KR20090126934A - 열 효율을 극대화시킨 석탄 보일러 - Google Patents

Abstract

본원 발명은 석탄을 연소하여 얻는 열기를 이용하여 온수를 얻는 석탄보일러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 석탄을 연소하여 발생하는 열원과 온수와의 접촉을 극대화하여 열원을 낭비하지 않으면서 또한 석탄의 공급과 연소처리 과정이 유기적으로 원활하게 이루어지도록 하는 석탄보일러에 관한 것이다.

이하 본원에서는 연소실로 석탄을 공급함에 있어서 연소실 내부에 쌓이는 석탄의 높이를 확인하여 석탄이 연소하면서 쌓인 석탄재의 높이가 기준높이 이하로 떨어지면 자동적으로 석탄을 공급할 수 있는 원료 공급수단을 갖고, 연소실에서 석탄이 연소되면서 얻는 열원이 보일러통 내부 가열실을 통과해 배기구로 배출됨에 있어서, 상기 가열실에는 열기가 최대한 오랜 기간 가열관 내부에 머물수 있도록 수관을 구성한 열기통로 구조를 갖되, 가열관은 가운데로 열기통로가 있는 가열관A타입과 바깥으로 열기통로가 있는 가열관B타입으로 구분되어 제공되고, 가열관A타입과 가열관B타입이 교호적으로 적층되는 구조를 갖도록 제공되며, 또한 상기 열기통로에는 열기의 흐름을 방해하면서 열원이 열기통로 내부로 골고루 균등하게 퍼질 수 있도록 회전하는 프로펠러가 설치되는 구조를 가지는 열원 전달수단을 가지며, 연소실 바닥부에 마련되어 석탄이 올려 쌓여진 후 연소되는 로스톨의 하단에서는 일정 시간마다 로스톨 사이로 회전하면서 석탄가루가 로스톨 막대 사이로 쌓여 로스톨의 상단과 하단을 막아 공기유입을 방해하는 문제점을 해소한 공기 유입수단을 갖는 보일러에 관한 것이다.

보일러, 석탄 보일러

Description

열 효율을 극대화시킨 석탄 보일러{A efficient coal boiler}

본원 발명은 석탄을 연소하여 얻는 열기를 이용하여 온수를 얻는 석탄보일러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 석탄을 연소하여 발생하는 열원과 온수와의 접촉을 극대화하여 열원의 낭비가 없이하며 또한 석탄의 공급과 연소 처리과정이 유기적으로 원활하게 이루어지도록 하는 석탄보일러에 관한 것이다.

고유가 시대가 계속되면서, 농촌이나 비닐하우스 등에서 싼 가격으로 열을 얻을 수 있는 석탄 보일러가 각광을 받고 있다. 상기 석탄 보일러는 기름 보일러에 비해 연료의 값이 상당히 낮아 대도시가 아닌 시골의 전원주택, 비닐하우스, 공업단지 등에서 많이 사용하고 있다.

석탄은 탄소분이 50% 이상 함유되어 있으면서 70% 이상의 탄소분이 함유되어 있는 가연성 암석을 말한다. 석탄은 탄화도(炭化度)에 따라 탄소분이 60%인 이탄(泥炭), 70%인 아탄(亞炭) 및 갈탄, 80∼90%인 역청탄, 95%인 무연탄으로 나뉜다.

이중 가장 많이 사용하는 갈탄은 흑갈색을 띠며, 원목의 형상·나이테·줄기 등의 조직이 육안으로 보이고, 전체 석탄매장량 중 45% 정도를 차지하며 가격이 싸 면서 발열량은 4,000 ~ 6,000kcal/kg 정도이고, 휘발성분은 40%로 저급 연료로 사용된다.

종래의 석탄보일러는 석탄을 보일러 안 연소실에 집어넣고 점화하여 석탄을 연소시키게 되며 연소 된 석탄을 집진처리하여 제거시키는 형식으로 이루어져 있으나, 석탄의 연소 열을 효율적으로 물을 덥히는데 이용하지 못하고 뜨거운 열원을 낭비하게 되는 비효율적인 문제점을 갖고 있었다.

즉, 종래의 석탄보일러 구조에서는 연소실에서 발생하는 열기가 가열실에서 물의 온도를 높여줄 때 연소실 위에 형성되는 가열실에서는 평형으로 다수개의 수관이 설치되어 수관의 사이로 열기가 지나가면서 수관 내의 물을 가열시키는 방식을 사용하였는데, 충분한 열기가 물에 전달되지 못하고 그대로 배출되어 연통으로 약 60~90℃의 뜨거운 열이 그대로 배출되는 현상이 많이 있었고, 수관에 물이 적을 때는 약 200℃가지 올라가서 열에 약한 비닐하우스 등에서 화재가 발생하는 경우도 적지 않았다.

또한, 한번에 많은 양의 석탄을 넣지 않고 적정한 석탄을 넣어주는 것이 열의 손실을 최소화하는 방법임에도 그 적정한 수준을 사용자가 알지 못하여 많은 양의 석탄을 한번에 집어넣고 연소시키게 됨으로써, 일시적으로 과도한 열원을 얻어도 이를 모두 회수하지 못하고 낭비하게 되며, 비록 저가형의 석탄이라도 소비된 양으로부터 얻는 열원을 제대로 활용하지 못하고 연소열을 낭비시키게 되는 결과를 갖게 되었다.

이에 석탄을 연소하여 발생하는 열기를 효과적으로 수관에 전달할 수 있는 방법을 연구하여 본원 발명을 완성한바, 보일러통 내부 연소실에서 발생한 열기가 가열실을 거쳐 배기연통으로 빠져나감에 있어서, 지그재그 형태의 통로를 통해 나가도록 함으로써 열기와 수관의 접촉을 최대화시켜 열의 전달도를 높이는 구조의 석탄 보일러를 제공하고자 하는 목적을 갖는다.

또한, 상기 열기가 가열실 내부 통로를 지남에 있어서 조금이라도 더 오랫동안 가열실에 머무를 수 있도록 하고, 가열실 내부의 온도를 일정한 고온으로 유지할 수 있도록 가열실 내부 열기의 이동통로에 회전하는 회전날개가 설치되어 있는 석탄 보일러를 제공하고자 하는 목적을 갖는다.

특히, 보일러통 내부 연소실에 투입되는 석탄의 양을 항상 일정한 양이 쌓여 연소될 수 있도록 함으로써 보일러가 항상 적정한 수준의 온수를 제공하면서 석탄의 소비량을 줄일 수 있는 구조를 갖는 석탄 보일러를 제공하고자 한다.

상기 발명의 목적을 해결하기 위한 수단으로서, 본원에서는 연소실로 석탄을 공급함에 있어서 연소실 내부에 쌓이는 석탄의 높이를 확인하여 석탄이 연소하면서 쌓인 석탄재의 높이가 일정높이 이하로 떨어지면 자동적으로 석탄을 공급할 수 있는 원료 공급수단을 갖고,

연소실에서 석탄이 연소되면서 얻는 열원이 보일러통 내부 가열실을 통과해 연통으로 배출됨에 있어서, 상기 가열실에는 열기가 최대한 오랜 기간 가열관 내부에 머물수 있도록 수관을 구성한 열기통로 구조를 갖되, 가열관은 가운데로 열기통로가 있는 가열관A타입과 바깥으로 열기통로가 있는 가열관B타입으로 구분되어 제공되고, 가열관A타입과 가열관B타입이 교호적으로 적층되는 구조를 갖도록 제공되며, 또한 상기 열기통로에는 열기의 흐름을 방해하면서 열원이 열기통로 내부로 골고루 균등하게 퍼질 수 있도록 회전하는 프로펠러가 설치되는 구조를 가지는 열원 전달수단을 가지며,

연소실 바닥부에 마련되어 석탄이 올려 쌓여진 후 연소되는 로스톨의 하단에서는 일정 시간마다 로스톨 사이로 회전하면서 석탄가루가 로스톨 막대의 사이로 쌓여 로스톨의 상단과 하단을 막아 공기의 유입을 방해하는 것을 방지하는 공기 유입 수단을 갖는 보일러에 관한 기술사상에 의해 본원의 목적을 달성할 수 있음을 확인하여 완성된 발명이다.

이하 본원에서 열 효율을 극대화시킨 석탄 보일러를 제공하기 위한 더욱 구체적인 발명의 실시양태는 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용' 란 기재에서 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

본원에서 제공하는 석탄 보일러는 자동으로 적정량의 석탄이 투입되고, 석탄이 연소되면서 발생하는 열은 지그재그 형태의 열기 통로를 지남으로써 열의 손실을 줄이면서 물을 가열할 수 있게 된다.

또한, 상기 열기 통로에 회전날개와 이물질 제거부재가 설치됨으로써 열기의 이동을 방해하여 열기가 오랜 기간 열기통로에 머무를 수 있도록 하고 공기를 원활하게 공급할 수 있게 된다.

종래의 석탄보일러는 물의 일부분만 집중적으로 가열되는 문제점으로 온수가 나오다가도 어느 순간 미지근한 물이나 찬 물이 나오게 되는 문제점이 있었지만, 본원의 석탄보일러는 물이 여러 번 가열관A와 가열관B를 연달아 거치게 되면서 고루 열기를 받게 되어 항상 일정한 온도를 유지할 수 있는 물을 공급할 수 있는 효과를 갖게 된다.

이하, 본원 발명을 바람직하게 구성한 실시 예를 첨부된 도면을 겸하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본원의 석탄 보일러를 구성한 실시예를 예시한 사시도이고, 도 2는 그 단면도이다.

본원에서 제공하는 석탄 보일러(1)는 하부 받침대(2) 상부로 석탄재를 모아주는 집진챔버(10)가 설치되되, 상기 집진챔버는 상단으로 로스톨(11)이 구비되고, 로스톨(11)에서 떨어지는 석탄재를 모아주며, 상기 집진챔버의 상부로는 연소실(20a), 가열실(20b), 수실(20c)을 포함하여 구성되는 보일러통(20)을 구비하여 제공된다.

도 3을 참고하여 집진챔버(10)에 대해서 설명한다. 상기 집진챔버(10)는 내 부로는 로스톨에서 떨어지는 석탄재를 모아두는 석탄재저장실(12)이 구비되고, 일측단에는 모아둔 석탄재를 제거하기 위한 집진챔버개폐부(13)가 형성된다.

또한 상기 집진챔버(10)의 일측 타단에는 송풍장치(9)를 이용해 집진챔버 내부로 공기를 주입하는 공기주입구(14)가 형성된다.

도 4를 참고하여 로스톨(11)을 설명하면, 로스톨은 내부가 비어있고 상부로 석탄이 쌓이는 보조수실(11a)과 상기 보조수실과 연결되어 연통되는 연통수실(11b)로 구분되며, 연통수실(11b)이 연통관(15)을 통해 보일러통(20)과 연결되어 물이 연통수실과 보조수실로 들어와 가열될 수 있도록 한다.

상기 로스톨(11)의 하단에는 부채꼴 모양의 이물질 제거부재(16)가 설치된다. 상기 이물질 제거부재는 중심축(17)을 따라 좌우로 회전 가능하도록 설치되며, 좌우로 회전하면서 로스톨 사이의 빈 공간에 끼게 되는 탄재 및 이물질을 제거함으로써, 로스톨 하단의 공기가 로스톨 상부로 원활하게 공급할 수 있도록 한다.

상기 이물질 제거부재(16)의 중심축(17)은 제1구동부(3)에 의해 좌우로 회전하게 되며, 이물질 제거부재가 로스톨 사이에 끼워진 채로 제1구동부의 동작이 정지하였을 때, 이물질 제거부재가 원위치할 수 있도록 중심축(17)에 중심대(18)가 고정설치되고, 상기 중심대(18)의 양 끝단에 스프링(19)이 보일러관이나 하부 받침대에 연결되는 구조를 갖게 된다.

보일러 통(20)은 집진챔버(10)의 상단에 설치되고, 하단으로 연소실(20a)을 구비하고 그 상부에 가열실(20b), 그리고 연소실과 가열실을 감싸는 수실(20c)로 구분하여 구성되며, 연소실(20a)은 점화수단을 가지고 로스톨(11) 상부로 쌓이는 석탄을 연소시키는 기능을 가지고, 가열실(20b)은 연소실(20a)에서 나오는 열기를 이용하여 수실(20c)에 있는 물을 가열하며, 수실(20c)은 입수라인(6)을 통해 물을 받아 채워져 가열된 후 배수라인(7)을 통해 배출하게 된다.

도 5는 연소실에 석탄을 투입하는 투입수단을 도시한 예시도로서, 투입부(21) 위로 호퍼(22)가 구비되고 상기 투입부(21)를 실린더로 삼아 피스톤(23)이 제2구동부의 동작에 따라 피스톤 운동을 하면서 석탄을 투입하게 됨을 나타내고 있다. 또한 석탄이 멋대로 투입부에서 연소실로 떨어지는 것을 방지하기 위한 차단판(24)이 투입부 출구 쪽에 구비된다.

상기 석탄 투입수단을 이용하여 연소실(20a)내부의 석탄의 쌓인 양을 일정하게 유지할 수가 있게 된다. 즉 도 4에 도시된 바와 같이, 보일러통을 관통하여 연소실(20a) 내부를 볼 수 있게 보일러 통 외면 양측으로 일정한 높이에 투시구(25)가 형성되고, 상기 투시구(25)에는 열에 강하면서 투명한 투시막(27)이 설치되어 상기 투시구(25)를 통해 내부 석탄의 높이를 감지하도록 각각의 투시구 일측으로 감지센서(26)가 서로 마주볼 수 있도록 구비되어 있게 한다.

상기 감지센서가 서로 마주볼 수 있으면 연소실 내 석탄의 양이 줄어든 것으로 판단하고 제2구동부를 작동하여 석탄을 투입하고, 감지센서가 서로 마주볼 수 없으면 석탄의 양이 충분하다고 판단하여 제2구동부의 작동을 중지시킴으로써 항상 일정한 양의 석탄이 쌓여 연소될 수 있도록 하게 된다.

가열실(20b)은 연소실에서 석탄이 연소되면서 발생하는 열을 이용하여 수실(20c)에 있는 물을 가열시키는 장소이다. 상기 가열실은 열기가 이동하는 열기이 동통로(T)와 물이 이동하는 수로(W)로 구분하여 구성되며, 가열실 내부로 수실(20c)과 연결되어 연통하는 가열관(30)이 설치된다.

상기 가열관(30)은 적층되어 설치되며 가열실의 중간 가운데로 열기통로(31T)가 있는 가열관A(31)와, 가열실의 바깥으로 열기통로(32T) 가 있는 가열관B(32)가 교호적으로 적층되어 결국 열기이동통로(T)가 지그재그로 형성되도록 하여 가열실에서 열원이 장기간 체류할 수 있도록 구성된다.

도 6은 가열실 내부의 가열관을 나타낸 예시도로서, 도 6a는 교호적으로 적층된 가열관 및 회전날개를 도시한 사시도이고, 도 6b는 가열관A(31)의 단면도이며, 도 6c는 가열과B(32)의 단면을 나타낸 것이다. 보다 확실한 수로(W)의 위치를 나타내기 위해 불필요한 부분은 생략하고 도시하였다.

가열관A(31)와 가열관B(32)가 교호적으로 적층되는 사이에는 회전날개(33)가 구비될 수 있다. 상기 회전날개(33)는 가열실(20b) 중앙을 관통하여 제3구동부(5)에 의하여 회전하는 회전축(34)에 축설되어 회전하게 된다.

상기 회전날개가 구비되면 열기이동통로(T)에서 열기가 오랫동안 머무를 수 있게 되고 가열관 각 부분에 균등하게 열을 전달할 수 있는 구조를 갖는다.

또한 상기 회전날개(33)의 회전에 의해 가열실 내부에 쌓이는 이물질을 제거할 수 있다. 상기 보일러 통(20)의 회전날개가 위치하는 한 측으로 이물질 배출구(35)가 구비되고 상기 이물질 수거구(35)에 차단판(36)이 체결구(37)에 의해 개폐 가능하도록 구성되어 가열관 위에 쌓이는 석탄재가 회전날개에 의해 이물질 배출구로 제거하도록 할 수 있다.

도 7은 가열실 내부에서 열기의 이동통로(T)를 도시한 단면도이고, 도 8은 수로의 이동경로(W)를 도시한 단면도이다.

열기 이동통로(T)가 지그재그 형태로 이루어져 열원이 최대한 많은 시간동안 최대한 많은 가열관과 접촉하면서 배기구(8)를 통해 배출되는 것을 나타낸 수 있으며, 또한 공급된 물이 수실(20c)에서 가열관A(31)와 가열관B(32)를 거치면서 가열되는 것을 나타내고 있다.

종래의 석탄보일러는 물의 일부분만 집중적으로 가열되어 사용하다 보면 온수가 나오다가도 어느 순간 미지근한 물이나 찬 물이 나오게 되는 문제점이 있었지만, 본원의 석탄보일러는 물이 여러 번 가열관A와 가열관B를 연달아 거치게 되면서 고루 열기를 받게 되어 항상 일정한 온도를 유지할 수 있는 물을 공급할 수 있게 된다.

이상으로 본원 석탄보일러의 특징적인 기술사상을 일 실시예로 구성하여 설명하였다.

도 1은 본원의 석탄보일러를 구성한 실시 예를 나타내는 사시도.

도 2는 본원의 석탄보일러를 구성한 실시 예를 나타내는 단면도.

도 3은 집진챔버의 구성을 나타낸 사시도.

도 4는 이물질제거부재의 동작원리를 나타내는 예시도.

도 5는 본원의 석탄보일러의 석탄 투입수단을 예시한 단면도.

도 6는 가열실 내부의 구성요소를 도시한 사시도.

도 7은 가열실 내부에서 열기의 이동경로를 도시한 단면도.

도 8은 가열실 내부에서 수로의 이동경로를 도시한 단면도

******** 도면의 주요 부호에 대한 설명 ********

1 : 보일러 2 : 하부 받침대

3 : 제1구동부 4 : 제2구동부

5 : 제3구동부 6 : 입수라인

7 : 배수라인 8 : 배기구

9 : 송풍장치 10 : 집진챔버

11 : 로스톨 12 : 석탄재저장실

13 : 집진챔버개폐부 14 : 공기주입구

15 : 연통관 16 : 이물질 제거부재

17 : 중심축 18 : 중심대

19 : 스프링 20 : 보일러통

20a : 연소실 20b : 가열실

20c : 수실 21 : 투입부

22 : 호퍼 23 : 피스톤

24 : 차단판 25 : 투시구

26 : 감지센서 30 : 가열관

31 : 가열관A 32 : 가열관B

31T, 32T : 열기통로 33 : 회전날개

34 : 회전축 35 : 이물질 배출구

36 : 차단판 37 : 체결구

T : 열기이동통로 W : 수로

Claims (6)

1. 투입되는 석탄이 올려지는 로스톨(11)이 상단에 구비되면서 석탄재를 모아주는 집진챔버(10), 집진챔버(10)의 상단에 설치되어 하부에 연소실(20a) 및 그 상부에 가열실(20b)과 수실(20c)을 포함되는 보일러 통(20)을 구비하여 제공되는 석탄 보일러로서,

   상기 가열실(20a)에는 내부 공간에 물이 흐르는 가열관(30)을 설치하되, 상기 가열관(30)는 가운데로 열기통로(31T)가 있는 가열관A(31)과 바깥으로 열기통로(32T)가 있는 가열관B(32)로 구분되고, 가열관A(31)과 가열관B(32)가 교호적으로 적층되도록 하여 열원이 지그재그로 유도되면서 수실(20c) 및 가열관을 가열하도록 구성함을 특징으로 하는 석탄 보일러.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 보일러 통(20)의 가열실(20a)에 가열관A(31)와 가열관B(32)의 사이에는 중앙을 관통하여 구동부(5)에 의하여 회전하는 회전축(33)에 축설한 회전날개(34)를 구비함을 특징으로 하는 석탄 보일러.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 보일러 통(20)에 연소실(20a)이 위치하는 외면 양측으로 투시구(25)를 형성하면서 연소실(20a)에 투입되는 석탄의 높이를 감지하도록 투시구의 일측으로 각각 감지센서(26)를 구비하여 감지센서의 신호에 의하여 상기 연소실에 석탄을 공급하는 피스톤(26)이 투입부(21)에 쌓인 석탄을 연소실로 투입하도록 구성함을 특징으로 하는 석탄 보일러.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 집진챔버(10)에는 로스톨(11) 하부로 부채꼴 모양의 이물질 제거부재(16)가 중심축(17)을 따라 좌우로 회전 가능하도록 설치하여 로스톨(11)의 사이에 끼게 되는 탄재 및 이물질들을 제거함으로 공기를 원활하게 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 석탄 보일러.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 로스톨(11)은, 양측으로 형성하는 양 보조수실(11a)을 일정간격을 두고 수관(11b)으로 연결하여 연통되도록 하고, 양 보조수실(11a)을 보일러 통(20)과 연통관(15)으로 연결함을 특징으로 하는 석탄 보일러.
6. 제 2항에 있어서,

   상기 보일러 통(20)에 각 회전날개(33)가 위치하는 한 측으로 이물질 배출구(35)를 각각 형성하여 이물질 배출구(35)에 체결구(37)로 차단판(36)을 개폐하도록 구비함을 특징으로 하는 석탄 보일러.

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