KR102616619B1 - 고체 연료 건조 장치 - Google Patents

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정만수
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(주)규원테크
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Abstract

본 발명은 고체 연료 건조 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 함수율이 높은 고체 연료를 용이하게 건조할 수 있는 고체 연료 건조 장치에 관한 것이다. 본 발명은 고체 연료 투입구와 고체 연료 배출구가 형성된 하우징과; 상기 하우징의 내부에 배치되며, 상기 고체 연료 투입구로부터 투입된 고체 연료가 통과하는 건조통 투입구와, 건조된 고체 연료가 배출되는 건조통 배출구가 형성된 건조통으로서, 그 내면과 외면 사이에 열매체(heating medium)가 유동하는 열매체 유동 공간이 형성된 건조통과; 상기 건조통에 대해서 회전 가능하도록 상기 건조통의 내부에 설치되는 교반 장치와; 상기 하우징의 내부에, 상기 건조통 아래에 배치된 연소실로서, 연료가 연소하면서 발생한 연소열을 상기 열매체 유동 공간의 상기 열매체에 전달하도록 구성된 연소실과; 상기 연소실에서 발생한 연소가스를 상기 건조통 내부로 안내하는 유로를 포함하는 고체 연료 건조 장치를 제공한다.

Description

고체 연료 건조 장치{Solid fuel drying apparatus}
본 발명은 고체 연료 건조 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 함수율이 높은 고체 연료를 용이하게 건조할 수 있는 고체 연료 건조 장치에 관한 것이다.
펠릿이나, 목재 칩과 같은 고체 연료를 사용하는 보일러, 난로, 열풍기 등의 발열장치가 사용되고 있다.
이러한 고체 연료는 고체 연료 건조 및 공급 장치를 통해서 발열장치에 설치된 버너에 공급된 후 연소된다.
그런데 고체 연료, 특히 목재 칩과 같은 목재를 주원료로 하는 고체 연료는 수분을 잘 흡수하는 때문에 고체 연료가 저장된 고체 연료 건조 및 공급 장치의 사일로에서 뭉칠 수 있다. 뭉친 고체 연료는 고체 연료 건조 및 공급 장치의 고체 연료 공급통로를 막아서 고체 연료의 원활한 공급을 방해할 수 있다는 문제가 있다. 또한, 함수율이 높은 고체 연료는 버너에서 발화 및 연소가 어렵다는 문제도 있다.
이러한 문제점을 개선하기 위해서, 등록특허 제10-1047758호에는 내부에 펠릿 연료가 저장되는 연료 측에 설치되어 연료 하우징의 내부로 온풍을 방출하는 온풍기를 구비한 연료 저장부를 구비한 건조식 펠릿 보일러가 개시되어 있다.
등록특허 제10-1047758호의 고체 연료 건조 및 공급 장치는 아래로 진행할수록 좁아지는 깔때기 형태의 연료 하우징 구비하고 있으며, 중력에 의해서 연료 하우징의 하부에 형성된 연료 배출구를 통해서 연료가 배출되어야 연료 공급부를 통해서 고체 연료를 이송할 수 있는 구조이다.
그런데 상술한 구조의 연료 하우징에 장기간 고체 연료를 보관할 경우, 수분에 의해 뭉치고 중력에 의해서 눌리면서 단단해진 고체 연료가 좁은 연료 배출구로 쉽게 빠져나가지 않아서 연료 공급이 어려워진다는 문제가 있었다.
또한, 등록특허 제10-2139028호와 제10-2178487호에는 건조통 내부의 축산분뇨를 연소기를 통해서 가열하여 건조하고, 건조된 축산분뇨의 일부는 연소기의 연료로 사용하는 축산분뇨처리장치가 개시되어 있다.
등록특허 제10-1047758호 등록특허 제10-2139028호 등록특허 제10-2178487호
본 발명은 고체 연료, 특히 수분함량이 높은 고체 연료를 건조할 수 있는 고체 연료 건조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 고체 연료 투입구와 고체 연료 배출구가 형성된 하우징과; 상기 하우징의 내부에 배치되며, 상기 고체 연료 투입구로부터 투입된 고체 연료가 통과하는 건조통 투입구와, 건조된 고체 연료가 배출되는 건조통 배출구가 형성된 건조통으로서, 그 내면과 외면 사이에 열매체(heating medium)가 유동하는 열매체 유동 공간이 형성된 건조통과; 상기 건조통에 대해서 회전 가능하도록 상기 건조통의 내부에 설치되는 교반 장치와; 상기 하우징의 내부에, 상기 건조통 아래에 배치된 연소실로서, 연료가 연소하면서 발생한 연소열을 상기 열매체 유동 공간의 상기 열매체에 전달하도록 구성된 연소실과; 상기 연소실에서 발생한 연소가스를 상기 건조통 내부로 안내하는 유로를 포함하는 고체 연료 건조 장치를 제공한다.
또한, 상기 교반 장치는, 회전축과; 상기 회전축의 길이방향을 따라서 간격을 두고 배치되며, 중심부에 상기 유로를 통해서 공급된 연소가스가 통과할 수 있는 개구가 형성되며, 둘레에 반경 방향 슬릿들이 각을 이루며 형성된 복수의 회전판들과; 인접하는 상기 회전판들 사이로 연장되며, 그 양단이 인접하는 상기 회전판들의 상기 반경 방향 슬릿들에 고정되는 제1 직각 플레이트를 포함하는 고체 연료 건조 장치를 제공한다.
또한, 상기 회전판에는 상기 개구로부터 상기 회전판의 중심부 측으로 연장되며, 상기 회전판의 반경방향으로부터 오프셋된 제1 오프셋 슬릿이 더 형성되며, 인접하는 상기 회전판들 사이로 연장되며, 그 양단이 인접하는 상기 회전판들의 상기 제1 오프셋 슬릿들에 고정되는 제2 직각 플레이트를 더 포함하는 고체 연료 건조 장치를 제공한다.
또한, 상기 회전판에는, 상기 개구로부터 상기 회전판의 둘레 측으로 연장되며, 상기 회전판의 반경방향으로부터 오프셋된 제2 오프셋 슬릿이 형성되며, 인접하는 상기 회전판들 사이로 연장되며, 그 양단이 인접하는 상기 회전판들의 상기 제2 오프셋 슬릿들에 고정되는 제3 직각 플레이트를 더 포함하는 고체 연료 건조 장치를 제공한다.
또한, 상기 제2 오프셋 슬릿이 반경 방향으로부터 오프셋된 거리(A2)는 상기 제1 오프셋 슬릿이 반경 방향으로부터 오프셋된 거리(A1)에 비해서 더 먼 고체 연료 건조 장치를 제공한다.
또한, 상기 제1 오프셋 슬릿의 연장선과 상기 제2 오프셋 슬릿의 연장선은 직각을 이루는 고체 연료 건조 장치를 제공한다.
또한, 상기 유로는, 상기 건조통 아래에 상기 건조통을 가로질러 배치되는 복수의 연관들과, 상기 연소실에서 발생한 연소가스가 상기 복수의 연관들을 지그재그로 통과하도록, 상기 연소실과 상기 연관 및 상기 연관들을 서로 연결하는 연실들과, 최하류 측 상기 연실과, 상기 건조통의 일단부 측을 연결하도록 구성된 연소가스 통로를 포함하는 고체 연료 건조 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 고체 연료 건조 장치는 수분함량이 높은 고체 연료를 효과적으로 건조할 수 있다는 장점이 있다.
도 1과 2는 본 발명에 따른 고체 연료 건조 장치의 일실시예의 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 고체 연료 건조 장치의 일부 구성을 제거한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 고체 연료 건조 장치의 A-A 단면도이다.
도 5는 도 3에 도시된 고체 연료 건조 장치의 B-B 단면도이다.
도 6은 도 2에 도시된 교반 장치의 사시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1과 2는 본 발명에 따른 고체 연료 건조 장치의 일실시예의 사시도이며, 도 3은 도 1에 도시된 고체 연료 건조 장치의 일부 구성을 제거한 도면이며, 도 4는 도 3에 도시된 고체 연료 건조 장치의 A-A 단면도이며, 도 5는 도 3에 도시된 고체 연료 건조 장치의 B-B 단면도이다.
도 1 내지 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 고체 연료 건조 장치의 일실시예는 하우징(10), 건조통(30), 교반 장치(40), 연소실(50) 및 버너(60)를 포함한다.
하우징(10)은 대체로 직육면체 형태이다. 하우징(10)은 제1 내지 제4 측벽(11, 12, 13, 14)을 구비한다. 하우징(10)의 상부에는 고체 연료 투입구(15)가 형성된다. 고체 연료 투입구(15)에는 호퍼(17)가 설치된다. 호퍼(17)는 고체 연료, 예를 들어, 축분 연료를 건조통(30)으로 안내한다. 호퍼(17)는 건조통(30)에 가까워질수록 거리가 가까워지도록 경사지게 마주보고 배치되는 제1 경사판(171)과 제2 경사판(172)을 포함한다. 제2 경사판(172)은 하우징(10)의 제1 측벽(11)에 가깝게 배치되며, 제1 경사판(171)은 하우징(10)의 제1 측벽(11)으로부터 멀리 배치된다. 호퍼(17)는 제1 에어 실린더(175)를 통해서 작동하는 제1 도어(177)에 의해서 밀폐될 수 있다.
하우징(10)의 제1 측벽(11)의 중간부에는 고체 연료 배출구(미도시)가 형성된다. 고체 연료 배출구(16)는 제2 에어 실린더(165)를 통해서 작동하는 제2 도어(미도시)에 의해서 밀폐될 수 있다.
하우징(10)의 제3 측벽(13) 측에는 집진기(72)가 설치되고, 제4 측벽(14)에 인접한 제1 측벽(11)의 하부에는 버너(60)가 설치된다.
건조통(30)은 대체로 원통형이다. 건조통(30)은 하우징(10)의 내부 상부에 배치된다. 건토통(30)의 상부에는 호퍼(17)에 의해서 안내된 고체 연료가 통과하는 건조통 투입구(31)가 형성된다. 그리고 건조통(30)의 일측 중간부에는 건조통(30)에서 건조된 고체 연료가 배출되는 건조통 배출구(미도시)가 형성된다.
건조통(30)의 내면과 외면 사이에는 물 등의 열매체(heating medium)가 유동하는 열매체 유동 공간(35)이 형성된다.
교반 장치(40)는 건조통(30)에 대해서 회전 가능하도록 건조통(30)의 내부에 설치된다. 교반 장치(40)에 대해서는 이후 다시 상세히 설명한다.
연소실(50)은 하우징(10)의 내부에, 건조통(30) 아래에 배치된다. 연소실(50)에서는 고체 연료가 연소된다. 연소실(50)을 구성하는 벽면의 내부에는 열매체 유동 공간(35)과 연통된 열매체 가열 공간(52)이 형성된다.
연소실(50)에서 발생한 연소가스는 하우징(10)에 형성된 유로를 통해서 건조통(30)의 내부로 공급된다. 연소가스는 축분 연료 건조에 사용된 후에 집진기(72)에서 정화되어 외부로 배출된다.
도 4와 5에 도시된 바와 같이, 유로는 제1 내지 제3 연실(51, 53, 55), 제1 연통(56)들, 제2 연통(57)들 및 연소가스 통로(58)를 포함한다.
제1 연실(51)과 제3 연실(55)은 하우징(10)의 하부 제2 측벽 측(12)에 서로 분리되어 형성된다. 제2 연실(52)은 제1 연실(51) 및 제3 연실(55)과 마주보도록 제1 측벽(11) 측에는 형성된다. 제1 연실(51)은 연소실(50)과 연통된다.
제1 연통(56)들은 제1 연실(51)과 제2 연실(53)을 연결한다. 제1 연통(56)들은 건조통(30)의 길이방향과 직교하도록 배치된다. 제1 연통(56)들은 건조통(30)의 하부에 배치된다.
제2 연통(57)들은 제2 연실(53)과 제3 연실(55)을 연결한다. 제2 연통(57)들은 건조통(30)의 길이방향과 직교하도록 배치된다. 제2 연통(57)들은 건조통(30)의 하부에 배치된다. 제2 연통(57)들은 제1 연통(56)들과 나란하게 배치된다.
연소실(50)에서 발생한 연소가스는 먼저, 제1 연실(51)로 이동한다. 그리고 제1 연통(56)들을 통해서 건조통(30)의 아래를 지나서 제2 연실(53)로 이동한다. 건조통(30)의 아래를 지나는 과정에서 열매체 유동공간(35)에 저장된 열매체와 열교환이 일어난다. 제2 연실(53)로 이동한 연소가스는 제2 연통(57)들을 통해서 제3 연실(55)로 이동한다. 이 과정에서도 열교환이 일어난다.
연소가스 통로(58)는 제3 연실(55)과 건조통(30)의 집진기(72) 반대 측 단부를 연결한다. 연소가스 통로(58)는 제2 연통(57)들을 통해서 제3 연실(55)로 이동한 연소가스를 건조통(30)의 내부로 공급하는 전달하는 통로 역할을 한다. 연소가스는 건조통(30)과 제2 측벽(12) 사이의 공간(58)을 따라서 이동하다가 하우징(10)의 제4 측벽(14) 방향으로 이동한다. 그리고 건조통(30)에 형성된 관통구멍을 통해서 건조통(30) 내부로 공급된다.
버너(60)는 하우징(10)의 제1 측면(11) 하부의 제4 측면(14) 근처에 설치된다. 버너(60)는 건조통(30)에서 건조된 고체 연료를 공기와 섞어 연소시키는 장치이다. 버너(60)는 건조통(30)에 투입되는 함수율이 높은 고체 연료를 건조시키는 열원으로서 작용한다. 고체 연료가 연소하면서 발생한 화염은 연소실(50) 내부로 방사된다. 이 화염에 의해 연소실(50)의 열매체 가열 공간(52)의 열매체가 가열된다.
도 6은 도 2에 도시된 교반 장치의 사시도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 교반 장치(40)는 회전축(42)과, 회전판(44)들과, 제1 직각 플레이트(46)들과, 제2 직각 플레이트(47)들과, 제3 직각 플레이트(48)들을 포함한다.
회전판(44)들은 회전축(42)의 길이방향을 따라서 일정한 간격으로 배치된다. 회전판(44)들은 건조통(30) 내부로 유입된 연소가스의 열에너지가 건조통(30) 내부에 배치된 축분 연료에 충분히 전달될 수 있도록, 건조통(30) 내부에 머무르는 시간을 늘리는 역할을 한다. 연소가스 통로를 통과한 연소가스는 건조통(30)의 내면과 최상류 측 회전판(44) 사이의 공간으로 유입된 후 순차적으로 회전판(44)들을 통과하여 최하류 측 회전판(44)과 건조통(30)의 내면 사이의 공간으로 이동한 후 집진기(72)를 통해서 외부로 배출된다.
회전판(44)들의 중심부에는 개구(45)가 형성된다. 회전판(44)들의 둘레부분과 건조통(30)의 내면 사이에는 회전판(44)들의 회전을 위한 최소한의 틈이 형성된다. 따라서 건조통(30)의 내부로 유입된 연소가스는 건조통(30)을 가로질러서 바로 배출되지 않고, 회전판(44)에 부딪힌 후 회전판(44)에 형성된 개구(45)를 통과해서 순차적으로 하류 측 구간으로 진행한다.
회전판(44)의 둘레부분에는 반경 방향 슬릿(441)들이 형성된다. 그리고 회전판(44)의 중심부 근처에는 제1 오프셋 슬릿(451)이 형성된다. 반경 방향 슬릿(441)과 제1 오프셋 슬릿(451) 사이 구간에는 제2 오프셋 슬릿(453)이 형성된다. 제1 오프셋 슬릿(451)은 개구(45)로부터 회전판(44)의 중심부 측으로 연장된다. 제1 오프셋 슬릿(451)은 회전판(44)의 반경 방향으로부터 반경 방향과 직교하는 방향으로 오프셋된 상태로 형성된다. 제2 오프셋 슬릿(453)은 개구(45)로부터 회전판(44)의 둘레 측으로 연장된다. 제2 오프셋 슬릿(453)은 회전판(44)의 반경 방향으로부터 반경 방향과 직교하는 방향으로 오프셋된 상태로 형성된다. 제2 오프셋 슬릿(453)이 반경 방향으로부터 오프셋된 거리(A2)는 제1 오프셋 슬릿(451)이 오프셋된 거리(A1)에 비해서 더 멀다. 제1 오프셋 슬릿(451)의 연장선과 제2 오프셋 슬릿(453)의 연장선은 직각을 이룬다.
제1 직각 플레이트(46)는 인접하는 한 쌍의 회전판(44)들 사이로 연장된다. 제1 직각 플레이트(46)의 양단은 회전판(44)의 반경 방향 슬릿(441)에 고정된다. 제1 직각 플레이트(46)들은, 예를 들어, 60°간격으로 배치될 수 있다. 회전축(42)의 길이방향을 기준으로 인접하는 제1 직각 플레이트(46)들은 번갈아가며 배치된다. 좀 더 상세히 설명하면, 첫 번째 회전판(44)과 두 번째 회전판(44) 사이에 배치되는 제1 직각 플레이트(46)들이 0°부터 시작하여 60°간격으로 배치된다면, 두 번째 회전판(44)과 세 번째 회전판(44) 사이에 배치되는 제1 직각 플레이트(46)들은, 30°부터 시작하여 60°간격으로 배치된다. 제1 직각 플레이트(46)는 건조통(30)의 내부 바닥에 저장된 축분 연료를 퍼올리고, 분쇄하는 역할을 한다.
제2 직각 플레이트(47)도 인접하는 한 쌍의 회전판(44)들 사이로 연장된다. 제2 직각 플레이트(47)의 양단은 회전판(44)의 제1 오프셋 슬릿(451)에 고정된다. 제2 직각 플레이트(47)들은, 예를 들어, 180°간격으로 배치될 수 있다. 회전축(42)의 길이방향을 기준으로 인접하는 제2 직각 플레이트(47)들은 번갈아가며 배치된다. 제2 직각 플레이트(47)는 건조통(30)의 내부 중심부에 저장된 축분 연료를 주로 분쇄하는 역할을 한다.
제3 직각 플레이트(48)도 인접하는 한 쌍의 회전판(44)들 사이로 연장된다. 제3 직각 플레이트(48)의 양단은 회전판(44)의 제2 오프셋 슬릿(453)에 고정된다. 제3 직각 플레이트(48)들은, 예를 들어, 180°간격으로 배치될 수 있다. 회전축(42)의 길이방향을 기준으로 인접하는 제3 직각 플레이트(48)들은 번갈아가며 배치된다. 제3 직각 플레이트(48)는 건조통(30)의 내부 바닥과 중심부에 사이에 저장된 축분 연료를 퍼올리고 분쇄하는 역할을 한다.
이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1: 고체 연료 건조 장치
10: 하우징
30: 건조통
35: 열매체 유동 공간
40: 교반 장치
42: 회전축
44: 회전판
46: 제1 직각 플레이트
47: 제2 직각 플레이트
48: 제3 직각 플레이트
50: 연소실
51: 제1 연실
53: 제2 연실
55: 제3 연실
56: 제1 연관
57: 제2 연관
58: 연소가스 통로
60: 버너
72: 집진기

Claims (7)

  1. 고체 연료 투입구와 고체 연료 배출구가 형성된 하우징과,
    상기 하우징의 내부에 배치되며, 상기 고체 연료 투입구로부터 투입된 고체 연료가 통과하는 건조통 투입구와, 건조된 고체 연료가 배출되는 건조통 배출구가 형성된 건조통으로서, 그 내면과 외면 사이에 열매체(heating medium)가 유동하는 열매체 유동 공간이 형성된 건조통과,
    상기 건조통에 대해서 회전 가능하도록 상기 건조통의 내부에 설치되는 교반 장치와,
    상기 하우징의 내부에, 상기 건조통 아래에 배치된 연소실로서, 연료가 연소하면서 발생한 연소열을 상기 열매체 유동 공간의 상기 열매체에 전달하도록 구성된 연소실과,
    상기 연소실에서 발생한 연소가스를 상기 건조통 내부로 안내하는 유로를 포함하며,
    상기 교반 장치는,
    회전축과,
    상기 회전축의 길이방향을 따라서 간격을 두고 배치되며, 중심부에 상기 유로를 통해서 공급된 연소가스가 통과할 수 있는 개구가 형성되며, 둘레에 반경 방향 슬릿들이 각을 이루며 형성된 복수의 회전판들과,
    인접하는 상기 회전판들 사이로 연장되며, 그 양단이 인접하는 상기 회전판들의 상기 반경 방향 슬릿들에 고정되는 제1 직각 플레이트를 포함하는 고체 연료 건조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전판에는 상기 개구로부터 상기 회전판의 중심부 측으로 연장되며, 상기 회전판의 반경방향으로부터 오프셋된 제1 오프셋 슬릿이 더 형성되며,
    인접하는 상기 회전판들 사이로 연장되며, 그 양단이 인접하는 상기 회전판들의 상기 제1 오프셋 슬릿들에 고정되는 제2 직각 플레이트를 더 포함하는 고체 연료 건조 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 회전판에는, 상기 개구로부터 상기 회전판의 둘레 측으로 연장되며, 상기 회전판의 반경방향으로부터 오프셋된 제2 오프셋 슬릿이 형성되며,
    인접하는 상기 회전판들 사이로 연장되며, 그 양단이 인접하는 상기 회전판들의 상기 제2 오프셋 슬릿들에 고정되는 제3 직각 플레이트를 더 포함하는 고체 연료 건조 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 오프셋 슬릿이 반경 방향으로부터 오프셋된 거리(A2)는 상기 제1 오프셋 슬릿이 반경 방향으로부터 오프셋된 거리(A1)에 비해서 더 먼 고체 연료 건조 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 오프셋 슬릿의 연장선과 상기 제2 오프셋 슬릿의 연장선은 직각을 이루는 고체 연료 건조 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유로는,
    상기 건조통 아래에 상기 건조통을 가로질러 배치되는 복수의 연관들과,
    상기 연소실에서 발생한 연소가스가 상기 복수의 연관들을 지그재그로 통과하도록, 상기 연소실과 상기 연관 및 상기 연관들을 서로 연결하는 연실들과,
    최하류 측 상기 연실과, 상기 건조통의 일단부 측을 연결하도록 구성된 연소가스 통로를 포함하는 고체 연료 건조 장치.
  7. 삭제
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