KR200227905Y1 - 수냉식 사이클론 파이프를 구비한 액체 및 고체연료 겸용보일러 - Google Patents

Abstract

본 고안은 액체연료 및 가연성 생활쓰레기나 산업폐기물을 연료화한 고체연료를 겸용하며, 액체연료가 연소되는 연소실 내부에 연료의 급격한 연소를 방지하는 수냉식 사이클론 파이프를 설치함으로써 연소효율을 향상시킨 보일러에 관한 것이다.

본 고안에 따른 보일러(1)는 내부에 물집(3)이 형성되며 외통을 이루는 외부 하우징(2), 상기 외부 하우징(2) 내부에서 액체 연료를 연소시키는 제1 연소통(5), 고체연료 받침판(9)을 사이에 두고 상기 제1 연소통(5)의 위쪽에 설치되며 내부에서 고체 연료가 연소되는 제2 연소통(7), 상기 제1 연소통(5)에 관통 삽입되어 액체 연료를 발화시키는 버너(11)를 포함하여 구성되며, 상기 제1 연소통(5) 내에 형성되는 제1 연소실(13) 내부에는 액체연료의 연소를 지연시키도록 저온의 용수가 관유동하는 코일 형상의 수냉식 사이클론 파이프(15)가 설치되어 있다.

따라서, 본 고안에 따른 보일러에 의하면 저온의 수냉식 사이클론 파이프에 의해 액체연료의 급격한 연소가 방지되므로 불완전 연소가 억제되어 연소효율을 높일 수 있으며, 따라서 유해 배기의 발생량도 최소화될 뿐 아니라 보일러 자체의 열효율도 향상시킬 수 있다.

Description

수냉식 사이클론 파이프를 구비한 액체 및 고체연료 겸용 보일러{boiler using both liquid and solid fuel provided with water-cooling type cyclone pipe}

본 고안은 보일러에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고체연료와 액체연료를 겸용하는 보일러에 있어서 액체연료의 연소를 촉진시키도록 액체연료가 투입되는 부분에 냉각수가 나선형으로 선회 유동하는 코일 형태의 수냉식 사이클론 파이프를 설치한 액체 및 고체연료 겸용 보일러에 관한 것이다.

겨울철 난방용으로 널리 사용되고 있는 보일러에는 다양한 종류의 것이 있으며, 최근 들어서는 연료의 연소 효율이 높고, 폐기자원의 재활용을 가능하게 해주며, 보일러 자체의 수명연장 효과가 있을 뿐 아니라, 유지비용이 작아 경제적인 액체 및 고체연료 겸용의 다용도 보일러가 보급되고 있다.

이와 같은 액체 및 고체연료 겸용 보일러는 일반적으로 도 1에 도면번호 100으로 도시된 바와 같은 기본 구성을 가지고 있는 바, 보일러의 외통을 형성하며 벽면 내부에 보일러 용수 수용을 위한 물집(103)이 형성된 외부 하우징(101), 외부하우징(101) 하부의 제1 연소실(107)에 분사되는 액체 연료를 연소시키는 버너(105) 그리고 고체 연료가 투입되는 제2 연소실(109)과 제1 연소실(107)을 구분하며, 고체연료가 적재되는 받침망(110)과 연소가스를 배출하는 연통(111) 등으로 이루어져 있다.

따라서 이러한 보일러(100)는 제2 연소실(109)에 고체연료가 장입된 후 작동이 개시되면 제1 연소실(107)로 액체연료가 투입되고, 버너(105)가 점화되어 액체연료를 연소시키기 시작하며, 연소 시 발생하는 화기에 의해 물집(103) 내부를 순환하는 용수도 가열되기 시작한다. 계속해서, 액체연료의 연소 화염은 받침망(110)을 통과해 고체연료를 연소시키며, 이렇게 제1 및 제2 연소실(107,109)의 연료가 본격적으로 연소되면 급수구(113)를 통해 물집(103) 안으로 공급되어 설정온도까지 고온으로 가열되며 용수 출구(115)를 통해 난방 라인을 돌아 용수입구(117)를 통해 물집(103)으로 되돌오는 용수의 순환에 의해 난방이 이루어진다.

그런데 위와 같은 종래의 액체 고체 연료 겸용 보일러(100)는 버너(105)에 의한 액체 연료를 너무 급하게 연소시키기 때문에 불완전 연소를 발생시켜 연료의 연소 효율이 저하되고 유해 배기가 다량으로 생성될 뿐 아니라 연소시간이 짧아 용수가열 시간이 단축되므로 열효율도 떨어지는 문제점이 있었다. 또한 액체연료의 화염에 의해 발화 연소되는 고체연료의 연소도 급하게 일어나 마찬가지로 연소효율이 저하되고, 유해 배기가 다량 발생될 뿐 아니라 열효율도 저하되는 문제점이 있었다. 더욱이 연소온도가 최고 900℃ 이하로 머무르기 때문에 고체연료로서 생활 쓰레기나 산업 폐기물을 사용하는 경우 별도의 처리시설을 갖추지 않는 이상 다량의 다이옥신을 발생시킬 수밖에 없는 문제점을 가지고 있었다.

본 고안은 위와 같은 종래의 액체 및 고체연료 겸용 보일러가 가지고 있는 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 액체 연료가 연소되는 제1 연소실에 코일 형태의 수냉식 사이클론 파이프를, 고체연료가 연소되는 제2 연소실 내주벽면에 나선 형상의 돌출 날개를 구비하여 액체 및 고체 연료의 연소를 지연시킴으로써 액체 및 고체 연료의 연소효율을 높이고, 이에 따라 연소 시 유해 배기 특히, 쓰레기 소각시의 다이옥신 발생을 억제하며, 연소에 의한 용수 가열효율도 향상시키고자 하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 액체 및 고체연료 겸용 보일러의 필수구성만을 도시한 개략 종단면도.

도 2는 본 고안에 따른 수냉식 사이클론 파이프를 구비한 액체 및 고체연료 겸용 보일러의 종단면도.

도 3은 도 2의 요부 발췌 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 보일러 2 : 외부 하우징

3 : 물집 5 : 제1 연소통

7 : 제2 연소통 9 : 받침판

11 : 버너 13 : 제1 연소실

14 : 제2 연소실 15 : 수냉식 사이클론 파이프

17 : 연통 21 : 나선형 돌출날개

본 고안은 위와 같은 목적을 달성하기 위해, 벽면 내부에 보일러 용수가 순환되는 물집이 형성되며 외통을 이루는 외부 하우징, 이 외부 하우징 내부 하단에 위치하며 내부에서 액체 연료가 연소되는 제1 연소통, 고체연료 받침판을 사이에 두고 제1 연소통의 위쪽에 설치되며 내부에서 고체 연료가 연소되는 제2 연소통, 제1 연소통에 관통 삽입되어 액체 연료를 발화시키는 버너를 포함하여 구성된 액체 및 고체연료 겸용 보일러에 있어서, 제1 연소통 내에 형성되는 제1 연소실 내부에는 액체연료의 연소를 지연시키도록 저온의 용수가 관유동하는 코일 형상의 수냉식 사이클론 파이프가 설치되어 있는 액체 및 고체연료 겸용 보일러를 제공한다.

이하 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 따라 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2에 도면번호 1로 도시된 바와 같이 본 고안에 따른 액체 및 고체연료 겸용 보일러는 일반적인 액체 및 고체연료 겸용 보일러와 마찬가지로 외통을 형성하는 외부 하우징(2), 액체 또는 고체연료를 각각 연소시키는 제1 및 제2 연소통(5,7) 그리고 연소통(5,7) 내부에 공급되는 액체 또는 고체연료를 발화 연소시키는 버너(11)를 포함하는 기본적인 구성을 가지고 있다.

여기에서, 외부 하우징(2)은 내부에 공간(19)을 형성하는 원통형의 부재로서 보일러 전체의 외부 몸체를 구성할 뿐만 아니라 내부 공간(19)에 연소통(5,7)이 설치되며, 상단에 장착되는 마무리 커버(23)에 의해 밀폐되어 있는데, 커버(23)의 내부에는 단열을 위한 보온재(24)가 내장되어 있으며, 커버(23) 일측에 연통(17)이 관통 설치되어 있다. 또한 하우징 벽면의 내부에 형성된 물집(3)에는 급수라인(25)을 통해 유입되어 배수라인(27)을 통해 유출되는 보일러 용수가 수용되어 있으며, 생활용수 순환용 파이프(31)가 코일 형태로 감겨져 설치되는 워터 쟈켓(29)이 중단 부분에 형성되어 있는데, 파이프(31)의 급수라인(33)과 배수라인(35)은 워터 쟈켓(29)의 바깥쪽 하우징(2) 벽면에 관통 설치되어 있다.

하우징(2)의 내부 하단에 설치된 제1 연소통(5)은 고체 연료가 적재되는 받침판(9)을 사이에 두고 제2 연소통(7)에 연결되어 있으며, 내부에 액체연료가 연소되는 제1 연소실(13)이 형성되어 있고, 액체연료 점화를 위한 버너(11)가 조립되는 버너 조립부(37)부의 끝단이 측벽면에 관통 연결되어 있으며, 액체연료를 분사하는 연료노즐(미도시)도 관통 연결되어 있다.

또한 제2 연소실(14) 내에 액체연료의 급격한 연소를 방지하기 위해 설치되어 있는 수냉식 사이클론 파이프(15)는 코일 형상으로 감겨져 있는 파이프로서 상하 양단부분이 외부 하우징(2)의 물집(3)으로 연결되어 물집(3)에서부터 유입되는 용수의 가열을 촉진시킴과 동시에 상대적으로 저온인 용수를 이용해 액체연료의 연소를 지연시키게 된다.

도 2에 도시된 바와 같이 제1 연소통(5)의 상단에 동축상으로 설치되어 상단부분이 마무리 커버(23)에 관통 삽입되어 외부로 돌출된 제2 연소통(7)은 내부에 고체연료가 적재, 연소되는 제2 연소실(14)이 형성되어 있으며, 도 3에 보다 상세히 도시된 것처럼, 상단 및 중하단의 외주면에 외부 하우징(2)에의 설치를 위한 상하 지지브라켓(41,43)이 부착되어 있는데, 각각의 지지브라켓(41,43)에는 도 3에서 알 수 있듯이 외주면에 복수개의 걸림돌기(44)가 축대칭으로 길게 뻗어 있어 상부 브라켓(41)은 하우징(2)의 상단 에지면 위에, 하부 브라켓(43)은 하우징(2) 안쪽으로 돌출된 워터쟈켓(29)의 상단면 위에 각각 놓여져 고정되도록 한다.

또한, 제2 연소통(7)의 상단 개방부에는 고체연료를 투입하기 위해 개폐되는 뚜껑(45)이 설치되어 있으며, 뚜껑(45)의 내부에는 연소실(14)의 단열을 위한 보온재(47)가 장입되어 있다. 그리고, 제2 연소통(7)의 상단에서 중단까지의 외주면에는 도 3에 보다 상세히 도시된 바와 같이, 외부 하우징(2)의 내주면과의 사이에 형성되는 공간(19)에 나사산 형태로 완만하게 경사진 돌출 날개(21)가 부착되어 제1 연소실(13)에서 연소된 액체 연료의 배기가 외부로 급격히 배출되는 것을 방지하도록 되어 있다.

따라서, 위와 같이 구성된 본 고안에 따른 보일러(1)에 의하면, 먼저 작동 준비 단계로서 뚜껑(45)을 개방하고 적정량의 고체 연료를 제2 연소실(14) 하단의 받침판(9) 위에 적재하여 장입한다. 이때 고체 연료로서 각종 생활 쓰레기나 산업 폐기물을 사용할 수 있으며, 고체 연료의 장입이 완료되면, 버너(11)를 점화시킴과 동시에 액체연료를 제1 연소실(13) 안으로 분사시킴으로써 액체연료의 발화에 의한 1차 연소가 이루어진다. 액체연료가 본격적으로 연소되기 시작하면 수냉식 사이클론 파이프(15) 안에서 흐르는 보일러 용수가 우선적으로 가열되기 시작하며 하우징(2) 하단의 물집(3) 내에 있는 용수도 서서히 가열되기 시작하며, 액체연료의 연소화염이 받침판(9) 위의 고체연료로 전파되면서 고체연료도 발화 연소되기 시작한다.

그런데, 이때 고체연료의 연소를 촉진하기 위해서 액체연료가 공급량이 추가되더라도 수냉식 사이클론 파이프(15) 내에서 관유동하는 상대적으로 저온인 용수로 인해 액체연료의 급격한 연소가 억제되며, 더욱이 액체 및 고체 연료의 불완전 연소 배기나 화염에 의해 날려올라가는 연소 분진은 화기와 함께 하우징(2)과 제2 연소통(7) 사이의 공간(19)으로 유입되면서 돌출날개(21)에 의해 형성된 덕트형태의 관로를 통과하게 되므로 연소시간이 길게 지연되어 보다 완전연소에 가깝게 연소된다.

고체연료의 본격적인 연소를 감지한 온도감지센서에 의해 액체연료의 공급이 차단되면서 보일러(1)내에서는 고체연료만이 연소되는데, 연소가스의 배출이 돌출날개(21)에 의해 지체되므로 고체연료도 서서히 완전연소에 가깝게 연소된다. 또한 연소 화염이 사이클론 파이프(15)에 의해 제1 연소실(13) 내부에서 회전하기 때문에 고체연료와의 접촉면적이 증대되어 연소온도가 1200 내지 1350℃에 육박하게 되므로 생활 쓰레기나 산업 폐기물 소각시 발생하는 다이옥신마저도 모두 소각시킬 수 있으며 따라서 고체연료로서 각종 쓰레기를 안심하고 사용할 수 있게 되고, 이에 따라 보일러(1) 자체로 쓰레기 소각장치를 대체할 수는 부수적인 효과를 얻을 수 있게 된다.

이렇게 해서 물집(3) 내에서 가열된 보일러 용수는 배수라인(27)을 통해 배출되어 난방용으로 사용된 후 급수라인(25)을 통해 회수되는 유동을 반복하면서 순환되며, 워터쟈켓(29) 내에서 보일러 용수에 의해 이차적으로 가열되는 파이프(31)내의 생활용수는 급수라인(33)을 통해 급수원으로부터 용수를 공급받으며, 배수라인(35)을 통해 사용자에게 공급되어 생활용 온수로 사용된다.

이상 언급한 바와 같이, 본 고안에 따른 수냉식 사이클론 파이프를 구비한 액체 및 고체연료 겸용 보일러에 따르면, 액체연료가 연소되는 제1 연소실 내에 수냉식 사이클론 파이프가 설치됨으로써 액체 연료의 급격한 연소를 방지하게 되므로 액체 연료의 불완전 연소가 최대한 억제되어 불완전 연소로 인해 발생되는 유해 배기가스의 양을 최대한 줄일 수 있다.

또한 액체 및 고체연료의 연소가스가 나선형의 돌출날개에 의해 형성되는 덕트 형태의 관로를 통과하게 함으로써 연소시간을 늘리게 되므로 연료의 연소효율을 높일 수 있게 될 뿐 아니라 용수의 가열효율도 향상시킬 수 있게 되며, 고체연료에 대한 연소온도가 1200 내지 1350℃에 이르러 연료의 완전연소가 이루어지므로 쓰레기 소각시 발생하는 다이옥신을 제거할 수 있고 냄새나 연기의 발생이 없으며 연소후 찌꺼기가 발생되지 않아 청소가 편리하다. 결국. 본 발명에 따르면 유지관리가 용이하며 고효율의 에너지를 얻을 수 있는 보일러가 제공된다.

Claims (2)

1. 벽면 내부에 보일러 용수가 순환되는 물집(3)이 형성되며 외통을 이루는 외부 하우징(2), 상기 외부 하우징(2) 내부 하단에 위치하며 내부에서 액체 연료가 연소되는 제1 연소통(5), 고체연료 받침판(9)을 사이에 두고 상기 제1 연소통(5)의 위쪽에 설치되며 내부에서 고체 연료가 연소되는 제2 연소통(7), 상기 제1 연소통(5)에 관통 삽입되어 액체 연료를 발화시키는 버너(11)를 포함하여 구성된 액체 및 고체연료 겸용 보일러(1)에 있어서, 상기 제1 연소통(5) 내에 형성되는 제1 연소실(13) 내부에는 액체연료의 연소를 지연시키도록 저온의 용수가 관유동하는 코일 형상의 수냉식 사이클론 파이프(15)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 및 고체연료 겸용 보일러.
2. 제1 항에 있어서, 상기 외부 하우징(2)의 내주면과 상기 제2 연소통(7)의 외주면 사이의 공간(19)에는 제1 연소실(13)에서 연소된 액체 연료의 배기가 연통(17)을 통해 급격히 배출되는 것을 방지하도록 나선형의 돌출 날개(21)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 및 고체연료 겸용 보일러.