KR101852908B1 - 이동식 화격자가 구비된 펠릿보일러 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공급된 펠릿연료가 하향 이동하여 연소시키는 이동식 화격자가 구비된 펠릿보일러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고정화격자 상부에 전/후 방향으로 이동하는 이동화격자를 설치하여 연소중인 펠릿연료를 하향 이동시킴과 동시에 완전연소가 이루어진 재는 연소부에서 지속적으로 배출하도록 함으로써, 연소부의 내구성은 물론, 연소성능을 최상의 상태로 유지할 수 있는 이동식 화격자가 구비된 펠릿보일러에 관한 것이다.

Description

이동식 화격자가 구비된 펠릿보일러{Pellet boiler having mobile fire grate}
본 발명은 공급된 펠릿연료가 하향 이동하여 연소시키는 이동식 화격자가 구비된 펠릿보일러에 관한 것이다.
일반적으로 목재 펠릿 보일러에 사용되는 고형연료는 초본계(Bio-SRF)인 목재재료를 펠릿(pellet) 형태의 고형연료로 성형하여 사용하는 것으로, 화석 연료에 비해 열효율이 상대적으로 낮다는 단점이 있지만, 구조가 간단하고 연료비가 저렴하며 친환경적이라는 장점이 있으며, 근래에는 환경오염 등의 이유로 완전연소가 가능한 초본계 연료를 사용하고 있다.
이러한 초본계 연료를 사용하는 펠릿보일러는 크게 등록특허 제10-1346914호(공고일:2014.01.02)인 건 타입 버너와 등록특허 제10-1394254호(공고일:2014.05.13)인 도가니 타입의 버너로 이루어져 있다.
그러나, 이러한 종래의 건 타입이나 도가니 타입의 버너는 연소시에 지속적으로 재의 배출이 어려운 형태로 이루어져 있어 잦은 고장이나 내구성이 저하되는 문제점이 있다.
즉, 연소하는 초본계 연료의 종류에 따라 연소한 이후에 가루 형태로 남는 재나 슬러지(클링크) 발생률이 크게 수십 배에 차이를 나타내고 있어 종래의 버너 타입들은 특성 초본계 연료를 사용하여야 하는 불편함을 초래하는 것이다.
아울러 종래의 버너 타입은 재의 배출이 용이하지 못하다 보니 연소성능이 저하되는 문제점도 안고 있다.
본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로, 초본계 펠릿연료의 종류에 상관없이 연소시에 지속적으로 재의 배출을 실시하여 버너의 성능을 유지함과 동시에 연소성능을 최상의 상태로 유지할 수 있는 펠릿보일러를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 이동식 화격자가 구비된 펠릿보일러는 열교환을 이루고자 하는 수실이 형성된 하우징부와, 상기 하우징부에 적층 구조로 이동 및 고정설치되되 연소중인 펠릿연료를 단계별로 하향이동시킬 수 있도록 설치되는 연소부와, 상기 하우징부에 상기 펠릿연료가 저장가능하도록 설치되되 상기 연소부에 저장된 상기 펠릿연료를 일정량씩 공급하는 공급부 및 상기 하우징부, 상기 연소부 및 상기 공급부 중 적어도 어느 하나를 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 연소부는 내부에 설치공간부가 형성된 가이드 브라킷, 상기 가이드 브라킷 후방에 판 형상을 갖도록 고정설치되되 상기 펠릿연료가 배출되는 노출공이 형성된 플레이트, 판 형상을 갖되 상기 설치공간부에 수직방향으로 서로 이웃하게 다수 고정설치되는 고정화격자, 판 형상을 갖되 각각의 상기 고정화격자 사이에 이동가능하게 다수 설치되어 연소중인 상기 펠릿연료를 하향이동시키는 이동화격자, 다수의 상기 이동화격자를 왕복 이동시키는 액츄에이터, 상기 플레이트 외부로 노출형성되어 상기 노출공을 통해 공급된 상기 펠릿연료를 착화시키는 착화수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 공급부는 다수의 상기 이동화격자 중 최상부에 위치하는 상기 이동화격자 상면에 상기 펠릿연료를 최초 공급하여 상기 착화수단에 의해 착화될 수 있도록 하며, 상기 착화수단은 히터인 것이 바람직하다.
또한 상기 고정화격자, 상기 이동화격자 및 상기 가이드 브라킷 중 적어도 어느 하나에는 상기 펠릿연료의 완전연소에 필요한 에어가 공급되는 에어공이 다수 천공형성된 것이 바람직하다.
또한 상기 엑츄에이터는 다수의 상기 이동화격자와 결합하여 동시적으로 이동시키기 위한 연결브라킷을 포함하되, 상기 연결브라킷 상부에는 상기 이동화격자 하부에 형성된 결합홈와 서로 탈부착 가능하게 끼움 결합하는 결합봉이 다수 형성된 것이 바람직하다.
또한 상기 하우징부는 내부에 수실이 구비되는 열교환기 몸체와, 상기 열교환기 몸체의 상부에 구비된 상부 챔버와, 상기 열교환기 몸체의 하부에 구비된 하부 챔버,와, 상기 수실에 노출되도록 설치되어 1차 열교환이 이루어지며, 상기 연소부에서 발생한 연소가스를 상측으로 유도하여 상기 상부 챔버로 안내하는 화실과, 상기 수실에 노출되도록 설치되어 2차 열교환이 이루어지며, 상기 상부 챔버와 하부 챔버에 연결 설치되되, 상기 연소가스를 하측으로 유도하도록 하향 경사지게 설치된 패스관 및 상기 수실에 노출되도록 설치되어 3차 열교환이 이루어지며, 각각 상기 하부 챔버와 상기 상부 챔버 사이에 연결 설치된 다수개의 열교환 연관을 포함하되, 상기 연소가스는 화실을 따라 상승하며 1차 열교환을 하고, 상기 패스관에 의해 하측으로 방향 전환을 하면서 2차 열교환을 하며, 상기 열교환 연관을 따라 상승하며 3차 열교환을 한 후 배기되는 것이 바람직하다.
또한 상기 화실의 개방된 하부에는 상기 펠릿연료의 완전연소를 위한 연소촉진링을 포함하되, 상기 연소촉진링은 상/하부가 개방되되 내부에 소정지름을 갖는 중공부가 형성된 관 형상의 수집체, 상기 수집체 내벽에 형성되되 상기 중공부의 지름보다 더 작은 지름을 갖도록 돌출형성된 턱부, 상기 수집체 외면에 띠 형상을 갖도록 형성된 공기흡입홈, 일측이 상기 공기흡입홈과 연통되되 완전연소에 필요한 에어를 공급하는 유입관, 일단이 상기 공기흡입홈과 연통되되 타단은 상기 턱부까지 천공형성되어 상기 유입관을 통해 공급된 에어를 상기 수집체 내부에 유입될 수 있도록 천공형성된 공기유입공을 포함하는 것이 바람직하다.
또한 상기 공급부는 상기 펠릿연료가 저장되는 호퍼, 상기 호퍼에서 공급된 상기 펠릿연료를 회전에 의해 이동시키는 파쇄스크류 및 상기 파쇄스크류를 통해 공급된 상기 펠릿연료를 회전에 의해 상기 연소부에 일정량씩 공급하는 이송스크류를 포함하되, 상기 파쇄스크류의 날개 간격은 상기 이송스크류의 날개 간격보다 더 좁게 형성하여 상기 호퍼에서 공급된 상기 펠릿연료가 파쇄되어 상기 이송스크류에 공급될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 종래와는 차별적으로 고정화격자 상부에 전/후 방향으로 이동하는 이동화격자를 설치하여 연소중인 펠릿연료를 하향 이동시킴과 동시에 완전연소가 이루어진 재는 연소부에서 지속적으로 배출하도록 함으로써, 연소부의 내구성은 물론, 연소성능을 최상의 상태로 유지할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 이동식 화격자가 구비된 펠릿보일러를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 이동식 화격자가 구비된 펠릿보일러의 화실 내부를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 이동식 화격자가 구비된 펠릿보일러의 연소부 도면.
도 4는 도 3에 대한 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 이동식 화격자가 구비된 펠릿보일러의 액츄에이터를 나타낸 도면.
도 6은 도 3에 대한 연소부의 펠릿연료가 연소하는 모습을 도시한 도면.
도 7a 내지 도 7d은 본 발명에 따른 이동식 화격자가 구비된 펠릿보일러의 연소부 작용관계도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동식 화격자가 구비된 펠릿보일러(이하, 간략하게 '펠릿보일러'라 한다)에 대하여 상세히 설명한다.
먼저, 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 펠릿보일러(1)는 크게 하우징부(100), 연소부(200) 및 공급부(300)를 포함하는 구성으로 이루어져 있으며, 설명하고자 하는 하우징부(100), 연소부(200) 및 공급부(300)는 하우징부(100)에 설치되는 제어판(미도시)과 그 제어판을 유/무선통신에 의해 제어하는 조절기(미도시)를 사용하는 통상의 제어부(400)를 통해 사용자 설정에 따라 연소할 수 있도록 하는 것으로, 본 발명의 요지를 흐리지 않도록 제어부(400)에 관한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
더욱 상세히 설명하면, 상기 하우징부(100)는 후술하는 연소부(200) 및 공급부(300)가 설치되되 연소시에 응축수의 발생을 방지하며, 복수 회에 걸쳐 열교환을 이루어 열교환 효율을 향상하고자 하는 구성으로 열교환기 몸체(110), 상부 챔버(120), 하부 챔버(130), 화실(140), 패스관(150), 열교환 연관(160) 및 공급챔버(170)를 포함한다.
이때, 열교환기 몸체(110)는 그 내부에 수실(WT)이 구비되는 것으로, 공급부(300)에서 목재와 같은 초본계의 펠릿연료(P)를 공급받아 연소부(200)를 통해 연소시키면 수실(WT)을 통과하는 저온수는 연소시 발생한 열원과 열교환을 한다.
상부 챔버(120) 및 하부 챔버(130)는 각각 열교환기 몸체(110)에 구비된 수실(WT)의 상/하부에 설치되는 것으로, 각각 연소부(200)에서 발생한 연소가스가 열교환기 몸체(110) 내에서 유동 방향을 바꾸도록 안내한다.
아울러 상부 챔버(120)와 하부 챔버(130)은 각각 전체적으로 속이 빈 함 형상을 갖는 제1 및 제2 상부챔버(121,123)와 제1 및 제2하부 챔버(131,133)을 포함하는 구성으로 이루어진다.
제1 상부 챔버(121)는 하부가 화실(140)의 상부 및 패스관(150) 상부와 각각 연결되어 제1 하부 챔버(131) 내에서 발생한 연소가스가 화실(140)을 통해 수집되어 패스관(150) 내부로 이동할 수 있도록 한다.
제2 상부 챔버(123)는 하부가 열교환 연관(160) 상부와 연통하도록 설치되며, 패스관(150)으로 유입되는 연소가스가 제2 하부 챔버(133)를 통해 열교환 연관(160)으로 이동할 수 있게 연소가스를 흡입하는 배풍기가 설치된다.
제1 하부 챔버(131)는 내부에 연소부(200)가 연소할 수 있는 공간을 형성하되 상부는 화실(140) 하부와 연통되게 설치되어 배풍기의 흡입력에 의해 연소가스가 화실(140)을 통해 제1 상부 챔버(121)로 이동할 수 있도록 하며, 연소부(200)를 통해 완전연소가 이루어진 펠릿연료의 재(S)가 1차적으로 수집될 수 있는 공간을 제공한다.
이때, 도시하지는 않았으나, 제1 하부 챔버(131)에는 수집된 재를 열교환 몸체(110) 외부로 배출할 수 있는 도어(미도시)가 형성되는 것이 바람직하며, 이는 후술하는 제2 하부 챔버(133)에도 동일한 구성이 적용될 수 있다.
제2 하부 챔버(133)는 상부가 패스관(150) 하부 및 열교환 연관(160) 하부와 각각 내부와 연통되게 설치되며, 패스관(150) 또는 열교환 연관(160) 내에 이동하는 연소가스에 포함된 재(S)가 2차적으로 수집될 수 있도록 한다.
따라서, 열교환기 몸체(110) 내에 존재하는 수실(WT)은 제1 하부 챔버(131)과 제1 상부 챔버(121) 사이에 화실(140)을 통하여 이동하는 연소가스는 약 1000℃ 이상의 온도를 유지한 채로 이동하여 1차 열교환이 이루어지되 상기 제1 상부 챔버(121)과 제2 하부 챔버(133) 사이의 패스관(150)을 통해 이동하는 700℃ 이상 800℃ 이하의 연소가스에 의해 2차 열교환이 이루어지며, 상기 제2 하부 챔버(133)와 제2 상부 챔버(123) 사이의 열교환 연관(160)을 통해 이동하는 약 300~600℃를 유지하는 연소가스로 3차 열교환이 순차적으로 이루어지게 되는 것이다.
화실(140), 패스관(150) 및 열교환 연관(160)은 연소가스가 유동하는 이동로를 제공하는 것으로, 연소가스와 수실(WT)의 저온수 사이에 열교환이 이루어지게 하며, 이들을 통해 상술한 1차 내지 3차 열교환이 순차적으로 이루어진다.
특히, 본 발명은 화실(140)과 열교환 연관(160) 사이에 설치된 패스관(150)을 이용하여 연소가스 온도의 과도한 저하를 억제한다. 따라서, 설비 사이즈가 커지는 것을 방지하면서도 응축수의 발생을 방지하고 열효율을 높인다.
또한, 본 발명은 하향 경사진 패스관(150) 하부는 제2 하부 챔버(133)에 연결된다. 따라서, 제1 상부 챔버(121)에서 연소가스의 유동 방향이 바뀌면서 재가 분리되어 제2 하부 챔버(133)에 수집되므로 펠릿 연료의 연소시 발생한 재를 더욱 확실하게 분리 수거하여 열교환기 몸체(110) 외부로 배출될 수 있도록 함으로써, 환경오염을 방지하는 효과를 갖게 된다.
열교환기 몸체(110)는 그 내부에 수실(WT: water tank)이 구비된다. 수실(WT)은 열교환기 몸체(110) 내부의 공간을 이용하여 형성되며, 후술하는 화실(140), 패스관(150) 및 열교환 연관(160)은 각각 수실(WT)에 노출된다.
아울러 도시하지는 않았으나, 열교환기 몸체(110)에는 통상 수실 내부로 열교환을 이루고자 하는 저온수(직수 또는 난방환수)가 공급되는 유입구 및 열교환이 이루어진 고온수가 배출되는 배출구가 형성된다.
화실(140)은 열교환기 몸체(110) 내부에 구비된 수실(WT)에 노출되도록 설치되어 연소가스와 저온수 사이에 1차 열교환이 이루어지며, 이때 연소부(200)에서 발생한 연소가스를 상측으로 유도하여 제1 상부 챔버(121)로 안내한다.
이를 위해, 화실(140)은 소정의 높이를 갖는 기둥 형상을 가지며, 열교환기 몸체(110)의 형상에 따라 원 기둥(원통) 혹은 사각 기둥 등의 형상이 사용된다. 또한 열전도성이 높은 재질을 사용하여 열교환율을 높인다.
아울러 도 2를 참조하면 화실(140)은 그 하단 개구(즉, 열원 유입측)에는 연소부(200)를 통해 펠릿연료(P)가 연소시 그 화염을 모아 완전연소에 도움을 주는 연소촉진링(180)이 더 구비될 수 있으며, 그 구성은 수집체(181), 공기유입홈(183) 및 공기유입공(185)을 포함하는 구성으로 이루어진다.
수집체(181)는 연소부(200)의 화염이 내부에 모아질 수 있게 소정지름을 갖는 중공부를 형성하되 상/하부가 개방된 원기둥의 관 형상으로 이루어진다.
이때, 수집체(181) 내면에는 화염이 용이하게 모아질 수 있게 개방된 상/하부 지름보다 더 작은 지름을 갖는 턱부(181a)가 형성되는 것이 바람직하다.
공기유입홈(183)은 수집체(181) 외면에 띠 형태의 홈(furrow) 형상으로 형성되며, 열교환기 몸체(110) 내에 설치된 유입관(187)과 연통되게 설치되어 공기유입홈(183)에 전체적으로 공기가 유입될 수 있도록 한다.
공기유입공(185)은 일단이 공기유입홈(183) 내벽에서 턱부(181a)까지 이어지도록 수집체(181)에 방사상으로 다수 천공형성되며, 유입관(187)을 통해 공기가 수집체(181) 내부로 유입될 수 있도록 하여 완전연소에 필요한 공기를 공급할 수 있도록 한다.
이때, 공기유입공(185)은 일 방향으로 경사지게 형성되어 수집체(181) 내부로 유입되는 공기가 토네이도(tornado) 형태를 갖도록 유입되어 모아진 화염이 화실(140)의 길이방향으로 연장되어 열교환 효율을 높일 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
패스관(150)은 화실(140)과 열교환 연관(160) 사이에 설치되어 화실(140)에서 배출된 연소가스가 열교환 연관(160)으로 공급되도록 연소가스의 유동을 안내한다.
다시 도 1을 참조하면 패스관(150)은 수실(WT)에 노출되도록 설치되어 2차 열교환이 이루어지며, 제1 상부 챔버(121)와 제2 하부 챔버(133) 사이에 연결 설치되되, 연소가스를 하측으로 유도하도록 하향 경사지게 설치된다.
즉, 패스관(150)의 상측 개구는 제1 상부 챔버(121)에 연결되고, 하측 개구는 제2 하부 챔버(133)에 연결됨으로써, 화실(140)을 따라 상승한 연소가스를 다시 하강시켜 제2 하부 챔버(133)로 안내한다.
바람직한 실시예로써 패스관(150)에는 후술할 열교환 연관(160)과 다르게 열교환핀(혹은 배플판)이 없으며 단면이 사각 또는 원형 형상인 적어도 1개의 관이 사용된다. 다만, 열교환을 위해 열전도율이 높은 금속 재질의 관이 사용된다.
이러한 패스관(150)은 열교환 연관(160)에 보조하여 사용되는 것으로, 열교환 연관(160)에 비해 상대적으로 열교환율을 낮게 함으로써 연소가스가 노점(dew point) 온도 이하로 내려가는 것을 방지하기 위해 사용된다.
즉, 패스관(150)에서의 열교환을 통해 열효율이 낮아지는 것을 방지하면서도 열교환기 몸체(110)의 수실(WT)에 채워진 저온수의 온도를 다소 높임으로써 열교환 연관(160)을 따라 유동하는 연소가스의 과도한 온도 저하를 방지한다.
이를 통해 본 발명은 열교환 연관(160)에서의 응축수 발생을 방지하고, 응축수 발생에 의해 펠릿연료의 재가 열교환 연관(160) 내부에 부착되어 열교환율이 저하되는 것 역시 방지한다.
나아가, 본 발명은 패스관(150)을 연소가스의 유동 경로를 기준으로 하향 경사지게 설치함으로써, 연소가스가 하부 챔버(130)에서 열교환 연관(160)으로의 방향 전환을 쉽게 한다. 따라서, 연소가스와 재의 분리가 잘 이루어지게 한다.
다만, 상술한 패스관(150)의 직경과, 경사 각도 및 단면 형상은 패스관(150)을 통과한 연소가스가 열교환 연관(160)에 유입시 700℃ 이상 800℃ 이하를 유지하도록 조절되는 것이 바람직하다.
만약 700℃ 미만이면 열교환 연관(160) 내부에서 응축수가 발생하기 쉽고, 반대로 800℃ 초과인 경우에는 열교환 연관(160)에서 3차 열교환을 하더라도 충분한 열회수가 이루어지지 않기 때문이다.
열교환 연관(160)은 열교환기 몸체(110)의 수실(WT)에 노출되도록 설치되어 3차 열교환이 이루어지며, 다수개의 열교환 연관(160)은 제2 하부 챔버(133)와 제2 상부 챔버(123) 사이에 다수 설치되어 각각 독립적으로 연소가스가 상승할 수 있도록 하여 수실과 3차 열교환을 이룬 후, 배풍기에 의해 연소가스가 배출될 수 있도록 한다.
도시된 바와 같이, 다수개의 열교환 연관(160)은 내부에는 각각 열교환핀(161)(혹은 그와 유사한 기능을 하는 배플판을 포함)이 구비되어 있고, 열교환기 몸체(110) 내부의 수실(WT)에 격자 패턴으로 배치되어 전열면적을 최대로 한다.
따라서, 본 발명은 패스관(150)에 의해 저온수와 연소가스의 온도차이를 크게 하여 응축수의 발생을 방지하면서도, 패스관(150) 단독으로는 충분한 열교환 효과를 제공하지 못하는 부분을 다수개의 열교환 연관(160)에 의해 보상하게 된다.
이때, 각각의 열교환 핀(161)은 열교환기 몸체(110) 외부에 설치된 청소봉(163)과 일체로 열교환 연관(160) 내에서 승강 가능하게 설치되어 그 승강에 따라 상기 열교환 연관(160) 내벽에 고착되는 슬러지를 제거할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
공급챔버(170)는 하부가 제1 하부 챔버(131)과 연통되게 열교환기 몸체(110) 측면에 형성되며, 상부는 펠릿연료(P)가 공급가능하도록 외부와 연통되게 공급부(300)가 설치되고, 하부에는 연소부(200)가 제1 하부 챔버(131)과 연통되게 설치된다.
그리고, 상기 연소부(200)는 도 3 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 공급부(300)를 통해 일정량씩 공급되는 펠릿연료(P)를 연소시키되 연소시에 펠릿연료(P)가 단계별로 하향 이동하여 연소할 수 있도록 하기 위한 구성으로 가이드 브라킷(210), 고정화격자(220), 이동화격자(230), 액츄에이터(240) 및 착화수단(250)을 포함하는 구성으로 이루어진다.
가이드 브라킷(210)은 내부에 설치공간부(211)가 형성될 수 있게 전체적으로 'ㄷ'자 형상을 갖도록 제1 하부 챔버(131) 내에 노출되도록 고정설치된다.
이때, 가이드 브라킷(210) 후방에는 제1 하부 챔버(131) 내벽에 고정설치될 수 있도록 판 형상의 플레이트(213)가 구비되며, 플레이트(213) 상부에는 이동화격자(230) 상부에 펠릿연료(P)를 공급하는 공급부(300)의 구성인 이송스크류(323)가 구비되는 노출공(215)이 형성되고, 하부에는 다수의 이동화격자(230)가 액츄에이터(240)에 의해 전/후 방향으로 왕복 이동할 수 있는 관통공이 형성된다.
설치공간부(211)에는 다수의 고정화격자(220)가 서로 이격되게 고정설치됨과 동시에 가이드 브라킷(210)의 측벽을 따라 액츄에이터(240)를 통해 이동화격자(230)가 전/후 방향으로 왕복 이동할 수 있도록 한다.
가이드 브라킷(210) 및 플레이트(213)에는 캐스터블(castable refractory) 등과 같은 내화재료로 내화벽을 형성하여 연소시에 발생하는 열에 의해 파손되는 것을 방지한다.
고정화격자(220)는 전체적으로 판 형상을 갖되 설치공간부(211) 내에 수직방향으로 서로 이웃하게 다수 이격 설치되어 그 사이에 이동화격자(230)가 이동할 수 있게 상기 이동화격자(230)와 적층 구조로 설치된다.
고정화격자(220)는 이동화격자(230)가 이동시에 연소하는 펠릿연료(P)가 단계별로 하향이동하여 최종적으로는 제1 하부 챔버(131) 바닥에 재로 수집될 수 있도록 각각의 끝단이 수직선상으로 서로 일치하지 않게 고정설치된다(도 4 참조).
아울러 본 발명에서의 고정화격자(220)는 일 예로, 설치공간부(211)에 그 끝단이 수직선상으로 일치하지 않게 다수(3개)가 구비되되 그 중 최하단에 위치한 고정화격자(220) 하면이 가이드 브라킷(210)의 바닥면과 접하지 않게 이격 설치된 것으로 도시하였으나 이는 하나의 실시예에 불과하며 연소하고자 하는 펠릿연료(P)의 공급량이나 펠릿보일러(1)의 용량에 따라 더 많은 수로 설치될 수 있음에 유의한다.
이동화격자(230)는 예컨대 상술한 고정화격자(220)와 동일 형상으로 이루어지되 도시한 바와 같이, 고정화격자(220)들 사이 및 고정화격자(220)와 가이드 브라킷(210)의 바닥면 사이에서 액츄에이터(240)를 통해 왕복 이동할 수 있도록 설치된다.
이때, 이동화격자(230) 하부에는 결합봉(243)과 탈부착 가능하게 결합하는 결합홈(231)이 형성되어 유지보수가 용이하게 하는 것이 바람직하다.
아울러 이동화격자(230)는 물론, 상술한 고정화격자(220)나 가이드 브라킷(210)에는 펠릿연료(P)의 연소에 필요한 에어가 유입될 수 있도록 다수의 에어공이 천공형성되는 것이 바람직하다.
또한 이동화격자(230)의 이동거리는 상부에서 연소중인 펠릿연료(P)가 플레이트(213) 또는 고정화격자(220) 전면에 걸려 하향 이동할 수 있을 정도의 거리를 갖도록 한다.
나아가 가이드 브라킷(210)에 다수 설치된 이동화격자(230) 중 최상부에 위치한 이동화격자(230) 상부에는 공급부(300)를 통해 배출되는 펠릿연료(P)가 안착하여 착화수단(250)에 의해 용이하게 착화할 수 있도록 한다.
액츄에이터(240)는 플레이트(213) 후방에 위치하도록 설치되되 인장축은 다수의 이동화격자(230) 후방과 일체 결합하는 연결브라킷(241)과 결합하여 인장축의 진행방향에 따라 전/후 방향으로 이동화격자(230)를 이동시킨다.
아울러 연결브라킷(241) 상부에는 이동화격자(230) 하부에 형성된 결합홈(231)과 끼움 결합하는 결합봉(243)이 다수 형성된다.
이때, 결합홈(231)은 이동화격자(230) 하부에 길이방향으로 서로 이웃하게 다수 형성되어 액츄에이터(240)로 이동할 수 있는 이동화격자(230)의 이동거리를 제어하도록 하는 것이 바람직하다.
착화수단(250)은 공급부(300)를 통해 이동화격자(230) 상부로 공급된 펠릿연료(P)를 착화하여 연소할 수 있도록 하기 위한 구성이다.
착화수단(250)은 일 예로 히터가 사용될 수 있으며, 플레이트(213) 외부로 노출되어 이동화격자(230)에 공급된 펠릿연료(P)를 착화한다.
상술한 연소부(200)의 이해를 돕기 위해 도면을 참조하여 그 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 7a 내지 도 7d에 도시한 바와 같이, 액츄에이터(240)을 전진시켜 다수의 이동화격자(230)가 고정화격자(220) 상부에 위치하도록 이동시킨 상태에서 이송스크류(323)가 회전하면 노출공(215)을 통해 펠릿연료(P)가 이동화격자(230) 상부에 공급될 수 있도록 한다.
이때, 펠릿연료(P)는 가이드 브라킷(210)에 설치된 다수의 이동화격자(230) 중 최상부에 위치한 이동화격자(230) 상면에 공급될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
다음으로 착화수단(250)으로 공급된 펠릿연료(P)를 착화하고 일정시간 연소할 수 있도록 대기하며, 액츄에이터(240)를 후진시켜 이동화격자(230) 상부에서 연소중인 펠릿연료(P)가 플레이트(213) 외면에 걸려 상기 이동화격자(230) 하부에 위치하는 고정화격자(220) 상면에 안착하여 또다시 일정시간 연소할 수 있도록 한다.
그 후, 액츄에이터(240)는 다시 전진하여 이동화격자(230)를 전방으로 이동시켜 고정화격자(220) 상부에 위치하도록 하고, 노출공(215)에서는 펠릿연료(P)를 재공급함과 동시에 연소중인 펠릿연료의 불번짐에 의해 기 착화되어 열교환에 필요한 연소가스를 지속적으로 공급할 수 있게 된다.
이때, 이동화격자(230)의 이동을 통해 고정화격자(220) 상면에서 연소중인 펠릿연료(P)는 상기 이동화격자(230) 전면에 밀려 다음 고정화격자(220) 상면에 안착하여 연소될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이와 같은 순서를 반복적으로 실행하여 연소부(200)는 열교환기 몸체(110) 내에서 지속적인 펠릿연료(P)의 연소와 더불어 고온의 연소가스를 화실(140)로 공급할 수 있게 되며, 연소 이후에 재로 변한 펠릿연료는 제1 하부 챔버(131) 바닥면으로 수집되어 작업자에 의해 열교환기 몸체(110) 외부로 배출된다.
아울러 본 발명에 따른 연소부(200)는 공급되는 펠릿연료(P)가 고정화격자(220) 또는 이동화격자(230) 상부에 일정량씩 공급 또는 연소하여 이동하는 것으로 도시되어 있으나 실제 사용시에는 도 5에 도시한 바와 같이, 펠릿연료(P)는 모든 화격자 상부에 덮인 상태에서 연소될 수 있음에 유의한다.
다시 도 1을 참조하면 상기 공급부(300)는 제어부(400)의 제어에 따라 연소부(200)에 일정량의 펠릿연료(P)를 지속적으로 공급할 수 있도록 하기 위한 구성으로 호퍼(310) 및 스크류(320)를 포함한다.
호퍼(310)는 상/하부가 개방된 함 형상으로 이루어지며, 공급챔버(170) 내부에 고정설치된다.
이때, 호퍼(310)는 개방된 상부 또는 열교환기 몸체(110) 외부에 회전가능하게 설치된 도어를 통해 개폐되어 호퍼(310) 내부에 펠릿연료(P)를 공급할 수 있도록 설치되는 것이 바람직하다.
스크류(320)는 제1 및 이송스크류(321,323)를 포함하는 한 쌍으로 구성되되 파쇄스크류(321)는 호퍼(310) 하부와 연통되게 설치되어 펠릿연료(P)를 공급받으며, 이송스크류(323)는 파쇄스크류(321) 내부와 연통되게 설치되어 노출공(215)을 통해 펠릿연료(P)를 연소부(200)로 공급할 수 있도록 설치된다.
물론, 본 발명에서의 스크류(320)는 한 쌍으로 구비되어 연소부(200)에 펠릿연료(P)를 공급할 수 있게 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예이며 필요에 따라 하나의 스크류를 사용하여 연소부(200)에 펠릿연료(P)를 공급하도록 하는 것도 가능하다.
이때, 한 쌍의 스크류(320)는 도시한 바와 같이, 모터(미도시)와 연결된 체인(325)에 의해 동시적으로 회전할 수 있도록 설치되며, 파쇄스크류(321)에 형성된 날개 간의 간격은 이송스크류(323)에 형성된 날개 간의 간격보다 더 좁게 형성하여 공급된 초본계 펠릿연료의 굵기 등에 구애받지 않고 파쇄스크류(321)에 의해 파쇄되어 이송스크류(323)에 의해 연소부(200)로 이송될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 펠릿보일러(1)는 종래와는 차별적으로 고정화격자(220) 상부에 전/후 방향으로 이동하는 이동화격자(230)를 설치하여 연소중인 펠릿연료(P)를 하향 이동시킴과 동시에 완전연소가 이루어진 재는 연소부(200)에서 지속적으로 배출하도록 함으로써, 연소부(200)의 내구성은 물론, 연소성능을 최상의 상태로 유지할 수 있는 효과를 갖는다.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
1: 본 발명에 따른 이동식 화격자가 구비된 펠릿보일러
100: 하우징부 110: 열교환기 몸체
120: 상부 챔버 121: 제1 상부 챔버
123: 제2 상부 챔버 130: 하부 챔버
131: 제1 하부 챔버 133: 제2 하부 챔버
140: 화실 150: 패스관
160: 열교환 연관 161: 열교환 핀
163: 청소봉 170: 공급챔버
180: 연소촉진링 181: 수집체
183: 공기유입홈 185: 공기유입공
187: 유입관 200: 연소부
210: 가이드 브라킷 211: 설치공간부
213: 플레이트 215: 노출공
220: 고정화격자 230: 이동화격자
231: 결합홈 240: 액츄에이터
241: 연결브라킷 243: 결합봉
250: 착화수단 300: 공급부
310: 호퍼 320: 스크류
321: 파쇄스크류 323: 이송스크류
325: 체인 400: 제어부
P: 펠릿연료 WT: 수실

Claims (7)

  1. 열교환을 이루고자 하는 수실(WT)이 형성된 하우징부(100);
    상기 하우징부(100)에 적층 구조로 이동 및 고정설치되되 연소중인 펠릿연료(P)를 단계별로 하향이동시킬 수 있도록 설치되는 연소부(200);
    상기 하우징부(100)에 상기 펠릿연료(P)가 저장가능하도록 설치되되 상기 연소부(200)에 저장된 상기 펠릿연료(P)를 일정량씩 공급하는 공급부(300); 및
    상기 하우징부(100), 상기 연소부(200) 및 상기 공급부(300) 중 적어도 어느 하나를 제어하는 제어부(400);를 포함하되,
    상기 연소부(200)는,
    내부에 설치공간부(211)가 형성된 가이드 브라킷(210), 상기 가이드 브라킷(210) 후방에 판 형상을 갖도록 고정설치되되 상기 펠릿연료(P)가 배출되는 노출공(215)이 형성된 플레이트(213), 판 형상을 갖되 상기 설치공간부(211)에 수직방향으로 서로 이웃하게 다수 고정설치되는 고정화격자(220), 판 형상을 갖되 각각의 상기 고정화격자(220) 사이에 이동가능하게 다수 설치되어 연소중인 상기 펠릿연료(P)를 하향이동시키는 이동화격자(230), 다수의 상기 이동화격자(230)를 왕복 이동시키는 액츄에이터(240), 상기 플레이트(213) 외부로 노출형성되어 상기 노출공(215)을 통해 공급된 상기 펠릿연료(P)를 착화시키는 착화수단(250)을 포함하고,
    상기 하우징부(100)는,
    내부에 수실(WT)이 구비되는 열교환기 몸체(110); 상기 열교환기 몸체(110)의 상부에 구비된 상부 챔버(120); 상기 열교환기 몸체(110)의 하부에 구비된 하부 챔버(130); 상기 수실(WT)에 노출되도록 설치되어 1차 열교환이 이루어지며, 상기 연소부(200)에서 발생한 연소가스를 상측으로 유도하여 상기 상부 챔버(120)로 안내하는 화실(140); 상기 수실(WT)에 노출되도록 설치되어 2차 열교환이 이루어지며, 상기 상부 챔버(120)와 하부 챔버(130)에 연결 설치되되, 상기 연소가스를 하측으로 유도하도록 하향 경사지게 설치된 패스관(150); 및 상기 수실(WT)에 노출되도록 설치되어 3차 열교환이 이루어지며, 각각 상기 하부 챔버(130)와 상기 상부 챔버(130) 사이에 연결 설치된 다수개의 열교환 연관(160);을 포함하고,
    상기 연소가스는 화실(140)을 따라 상승하며 1차 열교환을 하고, 상기 패스관(150)에 의해 하측으로 방향 전환을 하면서 2차 열교환을 하며, 상기 열교환 연관(160)을 따라 상승하며 3차 열교환을 한 후 배기되는 것을 특징으로 하는 이동식 화격자가 구비된 펠릿보일러.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공급부(300)는 다수의 상기 이동화격자(230) 중 최상부에 위치하는 상기 이동화격자(230) 상면에 상기 펠릿연료(P)를 최초 공급하여 상기 착화수단(250)에 의해 착화될 수 있도록 하며, 상기 착화수단(250)은 히터인 것을 특징으로 하는 이동식 화격자가 구비된 펠릿보일러.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고정화격자(220), 상기 이동화격자(230) 및 상기 가이드 브라킷(210) 중 적어도 어느 하나에는 상기 펠릿연료(P)의 완전연소에 필요한 에어가 공급되는 에어공이 다수 천공형성된 것을 특징으로 하는 이동식 화격자가 구비된 펠릿보일러.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 액츄에이터(240)는 다수의 상기 이동화격자(230)와 결합하여 동시적으로 이동시키기 위한 연결브라킷(241)을 포함하되, 상기 연결브라킷(241) 상부에는 상기 이동화격자(230) 하부에 형성된 결합홈(231)와 서로 탈부착 가능하게 끼움 결합하는 결합봉(243)이 다수 형성된 것을 특징으로 하는 이동식 화격자가 구비된 펠릿보일러.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 화실(140)의 개방된 하부에는 상기 펠릿연료(P)의 완전연소를 위한 연소촉진링(180)을 포함하되, 상기 연소촉진링(180)은 상/하부가 개방되되 내부에 소정지름을 갖는 중공부가 형성된 관 형상의 수집체(181), 상기 수집체(181) 내벽에 형성되되 상기 중공부의 지름보다 더 작은 지름을 갖도록 돌출형성된 턱부(181a), 상기 수집체(181) 외면에 띠 형상을 갖도록 형성된 공기유입홈(183), 일측이 상기 공기유입홈(183)과 연통되되 완전연소에 필요한 에어를 공급하는 유입관(187), 일단이 상기 공기유입홈(183)과 연통되되 타단은 상기 턱부(181a)까지 천공형성되어 상기 유입관(187)을 통해 공급된 에어를 상기 수집체(181) 내부에 유입될 수 있도록 천공형성된 공기유입공(185)을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동식 화격자가 구비된 펠릿보일러.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 공급부(300)는 상기 펠릿연료가 저장되는 호퍼(310);
    상기 호퍼(310)에서 공급된 상기 펠릿연료를 회전에 의해 이동시키는 파쇄스크류(321); 및
    상기 파쇄스크류(321)를 통해 공급된 상기 펠릿연료를 회전에 의해 상기 연소부(200)에 일정량씩 공급하는 이송스크류(323);를 포함하되,
    상기 파쇄스크류(321)의 날개 간격은 상기 이송스크류(323)의 날개 간격보다 더 좁게 형성하여 상기 호퍼(310)에서 공급된 상기 펠릿연료가 파쇄되어 상기 이송스크류(323)에 공급될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 이동식 화격자가 구비된 펠릿보일러.
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