KR20040014773A - 성형연료 연소기 및 그 열을 이용한 온풍 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 성형연료 연소기 및 그 열을 이용한 온풍 제조 방법에 관한 것으로, 그 목적은 성형연료를 자동으로 공급하고, 바닥판을 회전시킴으로써 폐플라스틱과 고형탄화물을 혼합한 성형연료를 자동제어 방식으로 연소시키는 연소기와 이 연소기를 이용하여 열교환용 공기를 배가스와 접촉시킨 후, 방열판이 부착된 열교환기를 통과시킴으로 해서 열이용 효율을 극대화한 온풍 발생 방법을 제공하는데 있다. 본 발명의 구성은 성형연료를 자동으로 투입하는 연료 투입기; 투입된 성형연료를 초기 점화시키는 점화용 버너 ; 점화된 성형연료가 용융변형에 의하여 하부로 누출되는 것을 방지하고 연속식 운전이 가능하도록 하는 회전판 ; 점화된 성형연료가 지속적으로 연소를 유지할 수 있도록 구동모터 주변을 통하여 회전판 중심부에서 외곽방향으로 연소용 공기를 투입하는 연소공기 투입구; 과잉공급 되거나 점화되지 않은 성형연료의 이송을 방지하는 방지판 및 재배출 유도판 ; 연소가 완결되어 남은 연소재를 배출시키는 연소재 배출장치 및 배출구; 성형연료의 연소에서 발생하는 연소열을 회수하는 열교환기; 열교환용 공기를 예열하는 예열기를 포함하여 구성한 장치 및 이를 이용한 온풍발생방법을 기술적 특징으로 한다.

Description

성형연료 연소기 및 그 열을 이용한 온풍 제조 방법{Molded fuel combustor and the method generating hot air using the heat}

본 발명은 성형연료 연소기 및 그 열을 이용한 온풍 제조 방법에 관한 것으로, 자세하게는 폐플라스틱과 고형탄화물을 혼합하여 제조한 연료를 연소시키는 연소기와, 그 열을 이용하여 2차례 열교환하여 온풍을 제조하는 방법에 관한 것이다.

현재 비닐하우스나 화훼단지 등에 사용되고 있는 농업용 온풍기는 원통형 드럼내에서 버너로 경유를 연소시키고 원통외부로 공기를 흘리면서 열교환하는 방식이 대부분이다.

이 방식은 열교환 면적이 작고 접촉시간이 짧아서 열이용 효율이 75%정도에 그치고 있으며 고가의 경유를 연료로 사용하기 때문에 수익구조에 지대한 영향을 미치고 있다.

1999년 기준으로 전국에서 별도의 난방이 필요한 비닐하우스는 1만여 ha에 이르며 겨울철 5개월 동안 130만 ㎘의 경유가 소비되고 있지만, 경유가격이 급증함에 따라 연탄, 목재 등으로 연료 다변화를 시도하고 있다.

이러한 연료들을 사용하는 연소기에서는 연소기 및 온풍기의 온도제어와 자동화가 어려워 많은 불편을 겪고 있고, 연료의 발열량이 유류에 비하여 상대적으로 낮아 이를 보완하는 성형연료로서 고형탄화물과 폐플라스틱을 혼합한 성형연료가 개발된 상태이다.

종래의 기술로는 RDF(Refuse Derived Fuel)를 연소시키는 화격자 방식이 있으나, RDF는 성형연료와 비교하여 10배 이상의 크기를 가지고 있어 연소 제어가 쉽지 않고 연료 내부로 공기의 확산이 어려워 폐플라스틱을 함유하는 RDF의 경우에는 그을음이 많이 발생하는 단점이 있다.

한편, 폐플라스틱과 고형탄화물이 혼합된 성형연료는 연소가 진행되는 과정에 먼저 용융, 변형이 일어나고 폐플라스틱이 연소된 후에는 고형탄화물 입자가 독립적으로 존재하게 되어 일반적인 화격자 방식으로는 안정적인 연소를 시키기 어렵게 되어 새로운 연소기가 필요하게 되었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 성형연료를 자동으로 공급하고, 바닥판을 회전시킴으로써 폐플라스틱과 고형탄화물을 혼합한 성형연료를 자동제어 방식으로 연소시키는 연소기를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기의 성형연료 연소열을 회수, 이용함에 있어서, 열교환용 공기를 배가스와 접촉시킨 후, 방열판이 부착된 열교환기를 통과시킴으로 해서 열이용 효율을 극대화한 온풍 발생 방법을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명 연소기의 개략적인 구성도,

도 2는 도 1 예열부의 세부 상세도,

도 3은 도 1 열교환기의 세부 상세도,

도 4는 도 1 연소로의 세부 상세도,

도 5는 도 1 연료 투입장치의 세부 상세도,

도 6은 공정의 공기흐름도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1) : 공기 예열부 (2) : 열교환기

(3) : 연소로 (4) : 연소공기 유입부

(5) : 회전판 동력부 (6) : 연료투입장치

(7) : 초기점화용 버너(가스용) (8) : 연소공기용 송풍기

(9) : 열교환용공기 송풍기

(1-1) : 연소가스배출구 (1-2) : 열교환용 공기입구

(1-3) : 공기출구 및 열교환기입구 (2-1) : 열교환기 상·하부

(2-2) : 열교환기 측면

(3-1) : 플라스틱 용융접착 방지판 및 재배출 유도판

(3-2) : 연소공기 유입구 (3-3) : 회전판(화격자)

(3-4) : 연소공기 투입구 (3-5) : 재배출구

(3-6) : 재받이 (3-7) : 연료투입구

(3-8) : 버너분사구 (3-9) : 관측구

(6-1) : 연료통 (6-2) : 연료투입 자동밸브 1

(6-3) : 연료투입 자동밸브 2

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 연소기에 폐플라스틱과 고형탄화물로 구성된 성형연료를 공급하여 연소시 발생되는 열과 열교환하여 온풍을 발생시키는 장치에 있어서,

열교환용 공기 송풍기(9)를 통해 공급되는 공기가 일측면 열교환용공기입구 (1-2)를 통해 유입된 후 배기가스가 배출되는 연소가스 배출구(1-1) 주변을 지나면서 1차 열교환하여 예열된 후 타측면에 형성된 공기출구 및 열교환기 입구(1-3)를 통해 열교환기(2)로 공급되도록 구성한 공기예열부(1)와,

상기 공기예열부 하부와 결합되어 위치하여 공기출구 및 열교환기 입구(1-3)로부터 공급되는 공기가 연소로에서 연소된 연소배가스가 통과하는 다수의 관 주위를 통과하면서 2차 열교환 후 타측면에 형성된 배출구를 통해 배출되도록 구성된 열교환기(2)와,

상기 열교환기 하부와 결합되어 외부 측면에 설치된 초기점화용 버너(7)의 끝단에 형성된 버너 분사구(3-8)가 내부에 삽입되고, 일측에 설치된 연료투입구(3-7)로부터 공급된 연료가 회전하는 회전판(3-3)에서 연소공기 투입구(4)로부터 공급된 연소용 공기와 함께 회전하면서 연소되도록 구성되며, 상기 회전판(3-3)의 중앙부에는 공기 유입구(3-2)에 공기를 공급하는 다수의 연소공기 투입구(3-4)가 형성된 연소로(3)와;

상기 연소로(3)하부에 설치되어 연소공기 투입구(3-4) 및 공기 유입구(3-2)에 연소용 공기를 공급하도록 구성된 연소용 공기유입부(4)와;

상기 연소용 공기유입부(4)를 관통하여 연소로(3)의 하부를 이루는 회전판(3-3)에 결합되어 회전력을 전달하는 회전판 동력부(5)와;

상기 연료투입구(3-7)를 통해 연소로(3)에 연료를 공급하도록 성형연료를 충전한 연료통(6-1)과, 이 연료통 하부에 위치한 연료투입자동밸브1(6-2)과, 연료투입자동밸브2(6-3)로 구성된 연료투입장치(6)와;

상기 연소용 공기유입부(4)에 연소용 공기를 공급하는 연소공기용 송풍기(8)와;

상기 열교환용공기입구(1-2)에 열교환용 공기를 공급하는 열교환용공기 송풍기(9)로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 연소로(3)의 회전판(3-3)의 중앙에 돌출 형성된 연소 공기 유입구(3-2)와 서로 높이를 달리하는 다수의 플라스틱용융접착방지판 및 재배출유도판(3-1)이결합되어 회전하면서 플라스틱 용융시 바닥에 붙는 것을 방지하고, 원활하게 재가 배출되도록 구성한 것을 특징으로 한다.

상기 회전판(3-3) 중앙부에는 돌출 형성된 공기 유입구(3-2) 및 연소공기 투입구(3-4)에 공급되는 공기는 회전판의 회전방향과 반대방향으로 중앙에서 사방으로 분사하도록 구성한 것을 특징으로 한다.

상기 연료투입장치(6)의 연료투입자동밸브1(6-2)과, 연료투입자동밸브2(6-3)는 회전판(3-3)과 센서로 연결되어 자동으로 연료 투입되도록 구성한 것을 특징으로 한다.

상기 열교환기의 내부에 설치된 관은 전열면적 및 열전도를 크게 하기 위해 알루미늄 합금의 얇은 방열핀이 표면에 부착된 것을 특징으로 한다.

상기 연료투입장치(6)의 연료통(6-1)에 충전되는 성형연료는 폐플라스틱과 고형탄화물을 1 : 9 ∼ 9 : 1로 혼합하여 제조한 직경 1∼20㎜의 성형연료를 충전하여 사용하는 것을 특징으로 한다.

상기 회전판 동력부(5)의 회전속도는 1 ~ 10rpm 범위로 조절기(도시 없음)에서 조절하도록 구성한 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 폐플라스틱과 고형탄화물을 혼합한 성형연료의 연소방법에 있어서,

상부 예열부로 열교환용 공기를 공급하여 연소후 배출되는 배가스의 열과 1차 열교환되어 예열시키고, 이를 열교환기에 공급하여 통과시킴으로써 예열된 열교환용 공기가 2차로 열교환되어 온풍이 발생되도록 하고, 연소실에 공급되는

폐플라스틱과 고형탄화물(석탄, 하수슬러지, 목재)을 1:9 ~ 9:1로 혼합하여 제조한 직경 1 ~ 20㎜의 성형연료는 회전하는 회전판에서 연소시키되, 회전판 하부로부터 공급되는 연소용 공기는 회전판의 회전방향과 반대방향으로 중앙에서 사방으로 공급하면서 연소시켜, 발생된 연소열이 상부의 열교환기 및 예열부를 통과하면서 열교환용 공기와 열교환토록 하는 온풍의 제조방법을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명 연소기의 개략적인 구성도이고, 도 2는 도 1 예열부의 세부 상세도이며, 도 3은 도 1 열교환기의 세부 상세도이고, 도 4는 도 1 연소로의 세부 상세도이며, 도 5는 도 1 연료 투입장치의 세부 상세도를 도시하고 있는데, 본 발명은 기본적으로 열교환용 공기예열부(1), 열교환기(2), 연소로(3), 연소공기 유입구(4), 회전판 동력부(5), 연료투입장치(6), 초기점화용 버너(7), 연소용 공기 송풍기(8), 열교환용 공기 송풍기(9)로 구성되어 있다.

상기 열교환용 공기예열부(1)는 열교환용 공기 송풍기(9)를 통해 공급된 공기가 열교환용공기입구(1-2)를 통해 유입된 후 배기가스가 배출되는 연소가스 배출구(1-1) 주변을 지나면서 1차 열교환 하고, 열교환된 공기는 공기출구 및 열교환기 입구(1-3)를 통해 그대로 열교환기(2)로 들어간다. 이 열교환기는 총 37개의 관으로 구성되어 있으며 전열면적 및 열전도를 크게 하기 위해서 알루미늄 합금의 얇은 방열핀을 부착하여 효율을 높였다. 이러한 모습이 도 3의 열교환기 상하부(2-1)과 열교환기 측면(2-2)모습에 도시되어 있다.

상기 연소로(3)는 외부 측면에 설치된 초기점화용 버너(7), 플라스틱용융접착방지판 및 재배출유도판(3-1), 연소공기 유입구(3-2), 회전판(3-3), 연소공기 투입구(3-4), 재배출관(3-5), 재받이(3-6), 연료투입구(3-7), 버너 분사구(3-8), 관측구(3-9)로 구성되어 있다.

상기 회전판(3-3)과 연료투입구(3-7)는 센서(도시 없음)로 연결되어 있어서 자동으로 연료를 공급할 수 있도록 되어있고,

회전판(3-3)은 회전판 동력부(5)에 의해서 작동하며 회전속도는 1 ~ 10rpm 범위에서 조절기(도시 없음)로 조절할 수 있도록 되어있다.

회전판(3-3)의 회전속도는 1회전에 완전연소가 될 수 있도록 조절하고 재배출관(3-5)은 도 4의 플라스틱 용융접착 방지판 및 재배출 유도판(3-1)의 회전에 의해 자동으로 재가 밖으로 배출되도록 되어있다. 또한 이 플라스틱 용융접착 방지판 및 재배출 유도판(3-1)은 플라스틱이 용융시 바닥에 붙는 것을 막아 주는 역할도 같이 하게 된다.

상기 재받이(3-6)는 사용이 쉽도록 탈·부착식으로 설치하였고,

상기 연료투입구(3-7)와 버너분사구(3-8) 및 관측구(3-9)는 인접 공간에 위치하고 있다.

상기 연소 공기 유입구(4)는 연소공기용 송풍기(8)로부터 공급된 공기가 유입되는 곳으로, 이곳을 통해 유입된 연소용 공기는 연소로(3) 하단을 통하여 중앙에서 사방으로 분사되도록 설계되었다. 즉, 연소로 하단에 위치한 연소공기 투입구(3-4)를 통해 연소로 중앙에서 상부로 투입된 후 연소공기 유입구(3-2)를 통해 분사되면서 연료의 연소를 용이하게 하는데, 이때 회전판(3-3)의 회전방향과 역방향(4곳)으로 분사되도록 설계했다.

상기 회전판 동력부(5)는 연소공기 유입부(4) 하단에 위치하는데 이곳은 rpm조절기(도시 없음)와 연결되어 회전판(3-3)의 회전수를 조절하게 된다.

상기 초기점화용 가스버너(7)는 LPG가스 또는 유류를 연료로 사용하며 연료 투입시 점화작용을 할 수 있도록 되어 있는데 연소로(3)와는 버너분사구(3-8)를 통해 연결된다.

상기 연료투입장치(6)는 연료투입구(3-7)를 통해 연소로(3)에 투입되는데, 이 연료투입장치는 상부에 위치한 연료통(6-1)과, 이 연료통 하부에 위치한 연료투입자동밸브1(6-2)과, 연료투입자동밸브2(6-3)로 구성된다.

상기 연료통(6-1)에는 폐플라스틱과 고형탄화물을 1:9 ~ 9:1로 혼합하여 제조한 직경 1 ~ 20㎜의 성형연료를 충전하여 공급하는데, 상기 고형탄화물로는 석탄, 하수슬러지, 목재 등을 사용하여 폐플라스틱과 혼합하여 성형연료를 만들어 연료통인 호퍼에 저장한다. 이와 같은 성형연료는 자동 연료투입장치(6)를 통해 연소기내에 공급하여 버너로 초기점화 시킨 후 회전판의 회전과 중앙에서 공급되는 연소용공기로 연소를 지속시키고 재배출구를 통하여 회재를 배출하게 된다.

마지막으로 관측구(3-9)가 있는데 이곳은 연소로의 연소상태를 관측하여 각 장치의 조정을 이롭게 하는데 그 기능이 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 도 6은 공정의 공기흐름도에 도시된 바와 같이 열교환용공기송풍기(9)로부터 공급된 공기가 열교환용 공기입구(1-2)를 통해 예열부(1)로 유입되어 연소후 연소가스 배출구(1-1) 부근에서 1차 열교환 된후 다시 공기출구 및 열교환기입구(1-3)를 통해 열교환기(2)로 유입된 후 2차적으로 열교환된 후 배출되는 열교환 순환 경로를 가진다.

또한 연소용 공기 송풍기로(8)로부터 공급된 연소용 공기는 연소공기유입부 (4)를 통해 연소로(3)에 공급되어 원료에 산소를 공급하여 연소시킨 후 열교환기 (2)를 거치면서 열교환용 공기와 열교환되고, 다시 예열부(1)에서 열교환용 공기와 열교환된 후 연소가스 배출구(1-1)를 통해 배출된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 배가스와 2차례에 걸쳐 공급되는 열교환용 공기가 열교환됨으로서 열교환 효율이 높아 에너지를 절약하게 되는 장점과, 성형 연료를 회전 연소시킴으로써 점화된 성형연료가 용융변형에 의하여 하부로 누출되는 것을 방지하여 연속식 운전이 가능하다는 장점과, 연소용 공기가 회전하는 회전판의 방향과 반대로 공급됨으로써 연소효율이 높아지는 장점과, 용융된 성형 연료의 찌꺼기는 회전하는 플라스틱 용융접착 방지판 및 재배출 유도판이 배출시킴으로서 회전판의 상태를 최적으로 유지한다는 장점과, 연료공급 또한 연료자동공급밸브와 회전판에 설치된 센서가 연동되어 자동 공급됨으로서 인력을 절감하는 등의 장점이 있어서 산업상 이용이 기대되는 발명인 것이다.

Claims (8)

1. 연소기에 폐플라스틱과 고형탄화물로 구성된 성형연료를 공급하여 연소시 발생되는 열과 열교환하여 온풍을 발생시키는 장치에 있어서,

   열교환용 공기 송풍기(9)를 통해 공급되는 공기가 일측면 열교환용공기입구 (1-2)를 통해 유입된 후 배기가스가 배출되는 연소가스 배출구(1-1) 주변을 지나면서 1차 열교환하여 예열된 후 타측면에 형성된 공기출구 및 열교환기 입구(1-3)를 통해 열교환기(2)로 공급되도록 구성한 공기예열부(1)와,

   상기 공기예열부 하부와 결합되어 위치하여 공기출구 및 열교환기 입구(1-3)로부터 공급되는 공기가 연소로에서 연소된 연소배가스가 통과하는 다수의 관 주위를 통과하면서 2차 열교환 후 타측면에 형성된 배출구를 통해 배출되도록 구성된 열교환기(2)와,

   상기 열교환기 하부와 결합되어 외부 측면에 설치된 초기점화용 버너(7)의 끝단에 형성된 버너 분사구(3-8)가 내부에 삽입되고, 일측에 설치된 연료투입구(3-7)로부터 공급된 연료가 회전하는 회전판(3-3)에서 연소공기 투입구(4)로부터 공급된 연소용 공기와 함께 회전하면서 연소되도록 구성되며, 상기 회전판(3-3)의 중앙부에는 공기 유입구(3-2)에 공기를 공급하는 다수의 연소공기 투입구(3-4)가 형성된 연소로(3)와;

   상기 연소로(3)하부에 설치되어 연소공기 투입구(3-4) 및 공기 유입구(3-2)에 연소용 공기를 공급하도록 구성된 연소용 공기유입부(4)와;

   상기 연소용 공기유입부(4)를 관통하여 연소로(3)의 하부를 이루는 회전판 (3-3)에 결합되어 회전력을 전달하는 회전판 동력부(5)와;

   상기 연료투입구(3-7)를 통해 연소로(3)에 연료를 공급하도록 성형연료를 충전한 연료통(6-1)과, 이 연료통 하부에 위치한 연료투입자동밸브1(6-2)과, 연료투입자동밸브2(6-3)로 구성된 연료투입장치(6)와;

   상기 연소용 공기유입부(4)에 연소용 공기를 공급하는 연소공기용 송풍기(8)와;

   상기 열교환용공기입구(1-2)에 열교환용 공기를 공급하는 열교환용공기 송풍기(9)로 구성된 것을 특징으로 하는 성형연료 연소기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 연소로(3)의 회전판(3-3)의 중앙에 돌출 형성된 연소 공기 유입구(3-2)와 서로 높이를 달리하는 다수의 플라스틱 용융 접착 방지판 및 재배출유도판(3-1)이 결합되어 회전하면서 플라스틱 용융시 바닥에 붙는 것을 방지하고, 원활하게 재가 배출되도록 구성한 것을 특징으로 하는 성형연료 연소기.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 회전판(3-3) 중앙부에는 돌출 형성된 공기 유입구(3-2) 및 연소공기 투입구(3-4)에 공급되는 공기는 회전판의 회전방향과 반대방향으로 중앙에서 사방으로 분사하도록 구성한 것을 특징으로 하는 성형연료 연소기.
4. 제 1항에 있어서

   상기 연료투입장치(6)의 연료투입자동밸브1(6-2)과, 연료투입자동밸브2(6-3)는 회전판(3-3)과 센서로 연결되어 자동으로 연료 투입되도록 구성한 것을 특징으로 하는 성형연료 연소기.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 열교환기의 내부에 설치된 관은 전열면적 및 열전도를 크게 하기 위해 알루미늄 합금의 얇은 방열핀이 표면에 부착된 것을 특징으로 하는 성형연료 연소기.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 연료투입장치(6)의 연료통(6-1)에 충전되는 성형연료는 폐플라스틱과고형탄화물을 1 : 9 ∼ 9 : 1로 혼합하여 제조한 직경 1∼20㎜의 성형연료를 충전하여 사용하는 것을 특징으로 하는 성형연료 연소기.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 회전판 동력부(5)의 회전속도는 1 ~ 10rpm 범위로 조절기(도시 없음)에서 조절하도록 구성한 것을 특징으로 하는 성형연료 연소기.
8. 폐플라스틱과 고형탄화물을 혼합한 성형연료의 연소방법에 있어서,

   상부 예열부로 열교환용 공기를 공급하여 연소후 배출되는 배가스의 열과 1차 열교환되어 예열시키고, 이를 열교환기에 공급하여 통과시킴으로써 예열된 열교환용 공기가 2차로 열교환되어 온풍이 발생되도록 하고, 연소실에 공급되는

   폐플라스틱과 고형탄화물(석탄, 하수슬러지, 목재)을 1:9 ~ 9:1로 혼합하여 제조한 직경 1 ~ 20㎜의 성형연료는 회전하는 회전판에서 연소시키되, 회전판 하부로부터 공급되는 연소용 공기는 회전판의 회전방향과 반대방향으로 중앙에서 사방으로 공급하면서 연소시켜, 발생된 연소열이 상부의 열교환기 및 예열부를 통과하면서 열교환용 공기와 열교환토록 하는 방법을 특징으로 하는 성형연료 연소열을 이용한 온풍 제조 방법.