KR102413149B1

KR102413149B1 - 완전연소가 유도되는 화목난로

Info

Publication number: KR102413149B1
Application number: KR1020210168656A
Authority: KR
Inventors: 장석호
Original assignee: 주식회사 파이어우드
Priority date: 2021-11-30
Filing date: 2021-11-30
Publication date: 2022-06-24

Abstract

본 발명은 화목난로에 관한 것으로서, 바닥공기유입공(114)에 구비된 화구(111)에 적재된 화목연료가 1차연소되는 화실(110)과; 상기 화실(110)과 연결되며 상기 화실(110) 보다 폭이 좁고 높이가 낮게 형성되어 상기 화실(110)에서 1차연소된 화염과 연소가스가 집중 이동되며 2차 연소가 진행되는 2차연소실(130)과; 상기 2차연소실(130)과 연결되며 바닥에서 공급되는 공기를 공급받아 3차 연소가 진행되고, 상부의 연통(149)으로 연소가스가 배출되는 3차연소실(140)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

완전연소가 유도되는 화목난로{Wood stove that causes complete combustion}

본 발명은 화목난로에 관한 것으로서, 보다 자세히는 완전연소를 유도하여 열효율을 최대화한 화목난로에 관한 것이다.

일반적으로 난로는 가정이나 사무실 및 농가의 비닐하우스 등과 같은 실내와 공장, 공사장 등과 같은 옥외에서 난방을 하기 위해 사용하는 난방 기구의 하나이다.

최근에는 유체 연료(액화석유가스ㆍ천연가스 따위의 기체연료, 경유ㆍ휘발유 따위의 액체연료)의 가격이 큰 폭으로 인상됨에 따라 유체 연료 보다 저가이고 비교적 강력한 화력을 오래 지속시킬 수 있는 고체 연료(장작ㆍ석탄ㆍ숯ㆍ코크스 등)의 수요가 급증하는 추세에 있다.

특히, 면적이 넓은 공장이나 농촌, 산간마을 등지에서는 현재에도 그 대부분이 고체 연료를 땔감으로 하는 난로를 사용하여 난방을 해결하고 있고, 그 밖에도 골프연습장ㆍ설현장 등에서도 가스 난로나, 석유 난로 대신에 점차 고체 연료를 사용하는 화목 난로로서 난방을 대체하고 있는 실정이다.

종래 화목 난로는 장작 등의 땔감을 연소시켜 열을 발생시키기 때문에 구조상 연소의 속도가 빨라 연료의 사용량이 많고, 그에 비례하여 불안전 연소에 의해 소비되는 열량도 많아 이중의 낭비적 요소를 갖고 있다.

예를 들면, 나무 장작이나, 숯 등과 같은 고체 연료를 사용하는 화목 난로는 그 구조상 연소 시 난로 내부의 연통 하단에 있는 연료만 한꺼번에 빨리 집중 연소되고, 나머지 연료는 불완전 연소가 되기 때문에 연료 사용량이 많아 난방을 위한 유지비용이 많이 소요되는 단점이 있다.

등록특허 제1497830호 "고효율의 화목난로" 등록특허 제1355727호 "목재를 태워서 난방을 하기 위한 난로"

본 발명의 목적은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 화목연료의 연소가 순차적으로 진행되며 완전연소를 유도하여 연소효율을 향상시킬 수 있는 화목난로를 제공하는 것이다.

또한, 연소열의 체류구간을 충분히 확보하여 난방효율을 극대화할 수 있는 화목난로를 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

본 발명의 목적은 화목난로에 의해 달성될 수 있다. 본 발명의 화목난로는, 바닥공기유입공(114)에 구비된 화구(111)에 적재된 화목연료가 1차연소되는 화실(110)과; 상기 화실(110)과 연결되며 상기 화실(110) 보다 폭이 좁고 높이가 낮게 형성되어 상기 화실(110)에서 1차연소된 화염과 연소가스가 집중 이동되며 2차 연소가 진행되는 2차연소실(130)과; 상기 2차연소실(130)과 연결되며 바닥에서 공급되는 공기를 공급받아 3차 연소가 진행되고, 상부의 연통(149)으로 연소가스가 배출되는 3차연소실(140)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 상기 2차연소실(130)은 상기 화실(110)과 연결된 입구는 상기 화실(110)의 폭의 80~90%의 폭을 갖고 상기 3차연소실(140)과 연결된 출구는 상기 화실(110)의 폭의 40~60%의 폭을 갖게 구비되며, 상기 2차연소실(130)의 높이는 상기 화실(110)의 높이의 25~40%의 높이로 형성되고, 상기 3차연소실(140)은 상기 2차연소실(130)의 출구 폭보다 넓게 형성되어 상기 2차연소실(130)로부터 배출된 화염이 내부로 확산되며 혼합될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 3차연소실(140)에는 상기 2차연소실(130)과 연결되는 화염배출구(141)를 감싸게 수직방향으로 형성된 화염확산방지판(143)이 구비되고, 상기 화염확산방지판(143)이 형성된 바닥면에는 추가공기유입구(145)가 형성되며, 상기 화염배출구(141)로 배출된 화염은 상기 추가공기유입구(145)로부터 공급된 공기를 공급받아 3차연소가 진행될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 화실(110)의 화구(111)의 상부에 구비되어 상기 화구(111)를 향해 공기를 공급하여 화목연료의 1차연소를 촉진하는 상부공기공급관(160)을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 화목난로는 화실과 2차연소실 및 3차연소실에서 3차에 걸쳐 연소가 이루어지므로 화목연료의 90% 이상의 완전연소를 실현할 수 있다.

특히, 1차연소실 보다 좁게 형성된 2차연소실에 화염을 집중시키며 화목연료를 800∼900℃의 고온으로 완전연소시킬 수 있다. 또한, 상대적으로 2차연소실 보다 넓게 형성된 3차연소실에서 화염이 확산 및 외기와 혼합되며 3차연소가 진행되어 완전연소를 실현시킬 수 있다.

또한, 불완전 연소되어 대기 중에 배출되는 연기는 연료가 완전 연소되지 않고 버려지는 현상인데 이를 완전 연소하게 되므로 연료 효율의 개선에 기여할 수 있다.

또한, 고열로 연소실 내부에서 화목연료가 완전연소되므로 연소실 내부에 타르 등이 형성되지 않아 청소 빈도도 줄일 수 있으며, 재발생량을 0.5~3%로 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 화목난로의 구성을 도시한 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 화목난로의 연소과정을 도시한 측단면 예시도,
도 3은 본 발명에 따른 화목난로의 연소과정을 도시한 평단면 예시도이다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어 지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

도 1은 본 발명에 따른 화목난로(100)의 구성을 도시한 사시도이고, 도 2는 화목난로(100)의 연소과정을 도시한 측단면 예시도이고, 도 3은 화목난로(100)의 연소과정을 도시한 평단면 예시도이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 화목난로(100)는 화목연료(M)의 1차연소가 진행되는 화실(110)과, 화실(110)과 연결되어 2차연소가 진행되는 2차연소실(130)과, 2차연소실(130)과 연결되어 3차연소가 진행되는 3차연소실(140)과, 화실(110)과 2차연소실(130) 및 3차연소실(140)의 하부에 구비되어 연소 후 발생된 재(B)가 수거되는 재수용부(150)를 포함한다.

본 발명에 따른 화목난로(100)는 화실(110)과 3차연소실(140) 사이에 높이가 낮고 폭이 좁은 2차연소실(130)이 구비되어, 1차연소된 1차화염(F1)이 집중되며 재연소되며 더 뜨겁게 연소되며 2차연소가 진행된다.

2차연소 과정에서 1차화염(F1)에 섞인 유해물질들을 태우게 되고, 2차연소실(130) 보다 넓은 3차연소실(140)에서 2차화염(F2)이 확산되며 유동과 혼합이 이루어지며 공급되는 공기에 의해 3차연소가 이루어지며 완전연소가 유도된다.

이에 따라 화목연료의 연소시간이 지연되고 순차적인 연소에 의해 완전연소가 유도되어 연소효율이 향상될 수 있다.

화실(110)은 내부에 화목연료(M)가 적재되며, 화목연료(M)의 연소가 진행된다. 화실(110)의 바닥에는 화목연료(M)가 적재되는 화구(111)가 배치된다. 화구(111)는 바닥공기유입공(114)에 거치된다. 바닥공기유입공(114)은 재수용부(150)와 연통되게 구비된다. 도 2에 도시된 바와 같이 재수용부(150) 후방의 바닥외기투입구(153)를 통해 투입된 바닥외기(A1)가 바닥공기유입공(114)을 통해 화구(111)로 공급된다.

이에 의해 화구(111)에 적재된 화목연료(M)로 바닥외기(A1)가 공급되어 화목연료(M)가 1차연소된다.

화실(110)은 함체 형태로 형성되며, 상부에 연료투입도어(113)가 개폐가능하게 결합된다. 사용자는 연료투입도어(113)를 회동시켜 내부를 개방한 후 화구(111) 상면에 화목연료(M)를 적재한다. 화목연료(M)는 나무나 펠릿 등일 수 있다.

화실(110)의 전면에는 전면결합구(116)가 형성된다. 전면결합구(116)에는 도 2에 도시된 바와 같이 상부공기공급관(160)의 수평관(161)이 결합된다.

화실(110)의 전면에는 전면커버(120)가 돌출되게 결합된다. 전면커버(120)의 판면에는 도 1에 도시된 바와 같이 전면외기유입공(121)과 전면외기조절캡(123) 및 점화구(111)가 구비된다. 전면외기조절캡(123)은 내부로 공급되는 전면외부공기(A2)의 량을 조절한다.

전면외기유입공(121)을 통해 유입된 전면외부공기(A2)는 도 2에 도시된 바와 같이 상부공기공급관(160)을 통해 화실(110) 내부로 공급되어 1차화염의 연소를 촉진한다.

점화구(111)는 사용자에 의해 조작되어 화구(111)에 적재된 화목연료(M)가 점화될 수 있게 한다.

화실(110)의 배면에는 화염이동구(117)가 2차연소실(130)과 연통되게 형성된다. 도 2에 도시된 바와 같이 화실(110) 내부에서 화목연료(M)의 연소에 의해 발생된 1차화염(F1)은 화염이동구(117)를 통해 2차연소실(130)로 이동된다.

2차연소실(130)은 화실(110)과 3차연소실(140) 사이에 구비되어 화실(110)에서 발생된 1차화염(F1)이 집중되며 2차연소되게 한다.

화실(110)은 화구(111)가 바닥에 위치되므로 바닥연소가 이루어진다. 이에 의해 화목연료(M)의 연소에 의해 발생된 1차화염(F1)이 화실(110) 전영역으로 확산되지 못하므로 화실(110) 내부의 온도는 400~600℃ 범위에 머무른다. 이 때, 1차화염(F1)에 포함된 1차연소가스는 불완전연소되면서 인체에 유해한 유해물질이 포함된다.

2차연소실(130)은 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 화실(110)의 높이보다 낮고 점차 폭이 좁아지는 형태로 형성되어 화실(110)에서 발생된 1차화염(F1) 및 1차연소가스를 좁은공간 내부에 집중시켜 2차연소가 이루어지게 한다.

2차연소실(130)은 화실(110)과 연결된 유입영역으로부터 3차연소실(140)과 연결된 화염배출구(141)로 갈수록 점차 폭이 좁아지게 형성된다. 이에 의해 2차연소실(130)로 유입된 화염이 점점 더 집중되며 2차화염(F2)의 온도는 600~900℃까지 상승된다. 이 과정에서 불완전연소된 1차연소가스가 2차연소되며 유해물질이 제거될 수 있다.

여기서, 2차연소실(130)의 높이(H2)는 화실(110)의 높이(H1)의 25~40% 범위에 위치하게 형성되고, 2차연소실(130)의 화염이동구(117)의 폭은 화실(110)의 폭(W1)의 80~90%에 대응되게 형성되고 화염배출구(141)의 폭(W2)은 화실(110)의 폭(W1)의 40~60% 범위로 형성된다.

화염배출구(141)이 폭(W2)이 좁을수록 화염집중효과는 높아지나 연소가스의 배출효율이 낮아질 수 있어 40~60% 비율로 형성되는 것이 바람직하다.

이 때, 2차연소실(130)은 3차연소실(140)의 내부에 은폐되게 수용된다. 이는 2차연소실(130)의 고온이 직접 외부로 노출되면 사용자가 화상을 입을 수 있기 때문이다.

3차연소실(140)은 2차연소실(130)로부터 배출된 2차화염(F2)에 바닥외기(A1)를 추가로 공급하여 3차연소되게 하고, 연소가스(C)가 외부로 배출되게 한다. 3차연소실(140)은 2차연소실(130) 보다 넓은 폭(W3)을 갖게 형성되어 화염배출구(141)를 통해 배출된 2차화염(F2)이 순간적으로 확산되며 내부에서 혼합 및 유동되며 다시 한번 연소되며 3차연소가 이루어진다. 이에 의해 99% 이상 완전연소를 이루게 된다.

여기서, 화염배출구(141)의 전방에는 화염확산방지판(143)이 화염배출구(141)를 감싸게 형성된다. 그리고, 화염배출구(141)가 형성된 바닥면에는 추가공기유입구(145)가 형성된다. 그리고 3차연소실(140)의 나머지 영역에도 바닥면에 보조공기유입구(146)가 형성된다.

추가공기유입구(145)와 보조공기유입구(146)는 재수용부(150)와 연통되게 형성되어 바닥외기(A1)가 공급된다. 화염배출구(141)를 통해 배출된 2차화염(F2)과 2차연소가스는 화염확산방지판(143)에 의해 이동이 저지된 상태에서 추가공기유입구(145)로부터 바닥외기(A1)를 공급받는다.

이에 의해 3차연소실(140)로 확산 및 유동될 때 3차연소가 촉진된다. 또한, 보조공기유입구(146)로부터 공급되는 바닥외기(A1)에 의해서도 3차화염(F3)의 3차연소가 유도된다.

이렇게 3차연소실(140)에서 완전연소된 연소가스(C)는 3차연소실(140)의 상부에 구비된 연통(149)으로 배출된다.

한편, 3차연소실(140)의 배면에는 관찰창(147)이 구비되어 사용자가 내부를 육안으로 확인할 수 있다.

재수용부(150)는 화실(110)과 2차연소실(130) 및 3차연소실(140)의 하부에 구비되어 이들에서 발생된 재(B)를 수거한다. 재수용부(150)에는 재받침(151)이 착탈가능하게 결합되어 수거된 재(B)를 버릴 수 있다.

재수용부(150)의 배면에는 바닥외기투입구(153)와, 바닥외기조절캡(155)이 형성된다. 사용자는 바닥외기조절캡(155)을 회전시켜 바닥외기투입구(153)로 투입되는 외기량을 조절할 수 있다.

한편, 화실(110)에는 도 2에 도시된 바와 같이 상부공기공급관(160)이 구비될 수 있다. 상부공기공급관(160)은 화실(110)의 상부에 구비되어 화실(110)의 상부로 전면내부공기(A2')를 공급하여 1차화염(F1)이 추가연소되게 하고, 화목연료(M)의 상부로 전면내부공기(A2')를 공급하여 연소에 의해 발생된 재(B)가 화구(111) 상면에 쌓이지 않게 한다.

상부공기공급관(160)은 수평하게 형성된 수평관(161)과, 수평관(161)에 수직하게 배치된 수직관(163)을 포함한다. 수평관(161)은 일단이 화실(110) 전면의 전면결합구(116)에 끼워진다. 그리고, 도 2에 도시된 바와 같이 전면외기유입공(121)으로부터 유입되는 전면외부공기(A2)를 공급받는다.

일반적으로 공기는 온도가 낮은 곳에서 온도가 높은 곳으로 이동되므로, 별도의 구동수단 없이 무동력으로 전면외부공기(A2)는 수평관(161)을 따라 이동된다.

수평관(161)의 바닥면에는 복수개의 상부공기배출공(165)이 관통형성된다. 상부공기배출공(165)은 수평관(161)을 따라 이동되며 화실(110) 내부의 열을 전달받아 온도가 상승된 전면내부공기(A2')를 화실(110) 내부로 배출한다.

전면내부공기(A2')는 화실(110) 내부에서 연소 중인 1차화염(F1)으로 공급되어 1차화염(F)이 다시 연소되며 완전연소되도록 유도한다.

수직관(163)은 수평관(161)으로부터 화목연료(M)의 상부를 향해 수직하게 연장된다. 수직관(163)은 수평관(161)을 따라 이동된 전면내부공기(A2')를 화목연료(M)의 상부로 직접 분사한다. 직접 분사된 전면내부공기(A2')는 화목연료(P)에 의해 발생된 1차화염(F1)으로 공급되어 1차화염(F1)의 연소가 촉진되게 하고, 동시에 화목연료(M)의 연소에 의해 발생된 재(B)로 분사되며 재(B)가 화구(111)에 쌓이지 않고 화실(110) 내부로 확산될 수 있게 한다.

이에 의해 종래 재(B)가 화구(111)에 쌓이며 바닥공기유입공(114)을 막아 바닥공기 공급경로가 막혀 화목연료(M)가 제대로 연소되지 못하던 문제를 해결할 수 있다.

이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 화목난로(100)의 동작과정을 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다.

사용자는 화실(110) 상부의 연료투입도어(113)를 개방하고 화구(111) 상면에 화목연료(M)를 적재한다. 연료투입도어(113)를 닫고 사용자는 전면외기조절캡(123)과 바닥외기조절캡(155)을 열어 화실(110)로 전면외부공기(A2)와 바닥외기(A1)가 공급되게 한다.

그리고, 점화구(111)를 이용하여 화목연료(M)를 점화한다. 화목연료(M)가 점화되면 바닥외기(A1)가 공급되며 화목연료(M)의 연소가 진행된다. 이 과정에서 상부공기공급관(160)의 상부공기배출공(165)으로부터 전면내부공기(A2')가 공급되며 연소가 촉진된다.

3차연소실(140)의 연통(149)으로부터 음압이 인가되므로, 화실(110)에서는 3차연소실(140)을 향하는 기류가 작용된다. 이에 의해 화실(110)에서 발생된 1차화염(F1)과 1차연소가스는 화염이동구(117)를 통해 2차연소실(130)로 이동된다.

점차 폭이 좁아지고 높이가 낮은 2차연소실(130)로 1차화염(F1)과 1차연소가스가 모여지며 화염이 집중되며 1차연소가스가 2차연소된다. 그리고, 2차연소실(130)에서 2차연소되며 온도가 상승된 2차화염(F2)은 화염배출구(141)를 통해 3차연소실(140)로 유입된다.

2차화염(F2)은 화염확산방지판(143)에 막혀 확산이 저지당하고 추가공기유입구(145)로부터 공급되는 바닥공기(A1)를 공급받아 재연소된다. 3차연소실(140)은 상대적으로 화염배출구(141) 보다 폭이 넓으므로 2차화염(F2)은 3차연소실(140) 내부에서 확산되고 혼합 및 유동되며 바닥외기(A1)를 공급받아 3차연소된다. 3차연소실(140)은 800~900℃의 고온으로 대부분의 연소가스를 완전연소시킨다. 이렇게 완전연소된 연소가스는 연통(149)을 통해 외부로 배출된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 화목난로는 화실과 2차연소실 및 3차연소실에서 3차에 걸쳐 연소가 이루어지므로 화목연료의 90% 이상의 완전연소를 실현할 수 있다.

이에 따라 화목연료를 800∼900℃의 고온으로 완전연소시키므로 연기발생량이 거의 없어 대기환경 개선에 기여할 수 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 화목난로의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

100 : 화목난로 110 : 화실
111 : 화구 113 : 연료투입도어
114 : 바닥공기유입공 116 : 전면결합구
117 : 화염이동구 120 : 전면커버
121 : 전면외기유입공 123 : 전면외기조절캡
125 : 점화구 130 : 2차연소실
140 : 3차연소실 141 : 화염배출구
143 : 화염확산방지판 145 : 추가공기유입구
146 : 보조공기유입구 147 : 관찰창
149 : 연통 150 : 재수용부
151 : 재받침 153 : 바닥외기투입구
155 : 바닥외기조절캡 160 : 상부공기공급관
161 : 수평관 163 : 수직관
165 : 상부공기배출공
A1 : 바닥외기
A2 : 전면외부공기
B : 재
C : 연소가스
F1 : 1차화염
F2 : 2차화염
F3 : 3차화염
M : 화목연료

Claims

바닥공기유입공(114)에 구비된 화구(111)에 적재된 화목연료가 1차연소되는 화실(110)과;
상기 화실(110)과 연결되며 상기 화실(110) 보다 폭이 좁고 높이가 낮게 형성되어 상기 화실(110)에서 1차연소된 화염과 연소가스가 집중 이동되며 2차 연소가 진행되는 2차연소실(130)과;
상기 2차연소실(130)과 연결되며 바닥에서 공급되는 공기를 공급받아 3차 연소가 진행되고, 상부의 연통(149)으로 연소가스가 배출되는 3차연소실(140)을 포함하되,
상기 2차연소실(130)은 상기 화실(110)과 연결된 입구는 상기 화실(110)의 폭의 80~90%의 폭을 갖고 상기 3차연소실(140)과 연결된 출구는 상기 화실(110)의 폭의 40~60%의 폭을 갖게 구비되며,
상기 2차연소실(130)의 높이는 상기 화실(110)의 높이의 25~40%의 높이로 형성되고,
상기 3차연소실(140)은 상기 2차연소실(130)의 출구 폭보다 넓게 형성되어 상기 2차연소실(130)로부터 배출된 화염이 내부로 확산되며 혼합되며,
상기 3차연소실(140)에는 상기 2차연소실(130)과 연결되는 화염배출구(141)를 감싸게 수직방향으로 형성된 화염확산방지판(143)이 구비되고,
상기 화염확산방지판(143)이 형성된 바닥면에는 추가공기유입구(145)가 형성되며, 상기 화염배출구(141)로 배출된 화염은 상기 추가공기유입구(145)로부터 공급된 공기를 공급받아 3차연소가 진행되는 것을 특징으로 하는 화목난로.
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제1항에 있어서,
상기 화실(110)의 화구(111)의 상부에 구비되어 상기 화구(111)를 향해 공기를 공급하여 화목연료의 1차연소를 촉진하는 상부공기공급관(160)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화목난로.