과 불티가 사이클론 호퍼 및 배기구에 의해 안내 배출하는 과정에서 자동으로 걸러져 외부로 직접 방출되는 것을 방지하므로 환경 오염이나 화재 위험을 예방하고, 또한 물 탱크 내부의 물이 사이클론 호퍼 및 배기구에 의해 열 교환 시간과 열 교환 체적으로 충분히 확보하므로 열 효율을 종래 보다 크게 향상시키는 효과를 갖는 것이다.

즉, 종래 펠릿 보일러의 배출장치에서 배기 가스에 포함되어 있는 분진과 불티의 방출 문제, 그리고 열 효율 제고 문제를 종합적으로 해결하므로 펠릿 보일러의 신뢰성, 상품성을 크게 향상시키게 되는 것이다.

도 1은 본 발명 펠릿 보일러의 일 실시 예를 보여주는 정면 구성도.
도 2는 도 1의 요부 외관 사시도.
도 3은 도 1의 요부 확대 단면도.
도 4는 도 3의 작동도.
도 5는 본 발명 펠릿 보일러의 다른 실시 예를 보여주는 정면 구성도.
도 6은 도 5의 요부 확대 단면도.
도 7은 도 6의 작동도.

이하, 상기한 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보기로 한다.

본 발명 펠릿 보일러의 사이클론 방식 배출장치는 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이 물 탱크(10), 연소실(20), 사이클론 호퍼(30) 및 배기구(40)로 구성되어 이루어진다.

상기 물 탱크(10)는 내부에 연소실(20), 사이클론 호퍼(30) 및 배기구(40)를 집약 설치하고, 난방이나 온수로 사용하고자 하는 물을 저장하여 연소실(20), 사이클론 호퍼(30) 및 배기구(40)의 외 표면과 접촉에 의한 열 교환으로 가열하도록 열 교환실(12)을 형성하여 구성된다.

상기 연소실(20)은 일측에 펠릿을 공급하기 위한 연료 투입구(21)와 타측에 펠릿을 연소시키기 위한 버너 및 송풍기를 설치하는 버너 및 송풍기 설치구(22) 그리고 하측에 재 처리를 위한 재 처리구(23)를 형성하여 구성된다.

또한, 상기 연소실(20) 상부에는 열 교환관(25)을 적어도 하나 이상 수평 설치하되, 상기 열 교환관 내부로 열 교환실의 물이 순환되어 연소실 내부의 열원과 열 교환으로 가열하도록 구성된다. 이때 상기 열 교환관(25)은 열원과의 접촉 효율을 높이도록 상하로 서로 어긋나는 위치로 배열하도록 설치 구성된다.

상기 사이클론 호퍼(30)는 원통형의 몸체(31)로 형성하고 내부 중앙에 수직 배출관(35)을 삽입 설치하되, 상기 몸체(31) 상부는 연소실(20) 상부와 연결관(32)으로 연결하고 하부는 위에서 아래로 갈수록 직경이 좁아지는 경사 배출구(33)와 상기 경사 배출구 하부에 분진을 집진하는 집진부(34)를 형성하여 구성된다.

그리고 상기 배기구(40)는 수직 배출관(35)에 연결하여 배기 가스를 배출 안내하는 구성으로 보일러의 크기에 따라 사이클론 호퍼의 수직 배출구(33) 내부 또는 외부로 구분 설치하는데, 도 1,3 에 도시된 바와 같이 사이클론 호퍼의 수직 배출관(35) 내부로 집약 설치하여 컴팩트 사이즈로 구성하거나, 도 5,6에 도시된 바와 같이 수직 배출관(35)과 별도로 연결 설치하여 사이즈를 좀더 크게 확보하되 배기 가스의 체류 시간을 더 길게 확보하도록 구성할 수 있는 것이다.

즉, 도 1,3의 실시 예는 수직 배출관(35) 내부에 배기 가스를 분기시켜 배출 안내하는 분기관(41)을 적어도 둘 이상 서로 이격되게 형성하여 상부 배기통(42)에 연결하고, 상기 수직 배출관(35) 내부에는 분기관(41) 사이로 물 탱크의 열 교환실(12)과 연통되어 열 교환 공간부(43)를 형성하여 배기 가스를 분기 배출하면서 열 교환을 행하도록 구성된다.

또한, 도 5,6의 실시 예는 상기 수직 배출관(35) 상부에 수평 연결되는 제1 배기통(45)과 상기 제1 배기통 하부에 수평 설치되는 제2 배기통(46) 및 상기 제2 배기통 상부에 제1 배기통과 이격되게 수평 설치되는 제3 배기통(47)을 마련하고 상기 제1,2,3 배기통을 적어도 둘 이상의 수직 분기관(48)(48')으로 서로 연결하여 배기 가스를 상하로 안내 배출하면서 열 교환을 행하도록 구성된다.

이때, 상기 제3 배기통(47)의 일측 상부에는 최종 배기관(49)이 수직 설치되도록 구성된다.

상기 수직 분기관(48)(48')은 도면에서 제1,2,3 배기통(45)(46)(47)에 의해 상하로 2번 연결 설치되는 구조로 도시되어 있으나 상기 수직 분기관의 수효 및 상하로 반복하는 수효는 도면에서와 같이 한정되지 않고 상하로 3번이상 반복하여 안내 배출하도록 할 수 있으며 이와 같은 단순 구조 및 설치 수효의 변경 정도는 본 발명의 권리범위에 귀속됨을 밝혀둔다.

미 설명부호로서, 24는 연소실 내부 확인창, 45a는 개폐 뚜껑을 나타내는 것이다.

다음은 상기와 같이 구성되는 본 발명의 작동 및 작용에 대해 살펴보기로 한다.

먼저, 연료 투입구(21)를 통해 연소실(20) 내부로 펠릿을 공급하면서 버너 및 송풍기 설치구(22)에 설치되는 버너(미도시)에 의해 펠릿을 연소시키게 되는 것이다.

이와 같은 펠릿의 연소 과정에서 발생되는 열원에 의해 물 탱크(10) 내부의 열 교환실(12)로 채워지는 물을 열 교환에 의해 가열하게 되는 것이다.

특히, 상기 연소실(20) 상부에 다수의 열 교환관(25)이 수평 설치되어 열원과의 열 교환이 더 효과적으로 이루어지게 되는 것이다.

이와 같이 상기 연소실(20)의 펠릿 연소 과정에서 발생되는 열원과 함께 배기 가스는 연소실(20) 상부의 연결관(32)을 통해 사이클론 호퍼의 원통형 몸체(31) 상부로 배출 안내된다.

그리고 상기 배기 가스는 사이클론 호퍼의 원통형 몸체(31) 상부에서 내부 중앙의 수직 배출관(35)을 중심으로 회전하면서 하부로 하강하게 되는 것이다.

즉, 상기 배기 가스가 사이클론 호퍼의 원통형 몸체(31) 내부에서 사이클론 방식으로 안내 이동되면서 열 교환 시간을 충분히 확보하게 되는 것이다.

이 과정에서 배기 가스는 물 탱크 내부의 열 교환실(12)에 채워지는 물과 충분한 열 교환을 행하므로 열 효율을 높이게 됨은 물론 배기 가스에 포함되어 있는 불티 등이 제거되는 것이다.

그리고 배기 가스에 포함되어 있는 분진은 몸체(31) 하부의 경사 배출구(33)를 통해 하부 집진부(34)에 집진하여 수거하게 되는 것이다.

이와 같이 상기 사이클론 호퍼의 원통형 몸체(31)에서 하강 배출된 배기 가스는 다시 몸체(31) 내부 중앙의 수직 배출관(35)을 통해 상부로 배출 안내되는 것이다.

이때, 도 1 및 도 3의 경우에는 상기 수직 배출관(35) 내부로 다수의 분기관(41)이 설치되어 상기 분기관 하부에서 상부로 배기 가스가 분기 배출되고, 이 과정에서 물 탱크 내부의 열 교환실(12)에서 분기관(41) 사이의 열 교환 공간부(43)로 순환되는 물과 열 교환을 행하게 되는 것이다.

즉, 상기 수직 배출관(35) 내부의 열 교환 공간부(43)로 순환되는 물과 다수의 분기관(41)으로 분기되는 배기 가스가 충분한 열 교환 시간과 열 교환 체적을 확보하여 열 교환을 효과적으로 행하게 되는 것이다.

그리고 상기 분기관(41)을 거친 배기 가스는 상부 배기통(42)에서 모아 외부로 배출하게 되는 것이다.

또한, 도 5 및 도 6의 경우에는 상기 수직 배출관(35) 상부에 수평 연결되는 제1 배기통(45)과 상기 제1 배기통 하부에 수평 설치되는 제2 배기통(46) 및 상기 제 2 배기통 상부에 제1 배기통과 이격되게 수평 설치되는 제3 배기통(47)을 다수의 수직 분기관(48)(48')으로 서로 연결하여 상기 수직 배출관(35)으로 배출 안내되는 배기 가스가 제1 배기통(45)- 수직 분기관(48)- 제2 배기통(46)- 수직 분기관(48')- 제3 배기통(47)을 반복적으로 거쳐 최종 배기관(49)에서 외부로 배출하게 되는 것이다.

즉, 상기 제1,2,3 배기통(45)(46)(47), 수직 분기관(48)(48')을 통해 배출 안내되는 배기 가스가 충분한 열 교환 시간과 열 교환 체적을 확보하므로 열 교환을 더 효과적으로 행하게 되는 것이다.

이와 같이 상기 배기구(40)에 의해 배기 가스를 배출 안내하는 과정에서 충분한 열 교환 시간과 열 교환 체적을 확보하는 것에 의해 물 탱크 내부의 열 교환실(12)에 채워지는 물과 열 교환을 충분히 행한 후 외부로 방출하게 되는 것이다.

따라서, 본 발명은 물 탱크(10) 내부에 연소실(20), 사이클론 호퍼(30) 및 배기구(40)를 집약 설치하여 펠릿 연소 후 배출되는 배기 가스의 분진과 불티가 사이클론 호퍼(30) 및 배기구(40)에 의해 안내 배출하는 과정에서 자동으로 걸러져 외부로 직접 방출되는 것을 방지하므로 환경 오염이나 화재 위험을 예방하고, 또한 물 탱크(10) 내부의 물이 사이클론 호퍼(30) 및 배기구(40)에 의해 열 교환 시간과 열 교환 체적으로 충분히 확보하므로 열 효율을 종래 보다 크게 향상시키게 되는 것이다.

즉, 종래 펠릿 보일러의 배출장치에서 배기 가스에 포함되어 있는 분진과 불티의 방출 문제, 그리고 열 효율 제고 문제를 종합적으로 해결하게 되는 것이다.

10: 물 탱크 12: 열 교환실
20: 연소실 30: 사이클론 호퍼
31: 몸체 33: 경사 배출구
34: 집진부 35: 수직 배출관
40: 배기구 41: 분기관
42: 상부 배기통 43: 열 교환 고간부
45; 제1 배기통 46: 제2 배기통
47: 제3 배기통 48,48': 수직 분기관

Claims (3)

1. 삭제
2. (정정) 외부 케이스(10) 내부에 설치되는 연소실(20)에서 버너 가열에 의해 펠릿을 연소시켜 발생하는 열원과 배기 가스를 사이클론 호퍼와 배기구를 통해 외부로 배출하면서 외부 케이스 내부의 열 교환실(12)에 저장되어 있는 물과 열 교환을 행함과 동시에 분진을 집진 제거하는 펠릿 보일러의 사이클론 방식 배출장치에 있어서,
   상기 사이클론 호퍼(30)는 원통형의 몸체(31)로 형성하여 상부는 연소실(20)에 연결하고 하부는 경사 배출구(33)에 의해 집진부(34)를 연결 형성하며 내부 중앙에는 열 교환실과 연결되는 열 교환 공간부(43)를 갖는 수직 배출관(35)을 형성하되,
   상기 수직 배출관의 열 교환 공간부(43) 내부에는 적어도 둘 이상 서로 이격되는 다수의 분기관(41)을 상하로 형성한 배기구(40)를 설치하여 열원과 배기 가스가 사이클론 호퍼에서 나선형으로 하강한 후 분기관을 통해 다시 상승하면서 열 교환을 행하도록 하는 것을 특징으로 하는 펠릿 보일러의 사이클론 방식 배출장치.
   
3. 삭제

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