KR200325190Y1 - 폐열의 재활용이 가능한 숯가마 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 숯을 제조하기 위하여 사용되는 숯가마에 관한 것으로, 특히 숯을 제조하는 과정에서 사용하고 남게 되는 폐열을 재활용할 수 있게 이루어진 숯가마장치에 관한 것이다.

종래의 경우 흑탄이나 백탄을 제조하기 위하여 활용되는 각종 숯가마의 경우에는 단지 이들 숯을 제조하기 위한 목적으로만 활용되고 있어, 일단 숯의 제조가 이루어진 다음에도 숯가마에 고온 상태로 남아 있게 되는 여열은 별도로 활용할 방안이 없어 그대로 폐열로서 버리게 되고 다음의 작업이 가능할 정도까지 숯가마 내부의 온도가 냉각된 다음에야 다시 사용되고 있어 경제성이 크게 떨어지고 있다.

본 고안은 이와 같은 종래의 문제를 해소하고자 숯가마를 이용하여 숯을 생산한 다음에 그대로 버려지는 폐열을 경제적으로 재활용이 이루어질수 있도록 인접한 위치에 폐열을 재활용하기 위한 숯가마나 찜질방 등을 포함하는 재활용본체를 설치하고 상호간 폐열의 공급 및 순환이 가능하도록 열교환기 형태로 설치 구성하고, 기타 급탕이나 난방목적으로도 재활용이 가능하도록 하여 에너지의 낭비를 크게 줄이고 경제적으로 활용이 가능하게 된다.

Description

폐열의 재활용이 가능한 숯가마 장치{Charcoal Kiln For Waste Energy Utilization}

본 고안은 숯을 제조하기 위하여 사용되는 숯가마에 관한 것으로, 특히 숯을 제조하는 과정에서 사용하고 남게 되는 폐열을 재활용할 수 있게 이루어진 숯가마장치에 관한 것이다.

종래에 있어서 흑탄이나 백탄을 제조하기 위하여 활용되는 각종 숯가마의 경우에는 도1에 예시한 바와 같이, 숯을 굽기 위하여 입구(1)를 통하여 가마(2)의 내부에 나무를 채워 놓은 상태에서 입구(1)를 밀폐시킨 다음 아궁이(3)를 통하여 불을 지펴 상부의 화구(4)를 통하여 내부로 열기와 화염을 공급하고, 나무의 상부로부터 점화 및 하향 연소가 이루어지면서 연소시 발생되는 연기나 가스 등은 배출구(5) 및 굴뚝(6)을 통하여 외부로 배출시키는 과정을 거쳐 숯을 제조할 수 있게 이루어져 있다.

그런데 이러한 형태를 이루는 종래의 숯가마는 단지 이들 숯을 제조하기 위한 목적으로만 활용되고 있어, 일단 숯의 제조가 이루어진 다음에 숯가마(2)의 내부에 고온 상태로 남아 있게 되는 여열은 별도로 활용할 방안이 없어 그대로 자연냉각 상태로 며칠씩이나 방치하여 그대로 외부로 버리게 되고 작업자가 숯가마(2)의 내부로 들어갈수 있을 정도로 냉각되어 다음의 작업이 가능할 정도까지 냉각된 다음에야 다시 숯을 만드는 작업을 재개하고 있는 형편이다.

물론, 종래에도 이렇게 버려지는 열을 어느 정도 활용하고자 소정의 온도에까지 냉각되면 숯가마(2) 자체의 내부공간을 찜질방으로 활용하는 방안이 실행되고 있으나 이 경우에는 숯가마로서의 역할을 수행한 다음에만 한정된 시간동안 활용하는 정도이고 그때 끄때마다 형편이 허락하는 범위에서만 활용이 가능한 관계로 필요한 시기에 곧바로 활용할 수 없어 경제성이 크게 떨어지고 있다.

또한, 숯가마의 경우에 주로 황토를 포함한 흙을 주재료로 이용하여 제조되어 내부에서 숯을 제조할 정도로 고온의 상태로 가열이 이루어지게 되면 신체에 유익한 원적외선이나 기타의 열기가 발산되게 되고 더우기 숯을 제조하는 과정에서 숯으로부터 발생되는 정화, 탈취 등의 유익한 효과를 이미 보편적으로 어느 누구나 인지하고 있는 상황이고 이러한 유익한 효과를 활용할수 있다면 바람직하겠다고 기대하고는 있지만, 실제로 이를 활용하는 기술은 거의 없는 실정인 것이다.

본 고안은 이와 같은 종래의 문제를 해소하면서 기존의 숯가마가 가지고 있는 신체에 유익한 효과를 활용하면서 숯의 제조후에 발생되는 폐열을 보다 경제적이고도 효과적으로 활용하여 에너지를 절감할 수 있는 방안을 강구하여 보자는 취지에서 개발이 이루어졌다.

본 고안의 주목적은 숯가마를 이용하여 숯을 생산한 다음에 그대로 버려지는 폐열을 경제적으로 재활용이 이루어질수 있도록 기본적인 역할을 하는 폐열발생원으로서 숯가마본체를 설치하고 이 숯가마본체와 인접한 위치에 별도의 숯가마나 찜질방과 같은 폐열재활용 본체를 단독 또는 복수개 마련하고 이들 상호간 폐열의 공급 및 순환이 가능하도록 서로 연결되는 열교환기로서 유로를 각각 구성하고 이들유로의 중간엔 유로의 개폐 및 강제적인 급송을 목적으로 활용되는 제어기구나 강제급송기구를 설치하여 필요시엔 폐열재활용 본체를 가열시키는데 활용하고자 하는데 있다.

본 고안의 다른 목적은 위의 숯가마장치에 직접적으로 설치하거나 별도로 마련된 열교환기를 이용하여 숯의 제조 후에 남게 되는 폐열을 급탕이나 난방목적으로도 재활용이 가능하도록 하여 에너지의 낭비를 크게 줄이고 경제적이면서도 보다 효과적으로 활용이 가능하도록 하고자 하는데 있다.

도1은 종래의 숯가마를 예시한 일부 절결 사시도,

도2는 본 고안에 의한 개념을 설명하기 위한 계통도,

도3은 도2에 예시한 계통도를 토대로 구체적으로 예시한 장치의 일례를 보여주는 일부 절결 사시도,

도4는 도3에서 예시한 제어기구의 바람직한 일례를 나타낸 종단면도,

도5는 본 고안에 의한 또 다른 개념을 예시한 계통도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1:입구, 2:가마,

3:아궁이, 4:화구,

5:배출구, 6:굴뚝,

10:숯가마본체, 20:폐열재활용본체,

30:열교환기, 32:상부 유통로,

33:순환파이프, 34:하부 유통로,

36:제어기구, 37:모래,

38:강제급송기구, 39:개폐판재

본 고안은 이와 같은 목적들을 달성하기 위하여, 숯을 굽기 위하여 입구를 통하여 가마의 내부에 나무를 채워 놓은 상태에서 입구를 밀폐시킨 다음 아궁이를 통하여 불을 지펴 상부의 화구를 통하여 내부로 열기를 공급하고, 나무의 상부로부터 점화 및 연소가 이루어지면서 연소시 발생되는 연기나 가스 등은 배출구 및 굴뚝을 통하여 외부로 배출시키는 과정을 거쳐 숯을 제조할 수 있게 숯가마본체가 이루어지되, 상기 숯가마본체와 인접된 위치에 숯가마, 찜질방 등을 포함하는 폐열 재활용 본체를 마련하고, 상기 숯가마 본체와 상기 폐열재활용 본체의 사이에는 상기 숯가마본체로부터 발생되는 폐열을 폐열재활용 본체에 전달하기 위한 열교환기를 설치하여 이루어지는 숯가마 장치를 제공한다.

다음, 위에서 사용되는 열교환기의 형태는 상기 숯가마 본체와 상기 폐열재활용 본체와의 사이에 직접 서로 공기의 흐름을 주고 받도록 연통되는 상,하부 유통로를 각각 형성하고 그 중 일측에 제어기구를 설치하고 다른 일측엔 강제 순환용급송팬과 같은 강제급송기구을 설치하여 이루어지는 형태로 구성하거나 아니면 상기 숯가마 본체와 상기 폐열재활용 본체와의 사이에 간접적으로 폐열의 전달이 이루어지도록 하는 형태로서 서로 열매체의 흐름에 의하여 폐열을 주고 받도록 열매체가 이동되는 순환파이프가 설치되고, 상기 순환파이프의 중간 부위에 제어밸브 형태의 제어기구와 열매체의 강제순환용 펌프 형태인 강제급송기구가 설치되어 이루어지는 형태의 숯가마 장치가 제공된다.

이하, 첨부된 도면에 의거 본 고안에 대한 바람직한 실시예를 중심으로 보다 상세하게 살펴보기로 한다.

이들 다양한 실시예의 경우에는 공통적으로, 숯을 굽기 위하여 입구(1)를 통하여 가마(2)의 내부에 나무를 채워 놓은 상태에서 입구(1)를 밀폐시킨 다음 아궁이(3)를 통하여 불을 지펴 상부의 화구(4)를 통하여 내부로 열기와 화염을 공급하고, 나무의 상부로부터 점화 및 하향 연소가 이루어지면서 연소시 발생되는 연기나 가스 등은 배출구(5) 및 굴뚝(6)을 통하여 외부로 배출시키는 과정을 거쳐 숯을 제조할 수 있게 숯가마본체(10)가 이루어지되, 상기 숯가마본체(10)와 인접된 위치에 숯가마, 찜질방 등을 포함하는 폐열재활용 본체(20)를 마련하고, 상기 숯가마 본체(10)와 상기 폐열재활용 본체(20)의 사이에는 상기 숯가마본체(10)로부터 발생되는 폐열을 폐열재활용 본체(20)에 전달하기 위한 열교환기(30)를 설치하여 이루어진다.

이때, 위에서 사용되는 열교환기(30)의 형태는 도2 및 도3에 도시한 바와 같이 상기 숯가마본체(10)와 상기 폐열재활용 본체(20)와의 사이에 직접 서로 공기의흐름을 주고 받도록 연통되는 상,하부 유통로(32,34)를 각각 형성하고 그 중 일측에 제어기구(36)를 설치하고 다른 일측엔 강제 순환용으로 급송팬과 같은 강제급송기구(38)를 설치하여 이루어지는 형태로 구성할 수 있다.

이때, 상기 제어기구(36)의 경우에 숯가마본체(10)의 내부 폐열의 온도는 초기에 500 내지 1,000℃에 이를 정도로 고온 상태를 유지하게 되므로 열풍의 흐름에 대한 단속이나 그 유량을 조절하기 위하여 사용되는 일반적인 밸브체의 경우에는 이러한 고열에 견디기 어려우므로 도4에 도시한 바와 같이 고온에서도 견딜수 있도록 상부 유통로(32)의 중간부위로서 내부에 끼워 설치되는 개폐판재(39,39)의 사이 공간에 모래(37)를 채워 넣은 형태로 제작하여 활용할 수 있다.

또한, 도5에 예시한 바와 같이, 상기 숯가마본체(10)와 상기 폐열재활용 본체(20)와의 사이에 간접적으로 폐열의 전달이 이루어지도록 하는 형태로서 서로 열매체의 흐름에 의하여 폐열을 주고 받도록 열매체가 이동되는 순환파이프(33)가 설치되고, 상기 순환파이프(33)의 중간 부위에 제어밸브 형태의 제어기구(36)와 열매체의 강제순환용 펌프 형태인 강제급송기구(38)가 설치되어 이루어지는 형태로 구성할 수 있다.

전술한 폐열재활용 본체(20)의 경우에는 단일의 형태나 2개 이상 복수개를 동시에 설치하여 활용이 가능한데, 이는 숯가마본체(10)에서 발생되는 폐열의 전체적인 열량이나 폐열재활용 본체(20)의 필요한 수효 등의 요인에 따라 적절하게 선택하여 활용할 수 있다.

더우기, 폐열재활용 본체(20)의 내부에 위치하는 순환파이프(33)는 그 자체로 방열이 이루어지도록 하여 활용하거나 아니면 별도로 예시하지는 아니하였으나 열효율을 높히기 위한 목적으로 별도의 라디에이터를 설치하여 활용하는 방안도 고려하여 볼 수 있다.

또한, 숯가마본체(10)의 위치에 있게 되는 순환파이프(33)는 별도로 예시하지는 아니하였으나 숯가마본체(10)를 이루는 벽체(12)의 내측으로서 나무를 쌓아 놓는 공간(14)에 직접 설치하게 되면 숯가마본체(10)의 내부온도가 너무 높아 견디기 어려우므로, 도5에 도시한 바와 같이 상대적으로 온도가 낮은 상태를 유지하게 되는 숯가마본체(10)를 이루는 벽체(12)의 내부 속에 숯가마본체(10)의 시공시에 일체로 매립된 형태인 고정형으로 미리 설치하여 구성하거나 아니면 별도로 이동식으로 제작하고 평상시엔 숯가마본체(10)의 외측에 보관하였다가 필요시에만 숯가마본체(10)의 내부로 이동시켜 활용하는 방안을 고려하여 볼 수 있다.

전술한 바와 같이 이루어지는 본 고안인 숯가마 장치의 경우에 다음과 같이 그 작동이 이루어지게 된다.

본 고안에서 채택 활용되는 폐열재활용 본체(20)는 숯가마나 찌질방 등으로 활용이 이루어질 수 있는데, 도2 및 도3에 예시한 형태의 직접적인 열교환기(30)에 의한 방식은 모두 채택하여 활용이 가능하고, 도5에 예시한 간접적인 열교환기(30)에 의한 방식의 경우에는 찜질방으로 활용하는 경우에 보다 유리하게 활용할 수 있게 된다.

우선, 숯가마본체(10)의 내부에서 숯을 굽기 위하여 입구(1)를 통하여 가마(2)의 내부에 나무를 채워 놓은 상태에서 입구(1)를 밀폐시킨 다음 아궁이(3)를 통하여 불을 지펴 상부의 화구(4)를 통하여 내부로 열기와 화염을 공급하고, 나무의 상부로부터 점화 및 하향 연소가 이루어지면서 연소시 발생되는 연기나 가스 등은 배출구(5) 및 굴뚝(6)을 통하여 외부로 배출시키는 과정을 거쳐 숯을 제조하게 된다. 이때, 상,하부 유통로(32,34)나 순환파이프(33)는 제어기구(36)를 조절하여 숯가마본체(10)의 내부 열기나 순환파이프(33)의 내부에 있던 열매체의 유동이 발생하지 않도록 하여야 한다.

숯의 제조가 종료된 다음에 숯가마본체(10)의 내부에 남아 있는 폐열을 재활용하기 위한 방안으로서 우선 필요한 부위에 위치하는 폐열재활용 본체(20)을 선정하고 숯가마로 활용하고자 하는 경우에는 내부에 입구(1)를 통하여 숯을 제조하고자 하는 나무를 미리 채곡채곡 세워 쌓아 놓은 다음 입구(1)를 막아 놓고, 찜질방으로 활용하고자 하는 경우에는 그대로 비워 놓은 상태에서 입구(1)를 막아 놓고나서 상,하부 유통로(32,34) 또는 순환파이프(33)에 설치되어 있던 제어기구(36)를 조절하여 개방시키고 강제급송기구(38)를 가동시키게 되면, 숯가마본체(10)의 내부 열기나 순환파이프(33)의 내부에 있던 열매체의 유동이 시작되어 이들 열교환기(33)에 의한 폐열의 순환작동이 시작되게 된다.

이때, 상,하부 유통로(32,34)의 경우에는 숯가마본체(10)의 내부에 있던 열기가 상부 유통로(32)를 거쳐 폐열재활용 본체(20)로 급송이 이루어지고 순환파이프(33)의 경우에는 내부에 채워져 있던 열매체가 급송되면서 열매체로부터 열이 발산되면서 열전달이 이루어져 폐열재활용 본체(20)의 내부를 가열시키고, 이와 같이 가열시키면서 냉각된 공기는 하부 유통로(34)를 거쳐 다시 숯가마본체(10)로 복귀하거나 폐열재활용 본체(20)의 내부에 위치하는 순환파이프(33) 내부의 열매체는 냉각된 상태로 수차가마본체(10)의 내부에 위치하는 순환파이프(33)로 급송이 이루어지는 작동이 이루어지는 순환 작동이 연속적으로 이루어지면서 폐열에 의한 폐열재활용 본체(20)의 가열작동이 이루어지게 되는 것이다.

이와 같은 폐열에 의한 폐열재활용 본체(20)의 내부 온도가 소정 온도에 다다르게 되면 위와 같은 열교환기(30)에 의한 가열작동을 제어기구(36) 및 강제급송기구(38)에 의하여 작동을 중지시키고, 다른 폐열을 필요로 하는 부위로 다음의 작동을 수행하도록 하면 된다.

물론, 이와 같이 가열이 이루어진 폐열재활용 본체(20)의 경우에는 사용하는 목적에 따라, 예를 들면, 찜질방으로 활용하는 경우에는 입구(1)를 개방하고 찜질을 하고자 하는 사람이 사용할 수 있도록 하면 되고, 또한 숯가마로 활용하고자 하는 경우에는 이미 공간(14)의 내부에 채워진 나무를 포함하여 숯가마 자체의 내부온도를 예열시키기 위한 온도까지 예열이 이루어진 상태이므로 이 상태에서 곧바로 점화 내지는 연소에 의한 본작업을 수행할수 있게 되므로 연료비를 크게 절감할 수 있게 된다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 고안인 장치에 의하면, 숯가마를 이용하여 숯을 생산한 다음에 그대로 버려지는 폐열을 경제적으로 재활용이 이루어질수 있도록 기본적인 역할을 하는 폐열발생원으로서 숯가마본체를 설치하고 이 숯가마본체와 인접한 위치에 별도의 숯가마나 찜질방과 같은 폐열재활용 본체를 단독 또는 복수개마련하고 이들 상호간 폐열의 공급 및 순환이 가능하도록 서로 연결되는 열교환기로서 유로를 각각 구성하고 이들 유로의 중간엔 유로의 개폐 및 급송을 목적으로 활용되는 제어기구나 강제순환기구를 설치하여 폐열재활용 본체를 가열시키는데 활용할수 있고, 위의 숯가마본체에 직접적으로 설치하거나 별도로 마련된 열교환기를 이용하여 숯의 제조 후에 남게 되는 폐열을 급탕이나 난방목적으로도 재활용이 가능하도록 하여 에너지의 낭비를 크게 줄이고 경제적이면서도 보다 효과적으로 활용이 가능한 등의 우수한 효과를 갖는다.

Claims (4)

1. 숯을 굽기 위하여 입구(1)를 통하여 가마(2)의 내부에 나무를 채워 놓은 상태에서 입구(1)를 밀폐시킨 다음 아궁이(3)를 통하여 불을 지펴 상부의 화구(4)를 통하여 내부로 열기와 화염을 공급하고, 나무의 상부로부터 점화 및 하향 연소가 이루어지면서 연소시 발생되는 연기나 가스 등은 배출구(5) 및 굴뚝(6)을 통하여 외부로 배출시키는 과정을 거쳐 숯을 제조할 수 있게 숯가마본체(10)가 이루어지되,

   상기 숯가마본체(10)와 인접된 위치에 숯가마, 찜질방 등을 포함하는 폐열재활용 본체(20)를 마련하고,

   상기 숯가마 본체(10)와 상기 폐열재활용 본체(20)의 사이에는 상기 숯가마본체(10)로부터 발생되는 폐열을 폐열재활용 본체(20)에 전달하기 위한 열교환기(30)를 설치하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐열의 재활용이 가능한 숯가마장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 열교환기(30)의 형태가 상기 숯가마본체(10)와 상기 폐열재활용 본체(20)와의 사이에 직접 서로 공기의 흐름을 주고 받도록 연통되는 상,하부 유통로(32,34)를 각각 형성하고 그 중 일측에 제어기구(36)를 설치하고 다른 일측엔 강제 순환용으로 강제급송기구(38)를 설치하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐열의 재활용이 가능한 숯가마장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제어기구(36)가 상부 유통로(32)의 중간부위로서 내부에 끼워 설치되는 개폐판재(39,39)의 사이 공간에 모래(37)를 채워 넣은 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐열의 재활용이 가능한 숯가마장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 열교환기(30)의 형태가 상기 숯가마본체(10)와 상기 폐열재활용 본체(20)와의 사이에 간접적으로 폐열의 전달이 이루어지도록 하는 형태로서 서로 열매체의 흐름에 의하여 폐열을 주고 받도록 열매체가 이동되는 순환파이프(33)가 설치되고, 상기 순환파이프(33)의 중간 부위에 제어밸브 형태의 제어기구(36)와 열매체의 강제순환용 펌프 형태인 강제급송기구(38)가 설치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐열의 재활용이 가능한 숯가마장치.