KR102651844B1 - 소각 및 연소로용 수랭식 화격자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화격자 전벽의 공기토출구 쪽으로 유입되는 이물질을 쉽고 확실하게 배출시켜 공기토출구의 폐색을 방지할 수 있는 소각 및 연소로용 수랭식 화격자에 관한 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 소각 및 연소로용 수랭식 화격자는, 상판부; 거치부; 냉각유로설치부; 푸시헤더부; 및 공기공급부를 포함하고, 상기 공기공급부는, 상기 푸시헤더부의 일측면 하부에 수평 방향으로 소정 간격을 두고 복수 개 형성되는 공기토출구; 상기 푸시헤더부의 타측면에 상기 공기토출구의 위치에 맞추어 소정 깊이를 가지도록 형성되는 복수 개의 공기유입구; 상기 공기토출구와 상기 공기 유입구 사이의 상기 푸시헤더부에 수직으로 소정 길이를 가지도록 형성되면서 상부가 상기 공기유입구와 연통되도록 연결되는 복수 개의 수직공기통로; 및 일단이 상기 수직공기통로와 연통되도록 연결되면서 타단이 상기 공기토출구의 측면과 연통되도록 수평으로 유로가 형성되는 측면수평공기통로를 포함하며, 상기 공기유입구를 통해 유입되는 공기가 상기 수직공기통로와 측면수평공기통로를 통해 상기 공기토출구의 측면으로 공급되어, 상기 공기토출구 쪽으로 유입된 이물질의 측면 쪽으로 토출되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

소각 및 연소로용 수랭식 화격자{Water-cooled Grates for Incineration and Combustion Furnaces}

본 발명은 소각 및 연소로용 수랭식 화격자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소각 및 연소로에 있어서, 화격자의 표면으로 공기를 공급하는 공기토출구에 이물질이 끼여 폐색되지 않도록 셀프 클리닝이 가능한 소각 및 연소로용 수랭식 화격자에 관한 것이다.

일반적으로 연소로 및 소각로(이하 '소각로'로 통칭한다)는 소정 넓이의 화격자(Fire grate bar)가 수평 방향으로 이동 가능하도록 상하 적층된 형태로 설치되고, 이러한 화격자 위에 소정량의 폐기물, 고형연료 및 바이오매스 등(이하 '피연소물'로 통칭한다)을 올려놓고 가열하여 연소시키는 방식의 소각이다.

상기와 같은 소각로 중 화격자에는 소정 간격을 두고 복수 개의 공기토출구가 형성되는데, 이러한 공기토출구를 통해 공기가 화격자 상면에 안착되어 연소되는 피연소물에 골고루 분배되어 공급되게 되고, 이를 통해 피연소물이 균일하게 완전 연소되도록 유도되게 된다.

그러나 화격자는 피연소물을 연소시키는 과정에서 필요에 따라 수평 방향으로 슬라이딩 동작되면서 연소된 잔여물을 일측으로 낙하시켜 배출하게 되는데, 이 과정에서 잔여물이 공기배출구에 유입되어 공기배출구가 폐색되게 되고, 결과적으로 화격자의 상면으로 공기를 균일하게 공급하는 본래의 기능을 유지하지 못하게 되어 피연소물이 불완전 연소되게 되는 문제가 있다.

따라서 화격자의 공기배출구가 사용 간에 연소 잔여물 등에 의해 폐색되는 것을 방지하기 위한 다양한 기술이 개발되고 있는데, 이러한 목적의 종래 기술로는 등록특허공보 제2508354호의 스토커 소각 및 연소로용 수냉화격자(이하 '특허문헌'이라 한다)가 개시되어 있다.

상기 특허문헌은 이면에 수냉유로홈부가 형성되는 상판과, 상기 상판의 전측에 형성되는 전벽과, 상기 상판의 후측에 형성되는 거치홈부와, 상기 수냉유로홈부를 커버하는 커버판을 포함하되, 상기 전벽은, 제1공기토출구가 형성되는 내측 전벽과, 상기 내측 전벽과 마주하여 그 사이에 제2공기토출구가 형성되는 외측 전벽을 포함하며, 상기 내측 전벽의 하면 전체가 다른 수냉화격자의 상판의 표면에 놓이는 평평한 바닥면이고, 상기 외측 전벽의 하면은 상기 내측 전벽의 바닥면보다 위쪽에 배치되어, 상기 다른 수냉화격자의 상판의 표면 사이에 제3공기토출구인 이격 공간이 형성되며, 상기 제1공기토출구는 상기 내측 전벽에 전후로 관통된 공기토출공이고, 상기 제2공기토출구는 상기 공기토출공을 중심으로 상기 내측 전벽과 상기 외측 전벽 사이에 수직 칸막이벽이 마주보게 형성되는 덕트형 유동 공간이고, 상기 제3공기토출구는 상기 수직 칸막이벽의 하측과 상기 외측 전벽의 하면 사이에 형성되는 수평 칸막이벽의 내면과, 상기 외측 전벽의 하면 및 상기 다른 수냉화격자의 상판의 표면으로 둘러싸인 공기토출개구이며, 상기 수평 칸막이벽의 내면은 전방으로 갈수록 넓어지는 사다리꼴 형상인 것으로 이루어진다.

그러나 상기 특허문헌의 경우 화격자 상판에 잔존하는 이물질이 화격자가 슬라이딩 동작되는 과정에서 전벽의 공기토출개구를 통해 수직으로 길이를 가지는 덕트형 유동공간의 아래쪽까지 유입되게 되고, 이에 의해 덕트형 유동공간으로 공기를 공급하여 공기의 압력으로 유입된 이물질을 전벽의 앞쪽으로 밀어내려고 하더라도 공기의 압력이 수직의 덕트형 유동공간의 위쪽에서 아래쪽으로 작용하게 되면서 이물질을 수직으로 하향 가압하게 되며, 이에 의해 화격자 전벽의 앞쪽으로 유입된 이물질이 배출되도록 공기의 압력이 이물질에 충분히 작용하지 못하게 되고, 그 결과 이물질이 공기토출개구에서 배출되지 못하여 폐색되게 되는 문제가 있다.

따라서 화격자 전벽의 공기토출구 쪽으로 유입되는 이물질을 쉽고 확실하게 배출시켜 공기토출구의 폐색을 방지할 수 있도록 구조가 개선된 수냉식 화격자의 개발이 요구된다.

KR 10-2508354 B1 (2023. 03. 06.) KR 10-2535956 B1 (2023. 05. 19.) KR 10-2021-0123026 A (2021. 10. 13.) KR 10-2110167 B1 (2020. 05. 07.)

본 발명은 상기와 같은 종래의 수랭식 화격자가 가지는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 화격자 전벽의 공기토출구 쪽으로 유입되는 이물질을 쉽고 확실하게 배출시켜 공기토출구의 폐색을 방지할 수 있는 소각 및 연소로용 수랭식 화격자를 제공하는 것이다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 소각 및 연소로용 수랭식 화격자는, 소정 폭과 길이를 가지면서 피연소물이 안착되는 상판부; 상기 상판부의 일단에 위치되면서 화격자를 슬라이딩 동작시키는 동력전달부에 설치되는 거치부; 상기 상판부의 저면에 냉각수가 사행상의 유로를 따라 흐르도록 배관이 설치되도록 소정 깊이로 형성되는 냉각유로설치부; 상기 상판부의 타단에 수직으로 하향되는 소정 길이를 가지도록 형성되는 푸시헤더부; 및 상기 푸시헤더부에 소정 간격을 두고 복수 개가 형성되면서 상기 푸시헤더부의 전방 쪽으로 연소로용 공기를 공급하는 공기공급부를 포함하고, 상기 공기공급부는, 상기 푸시헤더부의 일측면 하부에 수평 방향으로 소정 간격을 두고 복수 개 형성되는 공기토출구; 상기 푸시헤더부의 타측면에 상기 공기토출구의 위치에 맞추어 소정 깊이를 가지도록 형성되는 복수 개의 공기유입구; 상기 공기토출구와 상기 공기 유입구 사이의 상기 푸시헤더부에 수직으로 소정 길이를 가지도록 형성되면서 상부가 상기 공기유입구와 연통되도록 연결되는 복수 개의 수직공기통로; 및 일단이 상기 수직공기통로와 연통되도록 연결되면서 타단이 상기 공기토출구의 측면과 연통되도록 수평으로 유로가 형성되는 측면수평공기통로를 포함하며, 상기 공기유입구를 통해 유입되는 공기가 상기 수직공기통로와 측면수평공기통로를 통해 상기 공기토출구의 측면으로 공급되어, 상기 공기토출구 쪽으로 유입된 이물질의 측면 쪽으로 토출되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명의 상기 공기토출구는 수평의 단면 모양이 상기 푸시헤더부의 안쪽의 길이 보다 상대적으로 바깥쪽의 길이가 길게 형성되도록 양측면이 소정 각도로 경사지게 형성되는 것을 또 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 공기토출구는 수직의 단면 모양이 상기 푸시헤더부의 안쪽의 높이보다 상대적으로 바깥쪽의 높이가 높게 형성되도록 상면이 소정 각도로 경사지게 형성되는 것을 또 다른 특징으로 한다.

이에 더해 본 발명의 상기 공기토출구와 상기 수직공기통로 사이에는 수직으로 소정 길이를 가지는 구획판이 형성되어, 상기 이물질이 상기 공기토출구를 통해 상기 수직공기통로 쪽으로 유입되지 않도록 차단되는 것을 또 다른 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 공기공급부와 공기유입구를 연결하는 수직공기통로 쪽으로 이물질이 곧바로 유입되지 못하도록 측면수평공기통로와 구획판이 구비되고, 이를 통해 이물질이 수직공기통로 쪽으로 깊숙이 유입되는 것이 구조적으로 방지되는 장점이 있다.

또한, 측면수평공기통로를 통해 토출되는 공기의 압력이 이물질의 양측면에서 전방 쪽으로 작용하기 때문에 공기통출구로 유입된 이물질의 배출이 쉬운 장점이 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 소각 및 연소로용 수랭식 화격자의 예를 보인 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 소각 및 연소로용 수랭식 화격자의 저면을 보인 도면.
도 4는 본 발명에 따른 공기공급부의 예를 보인 도면.
도 5는 본 발명에 따른 소각 및 연소로용 수랭식 화격자의 예를 보인 단면도.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 소각 및 연소로용 수랭식 화격자의 공기토출구를 통해 토출되는 공기를 이용하여 이물질이 제거되는 예를 보인 도면.
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 구획판에 가이드돌기가 형성되는 예를 보인 도면.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 첨부도면에 따라 상세하게 설명한다.

본 발명은 화격자 전벽의 공기토출구 쪽으로 유입되는 이물질을 쉽고 확실하게 배출시켜 공기토출구의 폐색을 방지할 수 있는 소각 및 연소로용 수랭식 화격자를 제공하고자 하는 것으로, 이를 위한 본 발명의 화격자(1)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 상판부(10), 거치부(20), 냉각유로설치부(30), 푸시헤더부(40) 및 공기공급부(50)를 포함한다.

이하에서는 설명의 편의를 위해 도 1 및 도 2를 기준으로 푸시헤더부(40)가 형성되는 방향을 '전방'으로 지칭하여 설명하고, 거치부(20)가 형성되는 방향을 '후방'으로 지칭하여 설명한다.

상판부(10)는 복수 개의 화격자(1)가 계단 모양을 이루도록 적층될 때, 피연소물이 안착되어 연소되는 공간을 형성하는 구성으로, 이러한 상판부(10)는 전후 방향으로 소정 길이를 가지는 직사각형 모양으로 형성될 수 있다.

거치부(20)는 상판부(10)의 일단(후방 쪽)에 위치되어 화격자(1)를 수평 방향으로 슬라이딩 동작시키는 동력전달부(도시하지 않음)와 연결되는 구성으로, 이러한 거치부(20)를 통해 복수 개로 적층 설치된 화격자(1)가 수평 방향으로 슬라이딩 동작되게 되고, 이에 의해 상판부(10)에 안착되어 연소되고 남은 잔여물이 화격자(1)의 타단 쪽으로 낙하되어 배출되게 된다.

이러한 거치부(20)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 상판부(10)의 일단 양측에 저면이 개방된 "ㄷ"자 모양의 한 쌍의 걸림홈이 형성되는 것으로 구성될 수 있고, 이러한 걸림홈에 소정 지름을 가지는 원통 모양의 동력전달부가 걸림 고정되어 동력전달부의 이동에 의해 거치부(20)가 함께 이동하여 화격자(1)가 전후 방향으로 수평 슬라이딩 동작되도록 구성될 수 있다.

냉각유로설치부(30)는 상판부(10)의 저면에 냉각수 배관(도시하지 않음)을 설치하기 위한 구성으로, 이러한 냉각유로설치부(30)는 냉각수 배관의 사행상 유로를 따라 소정 깊이의 홈으로 형성될 수 있고, 이때 홈의 모양은 냉각수 배관의 유로 형태에 따라 다양하게 변경되어 형성될 수 있다.

상기와 같은 냉각유로설치부(30)의 구성을 통해 사행상의 유로를 가지는 냉각수 배관이 상판부(10)의 저면에 설치되게 되고, 이를 통해 상판부(10)에 피연소물이 안착되어 연소될 때, 상판부(10)로 전달되는 열에 의해 화격자(1)가 열변형 등으로 인한 파손이 발생하지 않도록 냉각수 배관을 따라 흐르는 냉각수에 의해 상판부(10)가 냉각되게 된다.

푸시헤더부(40)는 상판부(10)의 타단에 수직으로 하향되는 소정 길이를 가지도록 형성되어, 또 다른 화격자(1)의 상판부(10)에 안착되어 피연소물이 연소되고 남은 잔여물을 상판부(10)에서 밀어내 아래쪽으로 배출(낙하)하는 구성으로, 이러한 푸시헤더부(40)는 상판부(10)와 일체로 형성되거나 또는 상판부(10)의 타단에 분리 조립 가능하게 구성되어 필요에 따라 마모된 푸시헤더부(40)를 따로 교체할 수 있도록 구성될 수 있다.

공기공급부(50)는 푸시헤더부(40)에 소정 간격을 두고 복수 개가 형성되면서 푸시헤더부(40)의 전방 쪽으로 피연소물의 완전 연소를 유도하기 위한 적정의 공기(연소로용 공기)를 또 다른 화격자(1)의 상판부(10)에 균일하게 분배하여 공급하는 구성이다.

이러한 공기공급부(50)는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 푸시헤더부(40)의 일측면 하부에 수평 방향으로 소정 간격을 두고 복수 개 형성되는 공기토출구(51)와, 상기 푸시헤더부(40)의 타측면에 공기토출구(51)의 위치에 맞추어 소정 깊이를 가지도록 형성되는 복수 개의 공기유입구(52)와, 상기 공기토출구(51)와 유입구(52) 사이의 푸시헤더부(40)에 수직으로 소정 길이를 가지도록 형성되면서 상부가 공기유입구(52)와 연통되도록 연결되는 복수 개의 수직공기통로(53) 및 일단이 상기 수직공기통로(53)와 연통되도록 연결되면서 타단이 공기토출구(51)의 측면과 연통되도록 수평으로 유로가 형성되는 측면수평공기통로(54)를 포함한다.

또한, 공기토출구(51)와 수직공기통로(53) 사이에 수직으로 소정 길이를 가지는 구획판(55)이 형성되고, 이러한 구획판(55)을 통해 이물질(2)이 공기토출구(51)를 통해 수직공기통로(53) 쪽으로 직접 유입되지 않도록 구조적으로 차단되게 된다.

그리고 공기토출구(51)는 도 4에 도시된 바와 같이 수평의 단면 모양이 푸시헤더부(40)의 안쪽의 길이(L1) 보다 상대적으로 바깥쪽의 길이(L2)가 길게 형성되도록 양측면이 30 ~ 60°각도(A1)로 경사지게 형성되고, 이와 동시에 도 5에 도시된 바와 같이 공기토출구(51)의 수직 단면 모양이 푸시헤더부(40)의 안쪽의 높이보다 상대적으로 바깥쪽의 높이가 높게 형성되도록 상면이 15 ~ 45°각도(A2)로 경사지게 형성되며, 또한 도 4에 도시된 바와 같이 공기토출구(51)의 폭(W)이 5 ~ 10㎝의 범위로 좁게 형성되어 공기토출구(51) 쪽으로 유입될 수 있는 이물질의 양이 제한되도록 구성된다.

상기와 같은 구조로 인해 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 공기토출구(51) 쪽으로 다량의 이물질(2)이 유입되지 않도록 구조적으로 방지됨과 동시에 일부의 이물질(2)이 공기토출구(51)에 유입되더라도 측면수평공기통로(54)를 통해 공기토출구(51)의 양측면으로 고압의 공기가 토출되게 되면서 공기토출구(51)의 양측면과 상면의 각도(A1, A2)에 의해 자연스럽게 이물질(2)이 공기토출구(51)의 전방 쪽으로 배출되도록 압력이 작용하게 되고, 그 결과 이물질(2)이 공기토출구(51)에서 쉽게 배출되어 제거되게 된다.

한편, 위에서는 공기토출구(51)의 양측면에 위치된 측면수평공기통로(54)를 통해 고압의 공기가 토출되어 이물질(2)이 전방 쪽으로 배출되도록 압력이 작용하는 것으로만 도시되고 설명되었으나, 이와 달리 도 8에 도시된 바와 같이 구획판(55)의 가운데 부분에는 삼각형 모양의 가이드돌기(55A)가 형성될 수 있고, 이러한 가이드돌기(55A)를 통해 측면수평공기통로(54)에서 토출되는 공기가 공기토출구(51)의 전방을 향하여 토출되도록 유도되는 것으로 변경되어 실시될 수 있다.

이때 가이드돌기(55A)는 도 9에 도시된 바와 같이 양측면이 소정 지름을 가지는 호 형상으로 형성되는 가이드돌기(55A')로 변경되어 실시될 수 있다.

상기와 같은 가이드돌기(55A)의 구성을 통해 이물질(2)이 공기토출구(51) 쪽으로 유입될 수 있는 양이 구조적으로 더욱 감소되고, 동시에 측면수평공기통로(54)를 통해 공기토출구(51) 쪽으로 공급되는 공기가 공기토출구(51)의 전방 쪽으로 토출되도록 유도되게 되면서 피연소물에 적정의 연소 공기를 공급하는 본연의 기능과 공기토출구(51) 쪽으로 유입되는 이물질(2)을 셀프 클리닝 하는 기능을 더욱 확실하게 달성할 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 공기공급부와 공기유입구를 연결하는 수직공기통로 쪽으로 이물질이 곧바로 유입되지 못하도록 측면수평공기통로와 구획판이 구비되고, 이를 통해 이물질이 수직공기통로 쪽으로 깊숙이 유입되는 것이 구조적으로 방지되게 된다.

또한, 측면수평공기통로를 통해 토출되는 공기의 압력이 이물질의 양측면에서 전방 쪽으로 작용하기 때문에 공기통출구로 유입된 이물질이 쉽게 배출되게 된다.

위에서는 설명의 편의를 위해 바람직한 실시예를 도시한 도면과 도면에 나타난 구성에 도면부호와 명칭을 부여하여 설명하였으나, 이는 본 발명에 따른 하나의 실시예로서 도면상에 나타난 형상과 부여된 명칭에 국한되어 그 권리범위가 해석되어서는 안 될 것이며, 발명의 설명으로부터 예측 가능한 다양한 형상으로의 변경과 동일한 작용을 하는 구성으로의 단순 치환은 통상의 기술자가 용이하게 실시하기 위해 변경 가능한 범위 내에 있음은 지극히 자명하다고 볼 것이다.

1: 화격자 2: 이물질
10: 상판부 20: 거치부
30: 냉각유로설치부 40: 푸시헤더부
50: 공기공급부 51: 공기토출구
52: 공기유입구 53: 수직공기통로
54: 측면수평공기통로 55: 구획판
55A, 55A': 가이드돌기 A1: 공기토출구의 측면 각도
A2: 공기토출구의 상면 각도 L1: 공기토출구의 안쪽 길이
L2: 공기토출구의 바깥쪽 길이 W: 공기토출구의 폭

Claims (4)

1. 소각 및 연소로용 수랭식 화격자(1)에 있어서,
   상기 화격자(1)는,
   소정 폭과 길이를 가지면서 피연소물이 안착되는 상판부(10);
   상기 상판부(10)의 일단에 위치되면서 상기 화격자(1)를 슬라이딩 동작시키는 동력전달부에 설치되는 거치부(20);
   상기 상판부(10)의 저면에 냉각수가 사행상의 유로를 따라 흐르도록 배관이 설치되도록 소정 깊이로 형성되는 냉각유로설치부(30);
   상기 상판부(10)의 타단에 수직으로 하향되는 소정 길이를 가지도록 형성되는 푸시헤더부(40); 및
   상기 푸시헤더부(40)에 소정 간격을 두고 복수 개가 형성되면서 상기 푸시헤더부(40)의 전방 쪽으로 연소로용 공기를 공급하는 공기공급부(50);
   를 포함하고,
   상기 공기공급부(50)는,
   상기 푸시헤더부(40)의 일측면 하부에 수평 방향으로 소정 간격을 두고 복수 개 형성되는 공기토출구(51);
   상기 푸시헤더부(40)의 타측면에 상기 공기토출구(51)의 위치에 맞추어 소정 깊이를 가지도록 형성되는 복수 개의 공기유입구(52);
   상기 공기토출구(51)와 상기 공기 유입구(52) 사이의 상기 푸시헤더부(40)에 수직으로 소정 길이를 가지도록 형성되면서 상부가 상기 공기유입구(52)와 연통되도록 연결되는 복수 개의 수직공기통로(53); 및
   일단이 상기 수직공기통로(53)와 연통되도록 연결되면서 타단이 상기 공기토출구(51)의 측면과 연통되도록 수평으로 유로가 형성되는 측면수평공기통로(54);
   를 포함하며,
   상기 공기유입구(52)를 통해 유입되는 공기가 상기 수직공기통로(53)와 측면수평공기통로(54)를 통해 상기 공기토출구(51)의 측면으로 공급되어, 상기 공기토출구(51) 쪽으로 유입된 이물질(2)의 측면 쪽으로 토출되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 소각 및 연소로용 수랭식 화격자.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 공기토출구(51)는,
   수평의 단면 모양이 상기 푸시헤더부(40)의 안쪽의 길이(L1) 보다 상대적으로 바깥쪽의 길이(L2)가 길게 형성되도록 양측면이 소정 각도(A1)로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 소각 및 연소로용 수랭식 화격자.
   
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 공기토출구(51)는,
   수직의 단면 모양이 상기 푸시헤더부(40)의 안쪽의 높이보다 상대적으로 바깥쪽의 높이가 높게 형성되도록 상면이 소정 각도(A2)로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 소각 및 연소로용 수랭식 화격자.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 공기토출구(51)와 상기 수직공기통로(53) 사이에는,
   수직으로 소정 길이를 가지는 구획판(55)이 형성되어, 상기 이물질(2)이 상기 공기토출구(51)를 통해 상기 수직공기통로(53) 쪽으로 유입되지 않도록 차단되는 것을 특징으로 하는 소각 및 연소로용 수랭식 화격자.

Images