KR102512708B1 - 고체연료와 마이크로파를 이용한 보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고체연료와 마이크로파를 이용한 보일러에 관한 것으로, 이를 위해 원수를 공급하는 공급관과, 온수를 배출시키는 배출관이 연결되고, 상부에는 고체연료를 투입할 수 있는 제1개폐기가 형성된 보일러본체;와, 상기 보일러본체의 내부로 투입된 고체연료를 안착시킬 수 있도록 메쉬망이 구비되고, 메쉬망에 안착된 고체연료를 탄화시키는 버너가 구비된 제1연소실;과, 고체연료로부터 발생되는 미연소가스와, 가연성가스 및 회분의 체류시간을 증대시키면서 공기에 의해 산화반응이 촉진되도록 공기를 보일러본체의 원주방향을 따라 하향으로 분사시키는 공기공급부;와, 상기 공기공급부를 통해 하향으로 유도되는 미연소가스와, 가연성가스 및 회분을 탄화시키는 버너가 구비된 제2연소실;과, 상기 제2연소실에서 낙하되는 회분을 이송시켜 일측면에 마련된 제2개폐기를 통해 자동 반출시키는 이송스크류;과, 상기 제2연소실과 연통되어 배기가스를 보일러본체에 저장된 온수와 열교환될 수 있도록 높이방향을 따라 다수의 방열판이 결합된 배기관; 및 상기 보일러본체의 상부에 탑재되어 상기 방열판을 향해 마이크로파를 발진시켜 온수를 재차 가열하는 마그네트론;을 포함하여 이루어지되, 상기 방열판은 마이크로파를 반사시키는 반사판의 기능을 하고, 마이크로파가 하부로 신속히 전달되 수 있도록 다수의 통공이 더 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

고체연료와 마이크로파를 이용한 보일러{BOILER USING SOLID FUEL AND MICROWAVE}

본 발명은 고체연료와 마이크로파를 이용한 보일러에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄화되는 고체연료에 의해 원수를 가열하여 온수를 생성하고, 더불어 배기열 및 마이크로파를 이용하여 온수를 재차 가열하되, 배출되는 배기열은 건조기에 투입된 생활쓰레기를 건조시켜 고체연료화하고, 더불어 건조기에서 배출되는 수분이 포함한 배기가스를 연소실 내 가연성가스와 함께 연소시켜 열효율을 증대시킬 수 있도록 한 고체연료와 마이크로파를 이용한 보일러에 관한 것이다.

최근에는 유가의 상승으로 보일러의 유지 비용이 크게 상승되는 문제점이 있었다.

이러한 유가 상승은 도심 생활쓰레기인 음식물 쓰레기와 같은 유기성 오염물질의 처리와 함께 처리비용이 상승되는 문제점이 있었다.

하지만 음식물쓰레기는 함수량이 많기 때문에 이송 및 보관이 곤란하고 쉽게 부패되어 악취가 발생되며 매립지에 매립할 경우 침출수 발생량이 많아 하천이나 지하수를 오염시킨다.

따라서 이러한 슬러지상 오염물질은 매립지에 매립하기보다는 신속히 퇴비, 연료화 및 사료화하는 것이 바람직하다.

이에 따라 퇴비, 연료화 및 사료화를 위한 다양한 처리방법이 개발되었으나 이러한 미생물학적 처리방법은 처리기간이 길고 기후나 운전 조건 등에 따라 처리 효율이 급격히 떨어지며 대량의 오염물질을 처리하기 어렵다는 단점이 있다.

반면에 오염물질로부터 수분을 증발시켜 운송 및 보관을 용이하게 하고 부패를 방지하는 건조나 증발 등과 같은 물리학적 처리방법은 간단하고 신속하며 소규모 운전이 가능하다는 장점에도 불구하고 에너지 비용이 많이 소요되는 단점 때문에 그 동안 널리 활용되지 못하고 있었다.

이에, 건조시 소요되는 연료의 비용을 절감할 수 있는 구조와 더불어, 음식물 쓰레기와 같이 발생량이 큰 오염물질을 물리학적으로 손쉽고 용이하게 처리할 수 있는 장치의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

한편 일반 고체연료 보일러의 경우, 고체연료의 가격 상승 요인과 함께 열효율이 매우 낮은 문제점이 있었다.

따라서 고체연료의 완전연소시키고 폐열을 회수할 수 열효율을 높이고, 더불어 보일러에서 발생되는 배기열을 이용하여 생활쓰레기를 건조시킴과 동시에, 건조된 생활쓰레기를 고체연료로 재활용하여 환경오염을 방지할 수 있는 보일러가 요구되고 있는 실정이다.

대한민국 등록특허 제10-1812104호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 제1목적은, 탄화되는 고체연료에 의해 원수를 가열하여 온수를 생성하고, 더불어 배기열 및 마이크로파를 이용하여 온수를 재차 가열하되, 배출되는 배기열은 건조기에 투입된 생활쓰레기를 건조시켜 고체연료화할 수 있도록 한 고체연료와 마이크로파를 이용한 보일러를 제공하는데 있다.

본 발명의 제2목적은, 건조기에서 배출되는 수분이 포함한 배기가스를 연소실 내 가연성가스와 함께 연소시켜 열효율을 증대시킬 수 있도록 한 고체연료와 마이크로파를 이용한 보일러를 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 특징에 따르면, 제 1발명은, 고체연료와 마이크로파를 이용한 보일러에 관한 것으로, 이를 위해 원수를 공급하는 공급관과, 온수를 배출시키는 배출관이 연결되고, 상부에는 고체연료를 투입할 수 있는 제1개폐기가 형성된 보일러본체;와, 상기 보일러본체의 내부로 투입된 고체연료를 안착시킬 수 있도록 메쉬망이 구비되고, 메쉬망에 안착된 고체연료를 탄화시키는 버너가 구비된 제1연소실;과, 고체연료로부터 발생되는 미연소가스와, 가연성가스 및 회분의 체류시간을 증대시키면서 공기에 의해 산화반응이 촉진되도록 공기를 보일러본체의 원주방향을 따라 하향으로 분사시키는 공기공급부;와, 상기 공기공급부를 통해 하향으로 유도되는 미연소가스와, 가연성가스 및 회분을 탄화시키는 버너가 구비된 제2연소실;과, 상기 제2연소실에서 낙하되는 회분을 이송시켜 일측면에 마련된 제2개폐기를 통해 자동 반출시키는 이송스크류;과, 상기 제2연소실과 연통되어 배기가스를 보일러본체에 저장된 온수와 열교환될 수 있도록 높이방향을 따라 다수의 방열판이 결합된 배기관; 및 상기 보일러본체의 상부에 탑재되어 상기 방열판을 향해 마이크로파를 발진시켜 온수를 재차 가열하는 마그네트론;을 포함하여 이루어지되, 상기 방열판은 마이크로파를 반사시키는 반사판의 기능을 하고, 마이크로파가 하부로 신속히 전달되 수 있도록 다수의 통공이 더 형성되는 것을 특징으로 한다.

제2발명은, 제1발명에서, 상기 각 방열판의 표면에는 반구형의 반사구와, 대칭되게 함몰된 반구홈을 형성시켜 마이크로파의 난반사 효과를 배가시킬 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

제3발명은, 제1발명에서, 상기 배기관에서 배출되는 배기가스는 대기로 배출을 최소화시키면서, 건조기로 공급되어 건조기 내 생활쓰레기를 건조시키는데 사용되는 것을 특징으로 한다.

제4발명은, 제3발명에서, 상기 건조기에서 건조된 생활쓰레기는 고체연료로 재활용하고, 상기 건조기에서 배출되는 수분을 포함한 배기가스는 공기공급부로 재공급되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 고체연료와 마이크로파를 이용한 보일러에 따르면, 음식물쓰레기와 같은 생활쓰레기를 연료로 하여 운용됨으로써, 환경오염을 방지하고 시설 유지비를 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한 건조기에서 배출되는 수분이 포함한 배기가스를 연소실 내 가연성가스와 함께 연소시킴으로써, 열효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 배기가스에 포함된 열원을 1차로 열교환시키고, 2차로 건조실에 이용하고, 3차로 연소실로 재공급함으로써 연소효율을 극대화시키고, 더불어 배기가스의 클린화를 이룰 수 있는 효과가 있다.

또한 온수를 마이크로파를 통해 재가열하여 선택적으로 온수의 온도를 급격히 상승시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 고체연료와 마이크로파를 이용한 보일러의 단면구성도,
도 2는 도 1의 요부를 확대한 확대도,
도 3은 본 발명의 고체연료와 마이크로파를 이용한 보일러의 작동도이다.

이하의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

이하에서는 본 발명에 따른 고체연료와 마이크로파를 이용한 보일러에 관하여 첨부되어진 도면과 함께 더불어 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 고체연료와 마이크로파를 이용한 보일러의 단면구성도이고, 도 2는 도 1의 요부를 확대한 확대도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 탄화되는 고체연료에 의해 원수를 가열하여 온수를 생성하고, 더불어 배기열 및 마이크로파를 이용하여 온수를 재차 가열하되, 배출되는 배기열은 건조기에 투입된 생활쓰레기를 건조시켜 고체연료화하고, 더불어 건조기에서 배출되는 수분이 포함한 배기가스를 연소실 내 가연성가스와 함께 연소시켜 열효율을 증대시킬 수 있도록 한 고체연료와 마이크로파를 이용한 보일러(100)에 관한 것이다.

본 발명의 고체연료와 마이크로파를 이용한 보일러(100)는 보일러본체(1)와, 상기 보일러본체(1) 내 설치되는 제1연소실(2)과, 공기공급부(3)와, 제2연소실(4)과, 이송스크류(15) 및 배기관(5)과, 마그네트론(6)으로 구성된다.

여기서 고체연료는 건조된 음식물쓰레기 외 폐목재도 사용될 수 있고, 더불어 수분이 포함된 음식물쓰레기을 혼합 사용할 수 있음은 물론이다.

여기서 상기 보일러본체(1)는 원수를 공급하는 공급관(11)과, 온수를 배출시키는 배출관(12)이 연결되고, 상부에는 고체연료를 투입할 수 있는 제1개폐기(13)가 형성된 구조이다.

상기 제1연소실(2)은 상기 보일러본체(1)의 내부로 투입된 고체연료를 안착시킬 수 있도록 메쉬망(22)이 구비되고, 메쉬망(22)에 안착된 고체연료를 탄화시키는 버너(B)가 구비되는 구조이다.

상기 메쉬망(22)은 탄화된 고체연료의 회분을 낙하시키고, 더불어 가연성가스와 미연소가스는 음압에 의해 중력방향으로 배출될 수 있도록 기능한다.

상기 공기공급부(3)는 공기분사노즐(31)을 통해 공기를 보일러본체(1)의 원주방향을 따라 하향으로 분사시켜 와류발생과 함께 제1연소실(2)에 음압이 발생될 수 있도록 기능한다.

이러한 상기 공기공급부(3)는 미연소가스와, 가연성가스(H2, CO, CO2, CH4) 및 회분이 공기에 의해 산화반응이 촉진되도록 하여 제2연소실(4)에서 완전연소되도록 하는 기능을 겸한다.

상기 제2연소실(4)은 상기 공기공급부(3)를 통해 하방으로 유도되는 미연소가스와, 가연성가스(H2, CO, CO2, CH4) 및 회분을 탄화시키는 버너(B)가 구비되어 2차 열에너지를 발생시키게 되고, 이러한 버너(B)는 2개가 배치되되, 제2연소실(4)의 좌, 우에 상하 이격되게 배치된다.

그리고 이송스크류(15)는 제2연소실(4)에서 연소후 낙하되는 분진 및 회분을 이송시켜 보일러본체(1)의 일측면에 마련된 제2개폐기(14)를 통해 자동 반출시킬 수 있도록 상기 보일러본체(1)의 저면에 배치된다.

그리고 상기 배기관(5)은 상기 제2연소실(4)과 연통되어 배기가스를 보일러본체(1)에 저장된 온수와 열교환될 수 있도록 높이방향을 따라 보일러본체(1)에 이격되게 배치되는 다수의 방열판(51)이 결합되어 구성된다.

아울러 상기 마그네트론(6)은 상기 보일러본체(1)의 상부에 탑재되어 상기 방열판(51)을 향해 마이크로파를 발진시켜 온수를 재차 가열하는 기능을 한다.

이 때 상기 방열판(51)은 마이크로파를 반사시키는 반사판의 기능을 하고, 마이크로파가 보일러본체(1)의 하부 전체로 신속히 전달될 수 있도록 다수의 통공(511)이 더 형성되어 구성될 수 있다.

또한 도 2와 같이, 상기 각 방열판(51)의 표면에는 반구형의 반사구(512)와, 대칭되게 함몰된 반구홈(513)을 형성시켜 마이크로파의 난반사 효과를 배가시킬 수 있도록 이루어진다.

이러한 구조는 방열판(51)의 각도 변경 없이 마이크로파의 난반사를 보다 효과적으로 유도할 수 있는 구조이다.

여기서 마이크로파가 반사구(512) 및 반구홈(513)의 구면에 충돌하면 불규칙하게 난반사되게 유도함으로써, 전기쌍극자(물)의 가열속도와 발열 정도를 효과적으로 증대시킬 수 있게 된다.

또한 상기 각 방열판(51)은 반사구(512)와 반구홈(513)을 통해 면적이 증대되는 바, 마이크로파의 난반사 영역을 증대시키고, 더불어 핫가스인 배기가스의 열교환 효과가 더욱 증대되는 부가적인 효과를 가져올 수 있게 된다.

한편, 상기 배기관(5)에서 배출되는 배기가스는 대기로 배출을 최소화시키면서, 건조기(7)로 공급되어 건조기(7) 내 생활쓰레기를 건조시키는데 사용될 수 있다.

이 때 건조기(7) 내의 생활쓰레기는 수분이 함유된 음식물쓰레기인 것이 바람직하다.

그리고 건조기(7)에서 건조된 생활쓰레기는 다시 고체연료로 활용되어 제1연소실(2)에 투입되어 재사용될 수 있다.

아울러 상기 건조기(7)에서 배출되는 수분을 포함한 배기가스(CO₂ , H₂O) 중 수분은 공기공급부(3)로 재공급되어 제2연소실(4)에서 열분해되고, 미연소가스와, 가연성가스와 함께 제2연소실(4) 내에서 연소될 수 있도록 이루어진다.

한편, 상기 공기공급부(3)는 배기가스의 송풍 압력을 증대시키기 위해 송풍팬(F)이 연결되어 구성될 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 고체연료와 마이크로파를 이용한 보일러의 작동에 관하여 간단히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 고체연료와 마이크로파를 이용한 보일러의 작동도이다.

먼저 보일러본체(1)에 마련된 제1개폐기(13)를 통해 제1연소실(2)의 내부로 고체연료를 투입시킨다.

투입된 고체연료가 메쉬망(22)에 안착되면, 버너(B)를 가동시켜 고체연료를 탄화시킨다.

상기 고체연료는 연소되어 탄화되는데, 이 때 발생되는 미연소가스와, 가연성가스 및 회분은 음압에 의해 메쉬망(22)을 통해 제2연소실(4)로 이동된다.

상기 제2연소실(4)로 이동되는 미연소가스와, 가연성가스 및 회분은 공기공급부(3)의 공기분사노즐(31)을 통해 송출되는 공기에 의해 체류시간이 증대되면서 산화반응이 촉진되어 2차 연소에 의해 2차 열에너지를 발생시키게 된다.

이 후 완전연소되어 낙하되는 회분은 이송스크류(15)를 통해 하우징의 일측면에 마련된 제2개폐기(14)로 배출된다.

그리고 배기가스는 배기관(5)의 방열판(51)을 통해 열교환되어 배출된다.

이 때 보일러본체(1)의 상부에 탑재된 마그네트론(6)은 도파관(61)을 통해 상기 보일러본체(1)의 내부로 마이크로파1를 발진시키게 된다.

보일러본체(1)의 내부로 발진된 마이크로파는 방열판(51)에 형성된 통공(511)을 통해 보일러본체(1)의 하부까지 전달되어 온수를 소망하는 온도까지 재차 가열하게 된다.

한편 발진되는 마이크로파는 상기 방열판(51)에 형성된 반사구(512)와 반구홈(513)을 통해 난반사되어 전기쌍극자(물)의 가열속도와 발열 정도를 효과적으로 증대시킬 수 있게 된다.

아울러 배기관(5)을 통해 배기되는 배기가스는 대기로 배출을 최소화시키면서, 건조기(7)로 공급되어 건조기(7) 내 생활쓰레기를 건조시키는데 사용될 수 있다.

그리고 건조기(7)에서 건조된 생활쓰레기는 다시 고체연료로 활용되어 제1연소실(2)에 투입되어 재사용될 수 있다.

아울러 상기 건조기(7)에서 배출되는 수분을 포함한 배기가스(CO₂ , H₂O) 중 수분은 공기공급부(3)로 재공급되어 제2연소실(4)에서 열분해되고, 미연소가스와, 가연성가스와 함께 제2연소실(4) 내에서 연소된다.

본 발명에 따른 고체연료와 마이크로파를 이용한 보일러는 하기와 같은 차이점을 갖는다.

첫째: 가정 생활쓰레기를 활용하여 고체연료로 사용함으로써, 별도의 시설 유지비를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

둘째: 배기가스에 포함된 열원을 1차로 열교환시키고, 2차로 건조실에 이용하고, 3차로 연소실로 재공급함으로써 연소효율을 극대화시키고, 더불어 배기가스의 클린화를 이룰 수 있는 효과가 있다.

셋째: 온수를 마이크로파를 통해 재가열하여 선택적으로 온수의 온도를 급격히 상승시킬 수 있는 효과가 있다.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

1: 보일러본체 11: 공급관 12: 배출관
13: 제1개폐기 14: 제2개폐기
15: 이송스크류
2: 제1연소실 B: 버너 22: 메쉬망
3: 공기공급부 31: 공기분사노즐 F: 송풍팬
4: 제2연소실 B: 버너
5: 배기관 51: 방열판 511: 통공
512: 반사구 513: 반구홈
6: 마그네트론 61: 도파관
7: 건조기
100: 고체연료와 마이크로파를 이용한 보일러

Claims (4)

1. 원수를 공급하는 공급관(11)과, 온수를 배출시키는 배출관(12)이 연결되고, 상부에는 고체연료를 투입할 수 있는 제1개폐기(13)가 형성된 보일러본체(1);
   상기 보일러본체(1)의 내부로 투입된 고체연료를 안착시킬 수 있도록 메쉬망(22)이 구비되고, 메쉬망(22)에 안착된 고체연료를 탄화시키는 버너(B)가 구비된 제1연소실(2);
   고체연료로부터 발생되는 미연소가스와, 가연성가스 및 회분의 체류시간을 증대시키면서 공기에 의해 산화반응이 촉진되도록 공기를 보일러본체(1)의 원주방향을 따라 하향으로 분사시키는 공기공급부(3);
   상기 공기공급부(3)를 통해 하향으로 유도되는 미연소가스와, 가연성가스 및 회분을 탄화시키는 버너(B)가 구비된 제2연소실(4);
   상기 제2연소실(4)에서 낙하되는 회분을 이송시켜 일측면에 마련된 제2개폐기(14)를 통해 자동 반출시키는 이송스크류(15);
   상기 제2연소실(4)과 연통되어 배기가스를 보일러본체(1)에 저장된 온수와 열교환될 수 있도록 높이방향을 따라 배치되고, 보일러본체(1)에 이격되게 배치되는 다수의 방열판(51)이 결합된 배기관; 및
   상기 보일러본체(1)의 상부에 탑재되어 상기 방열판(51)을 향해 마이크로파를 발진시켜 온수를 재차 가열하는 마그네트론(6);을 포함하여 이루어지되,
   상기 방열판(51)은 마이크로파를 반사시키는 반사판의 기능을 하고, 마이크로파가 하부로 신속히 전달되 수 있도록 다수의 통공(511)이 더 형성되고,
   상기 각 방열판(51)의 표면에는 반구형의 반사구(512)와, 대칭되게 함몰된 반구홈(513)을 형성시켜 마이크로파의 난반사 효과를 배가시킬 수 있도록 구성되고,
   상기 배기관(5)에서 배출되는 배기가스는 대기로 배출을 최소화시키면서, 건조기(7)로 공급되어 건조기(7) 내 생활쓰레기를 건조시키는데 사용되고,
   상기 제2연소실(4)의 상기 버너(B)는 2개가 배치되되, 제2연소실(4)의 좌, 우에 상하 이격되게 배치되고,
   상기 건조기(7)에서 건조된 생활쓰레기는 고체연료로 재활용하고,
   상기 건조기(7)에서 배출되는 수분을 포함한 배기가스는 공기공급부(3)로 재공급되는 것을 특징으로 하는 고체연료와 마이크로파를 이용한 보일러.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제

Images