KR20050002120A

KR20050002120A - 고형연료 연소장치

Info

Publication number: KR20050002120A
Application number: KR1020030043442A
Authority: KR
Inventors: 김상균
Original assignee: 김상균
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2005-01-07

Abstract

개시된 내용은 연소로에 연료의 투입서부터 연소로에서 연소된 재를 외부로 배출하는 것은 물론이고, 연료공급을 통제하여 연소로의 노내온도를 설정치로 일정하게 유지시키는 동시에 온풍 또는 온수공급을 제어하여 온실의 실내온도를 설정치로 유지시킬 수 있는 고형연료 연소장치에 관한 것이다. 이러한 본 발명은 연료가 저장되는 연료저장탱크; 연료저장탱크와 연결되어 상기 연료저장탱크내의 연료를 이송운반하는 연료공급기; 상기 연료공급기로부터 운반되어 투하된 연료를 연소시켜 고온가스로 출력하는 연소로; 상기 연소로에서 출력된 고온가스가 이동하는 열교환파이프와 상기 열교환파이프를 에워싸며 공기나 물이 수용되는 일정체적의 공간을 형성하는 하우징을 구비하고, 상기 열교환파이프에서 방출되는 열에 의해 신선한 공기나 물을 가열시켜 고온의 온풍이나 온수를 생성하는 열교환기; 상기 열교환기로부터 나온 고온가스에서 먼지 등의 이물질을 분리하여 제거하고 정화된 가스만을 대기로 방출하는 집진기; 및 상기 연료공급기의 작동을 제어하여 상기 연소로에 연료를 공급하거나 공급을 정지하게 하는 제어부를 포함하여 이루어진다.

Description

고형연료 연소장치{A BURNING APPARATUS FOR A SOLID FUEL}

본 발명은 연료를 연소시켜 발생된 열을 이용하는 연소장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연소로내의 온도를 감지하여 노내온도가 항상 설정치로 유지되도록 자동으로 연료를 투입하고 발생된 고온의 열을 큰 공간의 열교환기를 통과하도록 하여 많은 양의 온풍이나 온수를 생성하여 원하는 장소로 공급하여 이용하게 하며, 완전히 연소된 연료재는 외부로 자동배출하여 노내에서 제거함으로써 사용의 편리함을 도모하고 기기의 최적작동성을 유지하는 한편 많은 양의 온풍 또는 온수를 생산공급하는 고형연료 연소장치에 관한 것이다.

갈수록 산업쓰레기, 가정쓰레기의 양이 급속하게 증가하고, 따라서 이러한 쓰레기들을 처리하는 비용 또는 많이 들고 있는 실정이다. 통상 쓰레기처리는 소각하거나 땅에 매립하는 것이 주를 이루고 있으나, 소각을 위해서는 가연성 쓰레기와 불연성 쓰레기를 분리하여 가연성 쓰레기만을 태워야 되는데, 분리된 가연성 쓰레기 또한 더럽고 지저분하기 때문에 쓰레기소각시설에서만 소각처리가 가능하였다. 그러므로, 쓰레기소각시설을 건설하는데 많은 시간과 비용이 소요될 뿐만 아니라, 더러운 쓰레기를 그곳까지 운반하여 소각함에 따라 인근 주민들에게 오염시설로 분류되어 소각시설의 건설을 기피하는 문제를 야기하곤 하였다. 한편, 쓰레기를 매립하는 경우에는 땅이 오염되어 환경오염을 유발할 뿐만 아니라 쓰레기가 매립된 땅은 활용이 불가능하고 악취가 나는 등의 문제가 있었다.

따라서, 쓰레기를 일정한 형태와 크기를 갖는 연료로 가공하여 활용하는 방안이 개발되었다. 이를 위해서는 먼저 쓰레기로부터 가연성 쓰레기를 선별하여 회수한 후, 이 선별된 쓰레기를 파쇄, 건조 및 성형과정을 거쳐 고형 연료로 제조하게 된다. 즉, 도시쓰레기, 가정쓰레기, 산업폐기물 및 일반폐기물 등의 쓰레기를 파쇄한 후 쓰레기에서 수분을 감소시키는 건조과정을 거치고 나서, 쓰레기중에 포함된 금속, 유리 및 도자기류 등의 불연성 물질을 제거하는 선별작업을 한 다음, 사용 및 운반보관이 용이한 형상으로 성형하여 쓰레기 고형연료(RDF; Refused Derived Fuel)를 제조하게 된다.

이러한 쓰레기 고형연료는 각종 시설의 냉난방용 열원으로서, 또 발전용 연료로서 이용되고 있으나, 그 이용에 있어서는 쓰레기 고형연료사용에 적합한 설비를 개발보급하는 것이 선급과제이다.

지금까지 쓰레기 고형연료는 단순한 소각로와 같은 장치에서 태워 발생된 열을 이용하여 공기나 물을 덥히고, 이렇게 덥혀진 물이나 공기를 필요한 곳으로 공급하여 난방을 하거나 온수로 사용하였다. 이러한 장치에서는 사용자가 일일히 삽이나 손으로 쓰레기 고형연료를 노내에 집어넣어 연소시키고 수시로 노내를 점검하여 연료가 부족하면 투입해 주어야 하는 연료공급상의 불편함은 물론이고 타고난 재도 일일히 삽등으로 노에서 퍼내야 하는 번거로움이 있었다. 나아가, 노표면에한정되어 공기나 물이 가열되므로 열교환효율이 떨어지는 동시에 많은 양의 온풍이나 온수 공급이 불가능하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 제결점들을 해소하기 위해서 안출한 것으로서, 연소로내의 온도를 감지하여 노내온도가 항상 설정치로 유지되도록 자동으로 연료를 투입하고 연소로에서 발생된 고온의 열을 큰 공간의 열교환기를 통과하도록 하여 많은 양의 온풍이나 온수를 생성하여 원하는 장소로 공급하여 이용하게 하고, 완전히 연소된 연료재는 외부로 자동배출하여 노내에서 제거함으로써 사용의 편리함을 도모하고 기기의 최적작동성을 유지하는 한편 많은 양의 온풍 또는 온수를 생산공급할 수 있는 고형연료 연소장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 각종 폐열발생장치에서 공급되는 열을 유입시켜 온풍 또는 온수를 생산하여 출력하는 열교환기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 실시예에 관한 상세한 설명은 첨부하는 도면들을 참조하여 이루어질 것이며, 도면에서 대응되는 부분을 지정하는 번호는 같다.

도 1은 본 발명에 따른 고형연료 연소장치의 전반적인 구성을 보여주는 정면도이고,

도 2는 도 1을 위에서 본 평면도이고,

도 3a 및 도 3b는 1차연소실의 연료투입부분의 구조를 상세하게 나타낸 부분발췌단면도 및 에어분사구부분의 확대상세도이고,

도 4a는 1차연소실의 내부구조를 상세하게 나타낸 단면도이고,

도 4b는 도 4a의 A-A선 단면도이고,

도 5는 도 4a에 도시된 재배출수단의 다른 실시예를 나타낸 도면이고,

도 6은 본 발명의 열교환기에서 생성된 온풍을 통제하는 온풍통제수단의 구성을 보여주는 도면이고,

도 7은 본 발명의 열교환기를 건류식 소각설비에 적용한 예를 보여주는 사용상태도이다.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

100 : 연료저장탱크 110 : 교반기

112 : 교반봉 114 : 교반모터

116 : 교반날개 120 : 연료공급기

122 : 연료이송관 124 : 이송스크류

126 : 이송모터 200 : 연소로

210 : 1차연소로 212 : 유입구

214 : 점화구 216 : 호퍼

218 : 에어라인 220 : 2차연소로

222 : 배출부위 230 : 유입구개폐기

232 : 작동케이스 234 : 개폐판

236 : 로드 238 : 공압실린더

240 : 블로워 242 : 물탱크

250 : 재배출수단 252 : 재배출관

254 : 배출스크류 256 : 배출모터

260 : 재적치장 300 : 열교환기

310 : 열교환파이프 320 : 하우징

322 : 배출구 330 : 팬

340 : 흡입팬 350 : 온풍공급관

352 : 제1분지관 354 : 제2분지관

400 : 집진기 410 : 굴뚝

500 : 제어부 600 : 온풍경로절환수단

610 : 온풍경로절환판 620 : 액츄에이터

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고형연료 연소장치는 연료가 저장되는 연료저장탱크; 연료저장탱크와 연결되어 상기 연료저장탱크내의 연료를 이송운반하는 연료공급기; 상기 연료공급기로부터 운반되어 투하된 연료를 연소시켜 고온가스로 출력하는 연소로; 상기 연소로에서 출력된 고온가스가 이동하는 열교환파이프와 상기 열교환파이프를 에워싸며 공기나 물이 수용되는 일정체적의 공간을형성하는 하우징을 구비하고, 상기 열교환파이프에서 방출되는 열에 의해 신선한 공기나 물을 가열시켜 고온의 온풍이나 온수를 생성하는 열교환기; 상기 열교환기로부터 나온 고온가스에서 먼지 등의 이물질을 분리하여 제거하고 정화된 가스만을 대기로 방출하는 집진기; 및 상기 연료공급기의 작동을 제어하여 상기 연소로에 연료를 공급하거나 공급을 정지하게 하는 제어부를 포함한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 열교환기는 일정체적의 내부공간을 갖는 하우징내에 외부에서 유입된 폐열을 순환시키는 열교환파이프들을 배열하고, 상기 하우징내로 공기나 물을 유입시켜 상기 고온의 폐열이 순환하는 상기 열교환파이프에서 방출되는 열에 의해 가열시킴에 의해, 배출구를 통해 고온의 온풍이나 온수를 출력하여 연결관을 통해 외부의 난방 및/또는 온수가 필요한 장소 또는 시설에 공급하되, 상기 배출구와 연결되는 온풍공급관을 두개로 분지하여, 일측은 대기로 그리고 타측은 온풍/온수필요시설로 가는 유로를 형성하고, 분지된 통로사이에 온풍경로절환판을 선회가능케 고정하고서, 상기 온풍경로절환판을 액츄에이터로 선회시킴에 의해, 상기 배출구에서 출력되는 온풍 또는 온수를 온풍/온수필요시설 또는 대기로 절환하며 배출하는 온풍통제수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 고형연료 연소장치의 전반적인 구성을 보여주는 정면도이고, 도 2는 도 1을 위에서 본 평면도이다.

도시한 바와 같이, 본 장치는 연료가 저장되는 연료저장탱크(100)를 구비하고 있다. 연료저장탱크(100)는 대략 호퍼형태로 하부로 가면서 공간이 줄어들게 되어 있으며, 연료가 아래의 출구로 배출되어 이송되게 된다. 이때, 연료저장탱크(100)내의 연료가 중심부만이 출구로 원활히 배출되고 외곽부분에서는 잘 배출되지 않는 것을 방지하기 위하여 연료저장탱크(100)에는 교반기(110)가 장치되어 있다. 이 교반기(110)는 연료저장탱크(100)의 하부에 경사시켜 배치하는 것이 바람직하며, 연료저장탱크(100)내에 선회가능케 고정되는 교반봉(112)과 탱크외부에 고정되어 이 교반봉(112)을 회전구동하는 교반모터(114)로 구성되어 있다. 특히, 교반봉(112)에는 표면에 다수의 교반날개(116)들이 돌출되어 있어 교반봉(112)의 회전시 연료를 휘젓게 된다. 이에 의해, 연료저장탱크(100)의 외곽에 있는 연료도 교반봉(112)에서 돌출된 교반날개(116)들이 휘젓으면서 고착되지 않고 출구로 원활하게 이동하게 된다.

연료저장탱크(100)의 하단출구쪽에는 연료저장탱크(100)로부터 연소로(200)로 연료를 이송공급하는 연료공급기(120)가 연결되어 있다. 연료공급기(120)는 연료가 이송되는 통로를 형성하는 이송관(122)내에 이송스크류(124)를 장치하고 이송모터(126)로 이송스크류(124)를 회전구동시켜 연료를 연소로(200)까지 이송시키게 된다. 특히, 이송관(122)은 연료저장탱크(100)의 저부로부터 연소로(200)의 상부로 상향경사시켜 배치되어 연소로(200)의 상부로 연료를 운반하여 투하공급하게 된다. 연소로(200)는 본 발명에서는 연료공급기(120)로부터 연료가 투하되는 1차연소로(210)와, 이 1차연소로(210)에서 불완전 연소되며 발생된 가스를 재차 연소시켜 유해한 가스를 제거하면서 열효율을 높이는 2차연소로(220)로 되어 있다. 물론, 하나의 연소로로 구성하는 것도 가능하지만, 열효율이나 가스정화차원에서 2개의 연소로를 직렬로 연결하여 이중으로 연소시키는 것이 바람직하다. 연료가 투하되는 이송관(122)의 상단부와 대응하고 있는 1차연소로(210)의 상부에는 연료유입구(212)가 형성되어 있는데, 이 연료유입구(212)에는 설정시간에 따라 주기적으로 연료유입구(212)를 개폐하며 연료를 공급 또는 차단하는 유입구개폐기(230)가 설치되어 있다. 이 유입구개폐기(230)는 연소로(200)내의 온도가 설정치로 유지되도록 연료유입구(212)를 주기적으로 개방하여 연료가 공급되게 한다. 이와 같이 연료를 자동공급하여 노내를 일정온도로 유지하기 위해서는 노내온도에 따른 연료투입량을 산정하고, 그 연료투입량에 따라 이송모터(126)와 유입구개폐기(230)를 제어하여 일정간격마다 1차연소로(210)내로 연료를 공급시켜 주어야 한다. 이 연료공급기(120)와 유입구개폐기(230)를 통한 연료의 자동공급동작에 대해서는 도 3a 및 도 3b를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

1차연소로(210)에는 연소용 공기를 공급하는 블로워(Blower;240)와 냉각수를 공급하는 물탱크(242)가 연결되어 있다. 또한, 최초 연료착화시 불을 지피기 위한 점화구(214)가 개폐가능하게 구성되어 있다. 나아가, 1차연소로(210)의 하단에는 다 탄 재를 외부로 배출제거하기 위한 재배출수단(250)을 구비하고 있다. 이 재배출수단(250)은 1차연소로(210)의 바닥에 수평으로 설치되어 1차연소로(210)와 연통하는 재배출관(252) 내부에 배출스크류(254)를 회전가능케 설치하고 배출모터(256)로 회전구동시켜 1차연소로(210)의 바닥에 쌓인 재를 휘저으며 이동시켜 불완전 연소된 것은 다시 완전히 연소되게 하는 한편 완전히 다 타서 재로 변한 연료는 1차연소로(210)외부로 운반하여 제거하게 된다. 이때, 재배출관(252)의 단부출구의 하방에 콘크리트구조물이나 기타 구조물로 재적치장(260)을 만들어 놓으면 이곳에 재가 쌓이게 되므로 사후 재처리에 있어 편리하다. 이러한 재배출수단(250)에 대한 상세한 설명은 도 4a 및 도 4b에서 하기로 한다.

위의 2차연소로(220)는 1차연소로(210)의 상부에 배치되어 1차연소로(210)에서 연소된 가스를 재차 연소시켜 완소연소된 상태의 고온가스를 만들게 된다. 이렇게 2차연소로(220)에서 완전연소된 고온가스는 2차연소로(220)의 배출구에 연결된 열교환기(300)의 열교환파이프(310)를 순환하면서 열교환기(300)내부의 공기나 물을 가열하게 된다. 즉, 온풍이 필요한 경우에는 열교환기(300)내부에 공기를 채워 가열시키고, 온수가 필요한 경우에는 열교환기(300)내부에 물을 채워 가열시키면 된다. 이를 위해, 열교환기(300)는 하우징(320)내에 열교환파이프(310)들을 배열하여, 고온의 폐가스는 열교환파이프(310)내를 유동하게 하고 신선한 공기나 물은 하우징(320)내를 유동하게 하여 두 유체의 혼합을 방지하고 열교환파이프(310)의 표면에서 발생하는 열기에 의해 공기나 물이 덥혀져 온풍 또는 온수가 생성되게 한다. 본 도면에서는 온풍기를 예로 들어 도시하였으므로, 도면을 참조하여 온풍생성을 위한 열교환기의 구성에 대해 설명하면 열교환기(300)에 팬(330)을 설치하여 외부에서 내부로 공기를 강제흡입시키면 열교환기(300)내에 배열된 열교환파이프(310)내를 흐르는 고온가스에 의해 하우징(320)내부를 유동하는 공기가 가열되어배출구(322)를 통해 배출되게 된다. 이렇게 배출된 온풍은 난방이 필요한 가정주택이나 사무실 또는 농산물재배 하우스등에 공급하여 사용할 수 있다. 이때, 배출구(322)에는 온풍통제수단(미도시)이 구비되어 온풍량을 통제하여 난방대상물의 온도를 일정하게 유지시키게 된다. 이 온풍통제수단에 대해서는 도 6를 참조하여 후술하기로 한다. 물론, 열교환기(300)는 예로 든 온풍발생 뿐만이 아니라 팬(330)을 설치하여 공기를 흡입하는 대신 여기에 물공급원, 즉 수도 등을 연결하기만 하면 손쉽게 온수생성도 가능하다. 또한, 열교환기(300)의 열교환파이프(310)의 배출단쪽에는 흡입팬(340)이 설치되어 2차연소로(220)로부터 출력된 고온가스가 열교환파이프(310)를 원활하게 유동한 후 배출되게 한다. 이상 설명한 열교환기(300)는 위와 같은 구성의 연소로(200)에서 발생한 가스 이외에도 다른 고온가스를 내부로 유동시켜 설명한 구동원리에 입각하여 온풍이나 온수를 생성공급하는데 폭넓게 활용될 수 있다. 이 열교환기(300)를 기존에 통상적으로 폐타이어를 고온가열하여 폐열을 얻는 시스템에 적용한 다른 예가 도 7에 예시되어 있다.

열교환파이프(310)를 유동하여 열교환기(300)로부터 배출되는 가스는 공기를 가열하면서 열이 빼겨 어느정도 식어서 배출되게 되며, 이러한 가스는 집진기(Cyclone;400)에서 먼지등의 이물질이 제거되고나서 굴뚝(410)을 통해 대기로 배출되게 된다. 굴뚝(410)에는 가스측정구(412)가 마련되어 있어 배출되는 가스의 농도나 성분을 측정할 수 있게 되어 있다.

본 발명에는 또한 제어부(500)를 구비하고, 전술한 고온가스의 온도가 일정하게 유지되도록 산출된 연료투입량에 따라 연료공급기(120)와 유입구개폐기(230)를 일정간격마다 주기적으로 작동시켜 노내의 온도를 설정치로 항상 일정하게 유지되도록 제어하며, 온풍통제수단을 통제하여 온실의 실내온도를 일정하게 유지되도록 온풍공급량을 제어하게 된다.

이상과 같은 본 장치는 연료로 쓰레기 고형연료(RDF)가 적합하며, 이 외에도 연소가 가능한 다른 연료의 사용도 가능하다.

도 3a는 1차연소실의 연료투입부분의 구조를 상세하게 나타낸 부분발췌단면도이고, 도 3b는 도 3a에서 에어분사구부분을 다른 방향에서 본 상세단면도이다.

연료저장탱크(100)에 저장된 쓰레기 고형연료(RDF)(10)는 연료공급기(120)에 의해 이송되어 1차연소로(210)로 투하된다. 이를 위해, 연료이송관(122)은 연료저장탱크(100)의 저면에서부터 1차연소로(210)의 상부쪽을 향해 경사지며 상승하게 배치되어 있다. 특히, 연료이송관(122)의 배출단은 1차연소로(210)의 연료유입구(212)위에 위치하고 있다. 물론, 앞서 설명했듯이 연료공급기(120)는 이송모터(126)를 구비하고, 연료이송관(122)내에 배치된 이송스크류(124)를 회전시켜 연료이송관(122)내에서 연료(10)를 이동운반하게 된다.

1차연소로(210)의 연료가 투입되는 유입구(212)에는 가장 위쪽에 연료(10)를 보다 안정되게 받기 위한 호퍼(216)가 설치되어 있으며, 그 아래쪽으로 유입구(212)를 개폐하여 연료(10)를 통제하기 위한 유입구개폐기(230)가 마련되어 있다. 유입구개폐기(230)는 도 3a에서 보는 바와 같이 작동케이스(232)내에 유입구(212)의 직경보다 큰 개폐판(234)을 장치하고, 개폐판(234)에 로드(236)를 결합하여 작동케이스(232)외부에 위치한 공압실린더(238)에 의해 로드(236)를 수축팽창시킴에 의하여 개폐판(234)이 유입구(212)를 폐쇄하거나 개방하게 되어 있다. 특히, 1차연소로(210)는 에어라인(Air line;218,218a)을 통해 유입구(212)쪽으로 공기를 불어넣어 연소실(219)내에서 연소한 고온가스가 유입구(212)쪽으로 역류하는 것을 방지하고 연소를 도와 2차연소로(220)로 송출되도록 한다. 이러한 에어라인(218,218a)는 전술한 블로워와 연결되어 공기를 1차연소로(210)내로 공급하는 한쌍의 라인으로 구성되며, 1차연소로(210)내에서 환형의 분사구(219)와 연결되어, 도 3b에 도시한 바와 같이 환형 분사구(219)에 하방으로 천공된 분사공들을 통해 공기가 하방을 향해 방사상으로 분사되게 된다. 또한, 1차연소로(210)의 내벽에도 분사공(210a)들이 천공되어 블로워로부터 공기를 공급받아 연소용 공기를 연소실내로 공급하게 된다. 1차연소로(210)에는 또한 연소로가 과열되는 것을 방지하기 위하여 전술한 물탱크로부터 공급되는 냉각수가 유동하는 냉각수로(210b)가 마련되어 있다.

이상 설명한 개폐판(234)의 유입구 개폐는 연료공급기(120)의 작동에 연동하여 일어난다. 구체적으로 예를 들어 설명하면, 개폐판(234)이 2분 50초정도 유입구(212)를 폐쇄하고 2초정도 개방하는 동작을 반복한다면 연료공급기(120)는 유입구(212)가 폐쇄된 2분 50초 사이에 약 3~5초정도 해당 투입량에 해당하는 연료를 호퍼(216)로 공급하고, 그러면 2분 50초가 끝나자마자 2초동안 개폐판(234)이 작동하여 유입구(212)를 개방함에 의해 호퍼(216)에 공급되어 쌓여있던 연료를 1차연소로(210)내로 투하공급하게 된다. 이렇게 연료(10)가 투입되어 연소되면서 온도가 상승하여 노내는 설정온도, 예를 들어 800℃로 유지되고, 노내온도가 허용치이하로 내려가는 2분 50분후에는 다시 설정된 시간에 따라 연료공급기(120)와 유입구개폐기(230)가 다시 작동하여 온도를 설정치까지 끌어올리게 된다. 이와 같은 동작들을 주기적으로 반복하여 노내의 온도를 항상 일정하게 유지하게 된다.

도 4a는 1차연소실의 내부구조를 상세하게 나타낸 단면도이고, 도 4b는 도 4a의 A-A선 단면도이다. 또한, 도 5는 도 4a에 도시된 재배출수단의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.

재배출수단(250)은 도 4a 및 도 4b에서 보는 바와 같이, 1차연소로(210)의 바닥부분에 설치된다. 이 재배출수단(250)이 설치되는 1차연소로(210)의 하단은 좁아지면서 중심으로 모이게 되어 있는데, 그 연소실내부구조를 보면 연소실(219)의 중간부위에 재치관(202)들이 일정간격으로 배열되어 있고, 이 재치관(202)위에 연료가 올려놓아져 연소되게 된다. 이 재치관(202)은 중공관으로 내부에 냉각수가 흐르게 된다. 연소된 연료재는 재치관(202)들 사이로 낙하되어 재배출수단(250)의 배출스크류(254)가 위치한 연소실(219) 바닥으로 모이게 된다. 1차연소로(210)의 하단은 배출스크류(254)로 연료재가 정확하게 모이도록 하기 위하여 호퍼형태로 중심을 향해 좁아지게 되어 있다.

위의 재배출수단(250)은 1차연소로(210)의 바닥과 연통하고 있는재배출관(252)과, 이 재배출관(252)내부에 길이방향으로 설치되어 회전되면서 재배출관(252)을 통해 재를 연소실(219)로부터 외부로 운반제거하는 배출스크류(254) 및, 배출스크류(254)를 회전구동하는 배출모터(256)를 구비한다. 따라서, 연소실(219) 바닥에 모인 재는 배출모터(256)를 구동하여 배출스크류(254)를 회전시켜 1차연소로(210)의 외부로 이송하게 된다. 이 1차연소로(210)의 외부에는 재적치장(260)을 마련하여 배출스크류(254)를 통해 이송된 재를 모아 처리할 수 있게 한다.

배출스크류(254a)는 도 5에 도시한 바와 같이 그 내부를 중공형으로 하고, 로터리조인트(258a)로 수관과 연결하여 냉각수를 공급함에 의하여 과열을 방지하여 본 장치를 안정적으로 운용할 수 있게 구성할 수 있다.

위와 같이, 재치관(202)과 배출스크류(254a) 내부를 흐르면서 가열된 물은 온수로 사용하거나 난방을 하는데 이용할 수 있다. 이와 같이, 본 장치는 연소한 고온가스를 이용함은 물론 연소로를 냉각하는데 사용하는 냉각수를 온수로 활용하므로 거의 버리는 열이 없어 에너지의 이용효율을 높일 수 있다. 물론, 재치관(202)과 배출스크류(254,254a)로의 물공급은 연소로 외부에 마련된 물탱크로부터 이루어진다.

도 6은 본 발명의 열교환기에서 생성된 온풍을 통제하는 온풍통제수단의 구성을 보여주는 도면이다.

전술한 열교환기(300)의 배출구(322)에 흡입팬(342)을 설치하고 온실로 온풍공급관(350)을 연결하여 비닐하우스등의 온실에 온풍을 공급하게 된다. 이때, 온풍공급관(350)을 두개로 분지하여 제1분지관(352)은 온실로 향하게 하고, 제2분지관(354)은 대기방출구로 향하게 하여, 두개의 제1,제2분지관(352,354)을 절환하며 어느 일측은 개방하고 타측은 폐쇄함으로써 온풍을 온실로 공급하거나 대기로 방출하게 한다. 이러한 온풍의 유출로를 통제하는 온풍통제수단(600)은 제1,제2분지관(352,354)사이에 배치되어 2개의 유로를 절환하며 개폐하는 온풍경로절환판(610)과 이 온풍경로절환판(610)을 선회구동하는 액츄에이터(620)로 구성되어진다. 온풍경로절환판(610)은 액츄에이터(620)에 의해 온풍공급관(350)내부에서 선회되면서 제1분지관(352)의 온실유입구와 제2분지관(354)의 대기방출구를 절환할 수 있으며, 이러한 액츄에이터(620)의 구동제어는 온실내에 설치된 실내온도감지센서(미도시)에 의해 온실내의 온도가 설정치이하이면 온풍경로절환판(610)이 제1분지관(352)을 개방하고 제2분지관(354)을 폐쇄하여 온실유입구로 열교환기(300)에서 생성된 온풍이 공급되게 한다. 그래서, 실내온도가 설정치에 도달하면 제어부는 대기방출구쪽을 폐쇄하고 있던 온풍경로절환판(610)을 온실유입구쪽으로 선회시켜 폐쇄함으로써 온실내로의 온풍유입을 차단하고 대기로 방출하여 실내온도가 더이상 상승하지 않고 설정치로 일정하게 유지되게 한다. 위의 액츄에이터(620)로는 공ㆍ유압실린더나 모터가 사용될 수 있으며, 실내온도감지센서로부터 실내온도를 입력받아 설정치와 비교하고, 그 비교결과에 따라 액츄에이터(620)를 제어하는 동작은 액츄에이터에 마련된 제어회로가 담당할 수 있으나, 본 시스템의 전반적인 제어를담당하는 제어부가 통제하는 것이 바람직하다.

이제, 전술한 도 1 내지 도 6을 참조하면서 본 발명에 따른 자동 열교환시스템의 동작원리에 대해 상세히 설명하기로 한다.

본 장치를 가동시키면 연료저장탱크(100)에 있는 연료는 연료공급기(120)의 이송스크류(124)에 의해 1차연소실(210)의 상부로 이동되어 연소실(219)내로 투하된다. 좀더 상세히 부연설명하면, 작동을 시작하면 이송모터(126)가 구동되어 이송스크류(124)를 회전시킴과 더불어 유입구개폐기(230)의 공압실린더(238)가 작동되어 1차연소로(210)의 연료유입구(212)를 폐쇄하고 있던 유입구개폐판(234)이 연료유입구(212)를 개방하게 된다. 따라서, 1차연소실(210)의 유입구(212)까지 운반된 연료는 유입구(212)를 통해 연소실(219)내로 투하되게 된다. 그러면, 사용자는 점화구(214)를 통해 불을 지펴 연료에 불을 붙이게 된다. 이때, 블로워(240)가 가동되며 공기가 1차연소실(210)로 공급되어 연료의 연소가 진행되게 된다. 1차연소실(210)에서 연소된 고온가스는 1차연소실(210)의 상부에 마련된 2차연소실(220)에서 재차 연소되어 완전연소된 고온가스를 열교환기(300)로 보내게 된다.

열교환기(300)로 유입된 고온가스는 열교환파이프(310)를 유동하면서 팬(330)에 의해 하우징(320)내부로 흡입된 공기를 가열하게 되고, 이렇게 하여 생성된 온풍은 온풍공급관(350)을 통해 원하는 장소, 예를 들어 온실로 공급되게 된다. 따라서, 공급되는 온풍에 의해 온실의 온도가 올라가면 실내온도감지센서가 이를 감지하여 제어부(500)로 보내게 되고, 제어부(500)는 실내온도가 설정치에 도달하면 온풍경로절환판(610)을 선회시켜 온실유입구를 폐쇄하고 대기방출구를 개방하여 온풍을 대기로 방출되게 함으로써 실내를 설정온도로 일정하게 유지하게 한다.

한편, 열교환기(300)를 거쳐 나온 고온가스는 집진기(400)에서 먼지등의 이물질이 제거된 후 대기로 방출된다.

위와 같은 작동과정중 연료공급기(120)는 설정된 시간이 되면 자동으로 작동하여 연료저장탱크(110)로부터 연료를 1차연소로(210)의 호퍼(216)로 이송하고, 호퍼(216)로 이송된 연료는 개방시간에 맞춰 유입구개폐기(230)가 작동하여 유입구(212)를 개방함에 의해 1차연소로(210)내로 공급되게 된다. 이렇게 노내온도가 떨어질만하면 1차연소로(210)에 주기적으로 공급되는 연료가 연소되면서 노내온도는 설정된 온도로 일정하게 유지되게 된다.

본 실시예에서는 통상적으로 사용되는 건류식 소각설비에 본 발명의 열교환기(300a)를 조합하여 보다 상승된 열효율을 얻기 위한 구성이다. 이에 대해 도면을 참조하여 좀 더 상세히 설명하면, 1차 가열로(700,700a)에서 폐타이어, 염화비닐, PVC, 스티로폼 등의 합성수지연료를 고온으로 가열하여 가연성가스를 생산하여 2차 연소로(710)에 보낸다. 그러면, 2차 연소로(710)에서는 고온의 가연성 가스를연소시켜 고온의 가스를 생성시키게 된다. 이 고온가스를 본 발명의 열교환기(300a)로 유입시켜 열교환파이프(310a)내를 유동하게 함에 의하여, 외부에서 하우징(320a)내부로 흡입된 공기나 물을 가열하여 온풍이나 온수를 생성하게 된다. 이렇게 생성된 온풍 또는 온수는 앞실시예에서 설명한 바와 같이 공급관을 통해 원하는 장소로 보내 난방 등에 사용하게 된다.

한편, 열교환기(300a)의 열교환파이프(310a)를 통해 배출된 고온가스는 유해가스가 포함되어 있으므로, 유해가스처리장치(720)에서 유해가스를 제거하고 나서, 집진기(730)로 보내 먼지등의 이물질을 제거한 후 외기로 배출하게 된다.

도면에서 미설명한 도면번호 740은 물탱크이고, 750은 오일탱크이며, 760 및 762는 이물질저장박스이고, 770은 흡입팬을 나타낸다.

여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예 중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 본 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예에 의해서만 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 물론, 균등한 다른 실시예가 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 연소로에 연료의 투입서부터 연소로에서 연소된 재를 외부로 배출하여 적하시키는 것은 물론이고, 연료공급을 통제하여 연소로의 노내온도를 설정치로 일정하게 유지시키는 동시에 온풍 또는 온수공급을 제어하여 온실의 실내온도를 설정치로 일정하게 유지시키는 모든 공정을 자동화할 수 있는 잇점이 있다. 더욱이, 본 시스템에서는 연소로내로 주입된 냉각수가 냉각작용을 하며 가열되어 뜨거워진 폐열을 다시 회수하여 필요한 곳으로 공급하여 온수나 난방수로 활용함으로써 열효율을 높이고 에너지낭비를 방지할 수 있다. 이에 더하여, 재배출수단이 재를 휘젓으면서 외부로 운반하므로 운반과정에서 표면으로 노출된 덜 탄 연료재는 다시 완전히 연소되어 연료의 이용효율을 높이고 연료를 절감할 수 있는 장점이 있다.

또한, 연료저장탱크내에는 교반기가 장치되어 내부에서 연료를 천천히 저어주면서 연료공급기로 공급하므로 기기의 정지시 기기내면과 접촉되는 부위에서 굳어진 연료를 다시 분쇄하여 원활하게 공급될 수 있게 한다.

이상과 같이, 본 발명은 궁극적으로 연료투입서부터 재배출까지의 모든 공정을 자동화함으로써 사용의 편리함을 도모함은 물론 기기의 작동성능을 최적화하는 한편 많은 양의 온풍 또는 온수를 생산공급하여 열이용효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims

일정체적의 내부공간을 갖는 하우징내에 외부에서 유입된 폐열을 순환시키는 열교환파이프들을 배열하고, 상기 하우징내로 공기나 물을 유입시켜 상기 고온의 폐열이 순환하는 상기 열교환파이프에서 방출되는 열에 의해 가열시킴에 의해, 배출구를 통해 고온의 온풍이나 온수를 출력하여 연결관을 통해 외부의 난방 및/또는 온수가 필요한 장소 또는 시설에 공급하되,

상기 배출구와 연결되는 온풍공급관을 두개로 분지하여, 일측은 대기로 그리고 타측은 온풍/온수필요시설로 가는 유로를 형성하고, 분지된 통로사이에 온풍경로절환판을 선회가능케 고정하고서, 상기 온풍경로절환판을 액츄에이터로 선회시킴에 의해, 상기 배출구에서 출력되는 온풍 또는 온수를 온풍/온수필요시설 또는 대기로 절환하며 배출하는 온풍통제수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
연료가 저장되는 연료저장탱크;

연료저장탱크와 연결되어 상기 연료저장탱크내의 연료를 이송운반하는 연료공급기;

상기 연료공급기로부터 운반되어 투하된 연료를 연소시켜 고온가스로 출력하는 연소로;

상기 연소로에서 출력된 고온가스가 이동하는 열교환파이프와 상기 열교환파이프를 에워싸며 공기나 물이 수용되는 일정체적의 공간을 형성하는 하우징을 구비하고, 상기 열교환파이프에서 방출되는 열에 의해 신선한 공기나 물을 가열시켜 고온의 온풍이나 온수를 생성하는 열교환기;

상기 열교환기로부터 나온 고온가스에서 먼지 등의 이물질을 분리하여 제거하고 정화된 가스만을 대기로 방출하는 집진기; 및

상기 연료공급기의 작동을 제어하여 상기 연소로에 연료를 공급하거나 차단하는 제어부를 포함하는 고형연료 연소장치.
제 2항에 있어서, 상기 연소로의 바닥에 연결되어 연소실과 연통하는 재배출관과, 상기 재배출관내에서 회전하며 재를 외부로 운반하는 배출스크류 및, 상기 배출스크류를 회전구동시키는 배출모터를 구비하고, 상기 연소로의 바닥에 설치되어 연소된 연료재를 외부로 운반하여 제거하는 재배출수단을 더 포함하는 고형연료 연소장치.
제 2항에 있어서, 상기 연료저장탱크내에는 탱크내부를 가로지르며 회전가능케 지지되되, 그 표면에는 다수의 교반날개들이 돌출하고 있는 교반봉과, 상기 연료저장탱크에 고정되어 상기 교반봉을 회전구동하는 교반모터를 구비하는 연료교반기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고형연료 연소장치.
제 3항에 있어서, 상기 연소로는 상기 연료공급관의 상단부와 대응되는 상부에 연료가 투입되는 유입구를 구비하고, 내부에 투입된 연료를 연소시켜 가연성가스를 생성하는 1차연소로와, 상기 1차연소로로부터 공급된 가연성가스를 재차 완전연소시켜 고온가스를 생성하여 상기 열교환기로 내보내는 2차연소로로 구성되는 것을 특징으로 하는 고형연료 연소장치.
제 5항에 있어서, 상기 1차연소로의 상부에는 상기 유입구로 투입되는 연료를 안정되게 인도하는 호퍼와, 상기 연료공급기에 의해 연료공급시 상기 유입구를 개방하고 상기 연료공급기로부터 연료공급이 중단되면 상기 유입구를 폐쇄하는 유입구개폐기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고형연료 연소장치.
제 6항에 있어서, 상기 연료공급기를 설정시간마다 주기적으로 가동하여 상기 1차연소로의 호퍼에 소정량의 연료를 투하공급하고, 소정량의 연료가 상기 호퍼내에 쌓이면 상기 유입구개폐기가 설정시간동안 개방되어 상기 유입구를 통해 연료를 상기 1차연소로내로 공급하는 동작을 반복하여 상기 고온가스의 온도를 설정온도로 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 고형연료 연소장치.
제 5항에 있어서, 상기 연료저장탱크는 하방부가 중심으로 좁아지는 대략 호퍼형상이고, 상기 연료공급기는 상기 연료저장탱크의 하부에 연결되어 상기 1차연소로의 유입구를 향해 상향경사지게 설치되는 연료이송관과, 상기 연료이송관내에서 회전가능케 설치되어 회전에 따라 연료를 상기 유입구와 인접한 상단출구로 운반투하하는 이송스크류 및, 상기 이송스크류를 회전구동시키는 이송모터를 구비하는 것을 특징으로 하는 고형연료 연소장치.
제 5항에 있어서, 상기 1차연소로에는 그 연소실내로 공기를 공급하는 블로워(Blower)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고형연료 연소장치.
제 5항에 있어서, 상기 1차연소로는 아래부분이 중심을 행해 좁아지는 대략 호퍼형상부분을 가지며, 그 내부에 바닥으로부터 일정간격 이격되어 연료들이 재치되는 연료재치봉들이 등간격으로 배치고정되며, 상기 재치봉 사이를 통해 바닥으로 낙하된 연료재를 외부로 배출제거하기 위한 상기 재배출수단이 상기 호퍼형상부분의 바닥부분에 설치된 것을 특징으로 하는 고형연료 연소장치.
제 10항에 있어서, 상기 재치봉은 중공으로 내부에 냉각수가 순환되며, 상기 배출스크류의 내부에도 냉각수가 순환되는 것을 특징으로 하는 고형연료 연소장치.
제 11항에 있어서, 상기 재치봉과 상기 배출스크류내를 순환하며 가열된 냉각수는 외부로 인출하여 온수로 사용되는 것을 특징으로 하는 고형연료 연소장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 열교환기의 열교환파이프의 배출단부에는 고온가스를 유동시키기 위한 흡입력을 제공하는 흡입팬이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 고형연료 연소장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 열교환기에는 온풍을 생산할 경우 외기를 흡입하기 위한 적어도 하나이상의 팬이 설치되는 것을 특징으로 하는 고형연료 연소장치.
제 2항에 있어서, 상기 열교환기의 배출구와 연결되는 온풍공급관을 두개로분지하여, 일측은 대기로 그리고 타측은 온실로 가는 유로를 형성하고, 분지된 통로사이에 온풍경로절환판을 선회가능케 고정하고서, 상기 온풍경로절환판을 액츄에이터로 선회시킴에 의해, 상기 열교환기에서 생성된 온풍을 온실 또는 대기로 절환하며 배출하는 온풍통제수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고형연료 연소장치.
제 15항에 있어서, 상기 온풍통제수단은 온실내에 설치된 실내온도감지센서에 의해 검출된 값에 의해 실내온도설정치보다 검출값이 적으면 온실내로 온풍을 공급하도록 온실유입구를 개방하고, 검출값이 실내온도설정치에 도달하면 대기방출구쪽을 개방하여 온풍을 대기로 방출되게 하는 것을 특징으로 하는 고형연료 연소장치.