KR101948989B1 - 고형연료 연소장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 고형연료 연소장치는 내통과 상기 내통을 수용하는 외통을 포함하는 연소실; 상기 내통과 상기 외통 사이로 공기를 공급하도록 구성되는 공기 공급부; 및 상기 연소실과 연결되고 상기 연소실의 상부에서 하방으로 고형연료를 공급하도록 구성되는 연료 공급부;를 포함한다.

Description

고형연료 연소장치{Solid Fuel Combustion Device}

본 발명은 고형연료를 연소하는 연소장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고형연료로 인한 연소실의 막힘 현상을 경감시킬 수 있도록 구성된 고형연료 연소장치에 관한 것이다.

폐기물, 바이오매스 등의 고형연료를 사용하는 선회식 연소장치는 연소실로 공급되는 공기의 흐름을 방해하지 않도록 고형연료가 연소실의 하부로부터 공급되도록 구성된다. 예를 들어, 종래의 선회식 연소장치에서 고형연료는 컨베이어, 호퍼 등의 이송장치에 의해 수평이동, 경사이동, 수직이동된 후 연소실의 바닥면으로 공급된다.

컨베이어를 이용한 고형연료의 수평이동은 컨베이어 장치와 고형연료 간의 간섭이 없으므로 비교적 안정적으로 이루어진다. 그러나 호퍼 등을 이용한 고형연료의 경사 또는 수직이동은 고형연료와 호퍼 간의 간섭이 발생하기 쉬우므로, 고형연료가 호퍼의 통로를 막거나 또는 호퍼에 끼이거나 감기는 막힘, 끼임, 감김 등의 현상을 야기하기 쉽다. 이러한 현상은 연소실로의 연료공급을 어렵게 하므로, 연소장치의 연소효율을 떨어뜨릴 뿐만 아니라 연소장치의 유지보수비용을 증가시키는 문제점이 있다.

또한, 종래의 선회식 연소장치는 바닥으로 떨어진 연소재를 회전하는 스크래퍼에 의해 배출하는 방식이므로, 스크래퍼 및 스크래퍼를 구동시키는 구동모터 및 베어링이 고온의 연소재와 접촉하여 오작동을 일으키기 쉽다.

따라서, 선회식 구조를 가지면서 고형연료의 공급 및 연소재의 처리가 용이한 연소장치의 개발이 필요하다. 참고로, 본 발명과 관련된 선행기술로는 특허문헌 1 내지 3이 있다.

KR 10-1228420 B1 KR 10-1307795 B1 KR 10-1580085 B1

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 고형연료의 공급 및 연소재의 처리가 용이한 고형연료 연소장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 고형연료 연소장치는 내통과 상기 내통을 수용하는 외통을 포함하는 연소실; 상기 내통과 상기 외통 사이로 공기를 공급하도록 구성되는 공기 공급부; 및 상기 연소실과 연결되고 상기 연소실의 상부에서 하방으로 고형연료를 공급하도록 구성되는 연료 공급부;를 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 고형연료 연소장치에서 상기 내통과 상기 외통 사이에는 상기 내통의 외벽을 따라 연장되는 순환 유로가 형성된다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 고형연료 연소장치에서 상기 순환 유로는 상기 연소실의 하방으로 개방되도록 형성된다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 고형연료 연소장치는 상기 외통의 내벽으로부터 방사방향으로 연장되는 칸막이를 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 고형연료 연소장치에서 상기 연소실의 상부에는 상방으로 갈수록 좁아지는 연소가스 배출로가 형성된다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 고형연료 연소장치에서 상기 공기 공급부는 상기 외통의 접선 방향으로 배치된다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 고형연료 연소장치에서 상기 공기 공급부는 복수로 구성되고, 상기 복수의 공기 공급부는 상기 외통을 중심으로 회전 대칭되도록 배치된다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 고형연료 연소장치에서 상기 연료 공급부는 복수로 구성되고, 상기 복수의 연료 공급부는 상기 외통을 중심으로 회전 대칭되도록 배치된다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 고형연료 연소장치에서 상기 연료 공급부는 상기 외통의 반경 방향으로 배치된다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 고형연료 연소장치는 상기 연소실의 하부에 형성되고, 연소재를 외부로 배출할 수 있도록 구성된 연소재 배출부를 더 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 고형연료 연소장치는 상기 연소실의 하부에 배치되고, 상기 연료 공급부로부터 배출되는 고형연료를 수용하도록 구성되는 고형연료 수용부를 더 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 고형연료 연소장치에서 상기 고형연료 수용부는 상기 연소재 배출부의 상부에 배치된다.

본 발명은 고형연료의 공급 및 연소재의 처리가 용이하며, 이를 통해 연소장치의 연소효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고형연료 연소장치의 구성도
도 2는 도 1에 도시된 고형연료 연소장치의 A-A 단면도
도 3은 도 1에 도시된 고형연료 연소장치의 B-B 단면도
도 4는 도 1에 도시된 고형연료 연소장치의 사용 상태도

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.

아울러, 명세서 전체에서, 어떤 구성이 다른 구성과 '연결'되어 있다 함은 이들 구성들이 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 구성을 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함하는 것을 의미한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

도 1을 참조하여 일 실시 예에 따른 고형연료 연소장치를 설명한다.

본 실시 예에 따른 고형연료 연소장치(100)는 연소실(110), 순환 유로(120), 공기 공급부(130, 132), 연료 공급부(140, 142)를 포함한다. 그러나 고형연료 연소장치(100)의 구성이 전술된 구성들로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 고형연료 연소장치(100)는 연소가스 배출부(150), 연소재 배출부(160), 고형연료 수용부(170)를 더 포함할 수 있다.

본 실시 예에 따른 고형연료 연소장치(100)는 이중구조를 갖도록 구성된다. 예를 들어, 고형연료 연소장치(100)의 연소실(110)은 외통(112)과 내통(114)을 포함할 수 있다. 연소실(110)은 부분적으로 이중구조로 구성된다. 예를 들어, 외통(112)의 높이는 내통(114)의 높이보다 클 수 있으며, 외통(112)과 내통(114)이 중첩되는 공간은 연소실(110)의 상부 및 하부를 제외한 영역으로 한정될 수 있다. 외통(112) 및 내통(114)은 전체적으로 원통 형태일 수 있다. 그러나 외통(112) 및 내통(114)의 형태가 원통으로 한정되는 것은 아니다.

외통(112)과 내통(114)은 동일한 중심축을 갖도록 배치된다. 부연 설명하면, 외통(112)의 반경 중심과 내통(114)의 반경 중심은 동일할 수 있다. 외통(112)과 내통(114)은 서로 다른 크기의 지름을 원통 형태로 구성된다. 이에 따라 외통(112)은 내통(114)을 내부에 완전히 수용할 수 있다. 외통(112)은 내통(114)보다 상당히 큰 체적을 가질 수 있다. 예를 들어, 외통(112)의 상부 및 하부에는 내통(114)과 중첩되지 않는 공간이 형성될 수 있다.

외통(112)은 연소가스의 배출이 용이하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 외통(112)의 상부에는 연소가스의 상방향 유동을 유도하기 위한 칸막이(116)가 형성될 수 있다. 칸막이(116)는 외통(112)의 내벽에서 방사방향으로 연장되며, 외통(112)의 원주방향을 따라 소정의 간격을 두고 원형배치될 수 있다(도 3 참조).

순환 유로(120)는 외통(112)과 내통(114) 사이에 형성된다. 부연 설명하면, 순환 유로(120)는 외통(112)의 내벽과 내벽(114)의 외벽 사이에 형성되는 원형 공간으로 이루어진다. 순환 유로(120)는 공기의 하강 선회류를 형성하도록 구성된다. 부연 설명하면, 순환 유로(120)의 상부는 폐쇄되고 순환 유로(120)의 하부는 개방된 형태로 형성된다.

이와 같이 구성된 순환 유로(120)는 연소실(110)의 외부에서 연소실(110)의 내부로 유입되는 초기 공기가 내통(114)의 외주면을 따라 유동하도록 유도할 수 있다. 또한, 순환 유로(120)는 내통(114)의 외주면을 따라 순환하는 공기가 내통(114)의 하단을 거쳐 내통(114)의 안쪽으로 유동하도록 유도할 수 있다.

공기 공급부(130, 132)는 연소실(110)의 내부로 공기를 공급하도록 구성된다. 부연 설명하면, 공기 공급부(130, 132)는 외통(112)과 내통(114) 사이에 형성된 순환 유로(120)와 연결되도록 형성된다. 공기 공급부(130, 132)는 내통(114)의 외벽을 따라 이동하는 공기의 유동을 가능케 하도록 구성된다. 부연 설명하면, 공기 공급부(130, 132)는 연소실(110)의 외부로부터 외통(112)의 접선방향으로 연장되어, 순환 유로(120)로 유입되는 공기가 관성에 의해 내통(114)의 외벽을 따라 유동하도록 유도할 수 있다.

공기 공급부(130, 132)는 복수로 구성된다. 예를 들어, 제1공기 공급부(130) 및 제2공기 공급부(132)는 연소실(110)의 서로 다른 방향에서 원형의 순환 유동을 생성시킬 수 있도록 배치될 수 있다.

연료 공급부(140, 142)는 연소실(110)로 고형연료를 공급하도록 구성된다. 예를 들어, 복수의 연료 공급부(140, 142)는 연소실(110)과 연결되어, 고형연료를 연소실(110)의 내부로 지속적으로 공급할 수 있다. 연료 공급부(140, 142)는 연소실(110)의 내부로 고형연료가 용이하게 유입될 수 있도록 구성된다. 예를 들어, 연료 공급부(140, 142)는 연소실(110)의 하방으로 경사지게 배치될 수 있다. 이와 같이 배치된 연료 공급부(140, 142)는 고형연료가 자중에 의해 연소실(110)의 내부로 자연스럽게 이동되도록 유도할 수 있다.

연료 공급부(140, 142)는 고형연료를 연소실(110)의 내부에서 충분히 연소시킬 수 있도록 구성된다. 예를 들어, 연료 공급부(140, 142)는 연소실(110)의 상부에 배치될 수 있다. 부연 설명하면, 연료 공급부(140, 142)는 순환 유로(120)의 위쪽에서 고형연료가 투입될 수 있도록 연소실(110)의 상부 영역에 배치될 수 있다. 연료 공급부(140, 142)는 복수로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1연료 공급부(140) 및 제2연료 공급부(142)는 연소실(110)의 외부에서 연소실(110)의 중심부를 향해 상호 마주보도록 배치될 수 있다.

이와 같이 구성된 연료 공급부(140, 142)는 연소실(110)의 상부에서 하방으로 고형연료를 투입시키므로, 고형연료의 연소에 필요한 충분한 시간을 제공할 수 있을 뿐만 아니라 고형연료가 연료 공급부(140, 142)의 출구를 막는 현상을 해소할 수 있다.

연소가스 배출부(150)는 연소가스의 용이한 배출이 가능하도록 구성된다. 예를 들어, 연소가스 배출부(150)는 연소실(110)의 상부에 형성되어, 고형연료의 연소과정에서 발생하는 연소가스가 연소실(110)의 상부로 빠져나갈 수 있도록 유도할 수 있다. 연소가스 배출부(150)는 연소실(110)의 상방으로 갈수록 단면이 축소되는 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 연소가스 배출부(150)는 절두형 원뿔 형태로 형성될 수 있다. 이와 같이 형성된 연소가스 배출부(150)는 연소실(110) 내부의 열기가 외부로 새어나가는 것을 최소화하면서 연소가스의 배출을 가능케 할 수 있다.

연소재 배출부(160)는 연소재의 용이한 배출이 가능하도록 구성된다. 예를 들어, 연소재 배출부(160)는 중력에 의해 낙하는 연소재가 연소실(110)의 외부로 쉽게 배출될 수 있도록 연소실(110)의 하부에 형성될 수 있다. 또한, 연소재 배출부(160)는 연소재의 자연스러운 배출이 가능하도록 경사지게 형성될 수 있다.

고형연료 수용부(170)는 연소실(110)로 투입되는 고형연료 또는 연소재를 수용하도록 구성된다. 예를 들어, 고형연료 수용부(170)는 연소재 배출부(160)의 위쪽에 배치되어, 연소실(110)의 내부에서 완전연소되지 못한 고형연료나 연소재를 수용할 수 있다. 바람직하게는, 고형연료 수용부(170)는 순환 유로(120)를 통해 유입되는 공기와 수용된 고형연료가 접촉할 수 있도록 배치될 수 있다. 고형연료 수용부(170)는 연소실(110)의 중심으로 갈수록 경사지게 형성될 수 있다. 예를 들어, 고형연료 수용부(170)의 가장자리는 고형연료 수용부(170)의 중심부보다 높게 형성될 수 있다.

이와 같이 구성된 고형연료 수용부(170)는 고형연료와 연소 공기 간의 접촉을 통해 불완전연소된 고형연료의 재연소를 가능케 할 수 있다.

다음에서는 도 2 및 도 3을 참조하여 고형연료 연소장치의 횡 단면 구조를 설명한다.

고형연료 연소장치(100)는 공기의 선회류 형성이 가능할 수 있도록 구성된다. 예를 들어, 연소실(110)의 일부 영역은 도 2에 도시된 바와 같이 내통(114)을 둘러싸는 순환 유로(120)가 형성되어 공기의 선회류를 유도할 수 있다. 또한, 복수의 공기 공급부(130, 132)는 도 2에 도시된 바와 같이 외통(112) 및 내통(114)의 접속 방향으로 공기가 유입되도록 유도하므로, 내통(114)의 외벽을 따라 흐르는 강력한 선회류를 형성할 수 있다.

고형연료 연소장치(100)는 고형연료의 원활한 투입이 가능하도록 구성된다. 예를 들어, 연료 공급부(140, 142)는 고형연료가 연소실(110)의 중심부로 투입될 수 있도록 연소실(110)의 외부에서 내통(114)의 중심부를 향해 연장 형성될 수 있다.

다음에서는 도 4를 참조하여 고형연료 연소장치의 사용 예를 설명한다.

고형연료 연소장치(100)가 가동되면, 연소실(110)의 내부로 공기 및 고형연료가 투입된다. 예를 들어, 공기는 공기 공급부(130, 132)를 통해 연소실(110)로 공급되고, 고형연료는 연료 공급부(140, 142)를 통해 연소실(110)로 투입된다.

연소실(110)로 공급된 공기는 도 4에 도시된 바와 같이 순환 유로(120)를 경유하여 선회류 형태로 변환된다. 선회류로 변환된 공기는 연소실(110)의 하방으로 이동한 후 고형연료의 연소에 필요한 산소를 공급한 후 뜨거운 연소가스와 함께 연소가스 배출부(150)로 배출된다.

연소실(110)로 투입된 고형연료는 도 4에 도시된 바와 같이 연소실(110)의 상방에서 하방으로 낙하하면서 뜨거운 연소가스에 의해 지속적으로 가열되면서 연소한다. 그리고 미연소된 고형연료 또는 연소된 고형연료의 재는 고형연료 수용부(170)에 수거되거나 또는 연소재 배출부(160)를 통해 밖으로 배출된다.

위와 같이 구성된 고형연료 연소장치(100)는 공기 공급부(130)를 통해 유입되는 공기가 도 4에 도시된 바와 같이 순환 유로(120)를 통해 연소실(110) 내부로 유입되면서 내통(114)을 냉각시키므로 연소실(110)의 전체 온도를 낮출 수 있다.

아울러, 본 실시 예에 따른 고형연료 연소장치(100)는 공기 공급부(130)를 통해 유입되는 공기가 내통(114)의 외벽과 접하면서 소정의 온도로 가열되므로, 고형연료의 연소효율을 높일 수 있다. 또한, 본 실시 예에 따른 고형연료 연소장치(100)는 순환 유로(120)를 통해 유입되는 고온의 공기가 고형연료 수용부(170)에 잔존하는 고형연료와 접촉하게 되므로, 잔존 고형연료의 재연소를 가능케 할 수 있다.

또한, 본 실시 예에 따른 고형연료 연소장치(100)는 연료 공급부(140, 142)를 통해 투입되는 고형연료가 연소실(110)의 상부에서 하방으로 낙하하면서 위쪽으로 상승하는 고온의 공기와 지속적으로 접촉하게 되므로, 고형연료의 완전연소를 가능케 수 있다.

본 발명은 이상에서 설명되는 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다. 예를 들어, 전술된 실시형태에 기재된 다양한 특징사항은 그와 반대되는 설명이 명시적으로 기재되지 않는 한 다른 실시형태에 결합하여 적용될 수 있다.

100 고형연료 연소장치
110 연소실
112 외통
114 내통
116 칸막이
120 순환 유로
130, 132 공기 공급부
140, 142 연료 공급부
150 연소가스 배출부
160 연소재 배출부
170 고형연료 수용부

Claims (12)

1. 내통과 상기 내통을 수용하는 외통을 포함하는 연소실;
   상기 내통과 상기 외통 사이로 공기를 공급하도록 구성되고, 상기 외통의 접선 방향으로 배치되며, 상기 외통을 중심으로 회전 대칭이 되도록 배치되는 복수의 공기 공급부;
   상기 연소실과 연결되고 상기 연소실의 상부에서 하방으로 고형연료를 공급하도록 구성되고, 상기 외통을 중심으로 회전 대칭이 되도록 배치되는 복수의 연료 공급부;
   상기 외통의 내벽으로부터 방사방향으로 연장되는 칸막이; 및
   상기 연소실의 상부에 형성되고 상방으로 갈수록 좁아지는 형상의 연소가스 배출부;
   를 포함하고,
   상기 내통과 상기 외통 사이에는 상기 내통의 외벽을 따라 연장되는 순환 유로가 형성되고,
   상기 순환 유로는 상기 연소실의 하방으로 개방되도록 형성되는 고형연료 연소장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 제1항에 있어서,
   상기 연료 공급부는 상기 외통의 반경 방향으로 배치되는 고형연료 연소장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 연소실의 하부에 형성되고, 연소재를 외부로 배출할 수 있도록 구성된 연소재 배출부를 더 포함하는 고형연료 연소장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 연소실의 하부에 배치되고, 상기 연료 공급부로부터 배출되는 고형연료를 수용하도록 구성되는 고형연료 수용부를 더 포함하는 고형연료 연소장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 고형연료 수용부는 상기 연소재 배출부의 상부에 배치되는 고형연료 연소장치.

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