KR20120110938A - 보일러 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보일러 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가정 등에서 발생되는 가연성 생활 쓰레기 및 폐기물들을 연소시켜 탄화시키도록 하고, 탄화 시에 발생되는 가스를 강제적으로 순환시켜 저온 연소에 의해 발생되는 다이옥신 등 유독성 물질을 소각로의 내부에서 완전연소시킬 수 있도록 할 뿐만 아니라, 이 배출가스를 활용하여 열교환이 이루어지는 진행방향의 범위가 최대한 길어지도록 연소가스를 강제적으로 순환시키는 구조를 형성하여 폐기물을 소각할 때의 에너지 소요경비를 절약하고, 자원의 낭비를 최소화함과 동시에, 열교환이 이루어지는 액체 열매체의 열교환 효율을 극대화하여 난방, 온수 등을 사용할 수 있도록 하는 보일러 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 보일러 시스템은, 폐기물이 연소되어 발생되는 가스가 배출되도록 상부에 가스배출구가 구비된 소각로 본체와, 파쇄 또는 분쇄된 폐기물이 투입되기 위하여 상기 소각로 본체의 외측에 폐기물투입호퍼가 구비되고, 상기 폐기물투입호퍼로 투입된 폐기물을 상기 소각로 본체의 내부로 이송하기 위한 투입 스크류컨베이어가 구비된 폐기물이송수단과, 상기 소각로 본체의 내부에서 원통형의 형상으로 설치되되 상기 투입 스크류컨베이어의 출구가 상부에서 내통하게 연결되고 하부에는 상기 투입 스크류컨베이어로부터 투입된 폐기물이 낙하되어 쌓이도록 다수개의 화염구가 형성된 연소실바닥이 구비된 주연소실과, 상기 주연소실 내부의 공기를 가열하여 폐기물을 연소시키도록 분사구의 분사방향이 상기 연소실바닥을 향하여 위치되게 설치된 버너와, 입구가 상기 주연소실에 연결되고 출구가 상기 주연소실의 하부방향에 위치되도록 연장된 가스회수관이 구비되고, 상기 가스회수관에서 배출되는 가스가 분사되도록 상기 가스회수관의 출구에 연결된 분사노즐이 구비되며, 상기 가스회수관의 입구와 출구 사이에서 상기 주연소실에서 연소된 가스를 상기 분사노즐 방향으로 유도하기 위한 송기팬이 구비된 가스순환수단과, 상기 주연소실에서 가열된 폐기물의 분진이 낙하되어 회수되도록 상기 주연소실의 하부에 설치된 분진회수호퍼가 구비되고, 상기 분진회수호퍼로 회수된 폐기물 분진이 상기 소각로 본체의 외측으로 배출 이송되도록 상기 분진회수호퍼의 하부 출구로 투입구가 이어지는 회수 스크류컨베이어가 구비되며, 상기 회수 스크류컨베이어의 출구에서 배출되는 분진이 저장되기 위한 분진저장탱크가 구비된 분진회수수단과, 상기 주연소실의 예열시 버너를 가동하고 주연소실의 온도가 미리 정해진 온도에 도달되면 버너의 가동을 중지시키며 상기 투입 스크류컨베이어에 의해 이송되는 폐기물의 투입량을 조절하여 상기 주연소실의 온도를 조절할 수 있도록 상기 투입 스크류컨베이어 및 회수 스크류컨베이어의 이송속도를 조절하는 제어수단으로 구성된 소각부와, 상기 소각부의 상부로 연결되되, 액체 열매체가 내부로 유입되도록 하단부 일측에 급수유입관이 구비되고, 상기 급수유입관으로 유입된 액체 열매체가 배출되도록 상단부 일측에 급수배출관이 구비된 열교환케이스와, 상기 가스배출구 상단부에 연장되게 연결되어 상기 소각부에서 배출되는 연소가스를 상기 열교환케이스 상방으로 유도하는 중앙가스통로관과, 상기 열교환케이스 내부 상부측에서 상하 방향으로 공간을 분리하는 상부분리벽이 구비되어 상기 중앙가스통로관으로부터 유입된 연소가스가 모이는 내부 공간을 형성하는 상부가스순환실과, 상기 열교환케이스 내부 하부측에서 상하 방향으로 공간을 분리하는 하부분리벽이 구비되어 내부 공간을 형성하는 하부가스순환실과, 상기 열교환케이스 내부에서 상기 중앙가스통로관을 포위하는 형태로 상단이 상기 상부가스순환실 내부로 통하고 하단이 상기 하부가스순환실 내부로 통하는 다수개의 열교환관과, 상기 상부가스순환실에 모인 연소가스를 어느 일측방으로 유도하여 상기 다수개의 열교환관 중 일부 열교환관을 통해 상기 하부가스순환실로 흐르도록 상기 상부가스순환실 내부 공간을 구획하는 경계벽이 구비되고, 상기 하부가스순환실로 유입된 연소가스가 상기 다수개의 열교환관 중 나머지 열교환관을 통해 상기 상부가스순환실 방향으로 흘러 상기 열교환케이스 외부로 배출되도록 일측에 배기관이 구비되는 헤더로 구성된 열교환부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

보일러 시스템{BOILER SYSTEM}

본 발명은 보일러 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가정 등에서 발생되는 가연성 생활 쓰레기 및 폐기물들을 연소시켜 탄화시키도록 하고, 탄화 시에 발생되는 가스를 강제적으로 순환시켜 저온 연소에 의해 발생되는 다이옥신 등 유독성 물질을 소각로의 내부에서 완전연소시킬 수 있도록 할 뿐만 아니라, 이 배출가스를 활용하여 열교환이 이루어지는 진행방향의 범위가 최대한 길어지도록 연소가스를 강제적으로 순환시키는 구조를 형성하여 폐기물을 소각할 때의 에너지 소요경비를 절약하고, 자원의 낭비를 최소화함과 동시에, 열교환이 이루어지는 액체 열매체의 열교환 효율을 극대화하여 난방, 온수 등을 사용할 수 있도록 하는 보일러 시스템에 관한 것이다.

현재 보일러는 산업용에서 가정용에 이르기까지 다양한 구조와 특징을 가지고 있는데, 주로 보일러는 경우, 등유, 가솔린 등의 유류나 가스와 같은 연료를 이용하여 전기 점화방식 등의 제어시스템에 의하여 버너가 점화된 채 운전되면서 온수 및 난방을 위해 순환되는 물탱크를 가열시키는 방법 등을 사용하고 있다.

그런데, 유류나 가스 등은 가격이 매우 비싸기 때문에 유지비가 많이 들게 되고, 소득수준이 어려운 농촌 등에서는 보일러 사용에 따른 부담이 가중되고 있는 현실이다. 이에 따라 최근에는 연탄이나 석탄과 같은 고체연료를 이용하여 연료를 직접 연소시키는 보일러가 많이 보급되고 있으며, 이와같은 보일러의 방식은 소규모의 난방으로서 하우스단지 등에서도 타 보일러에 비하여 설치 및 유지비 등의 경제적인 이유로 적합한 것이므로 주위에서 흔히 접할 수 있는 형태이다. 하지만, 석탄과 같은 고체연료를 취급하는 매장은 한정적인 것이어서 구입이 어렵기 때문에 적은 연료를 사용하여 보다 많은 열교환 효율을 얻어낼 수 있는 방법이 요구되고 있는 실정이였으나, 종래의 보일러 대다수는 연소실에서 발생된 공기가 곧바로 상승하면서 배출되도록 구성되어 연소가스의 열이 충분히 물과 열교환 되어지지 못한 상태에서 외부로 배출되어 보일러의 열교환 효율이 좋지 못한 문제점을 갖는 것이었다.

또한, 최근 산업 발전 및 국민 생활 수준 향상에 따라 각종 산업 폐기물의 발생량이 급격히 증가하고 있으며, 이에 따라 심각한 환경 파괴가 우려되어 폐기물의 처리에 대한 막대한 비용을 소요하고 있으며, 환경적인 측면에서 가장 효율적인 방법으로는 폐기물을 재활용하는 것이 바람직하지만, 이는 극히 제한적으로 이루어지는 현실이였다. 이에 반하여, 소각 및 매립은 처리가 손쉽고 비교적 비용이 적게 든다는 이점이 있는 것이었지만, 좁은 영토를 소유하고 있는 우리나라에서는 넓은 면적의 매립장의 확보가 매우 어렵기 때문에 특히, 백화점?슈퍼마켓?중소규모사업장 등에는 소규모의 간이 소각로를 설치하여 포장관련 폐기물과 공장에서 배출되는 특수 상업폐기물, 병원?보건소 등에서 발생되는 의료폐기물 등의 소각을 하고 있는 실정이다.

그러나, 상기와 같은 폐기물의 연소에 의하여 생기는 탄화물 및 합성수지 용축물 등이 연소용 공기의 공급을 방해하므로 불완전 연소가 이루어져 폐기물의 소각효율이 저하되며, 이로 인하여 미연소 가스가 배출되는 것이었고, 폐기물을 회전?이송시키면서 보조연료를 사용함으로써 폐기물의 소각효율은 양호한 편이나 소각비용의 상승을 초래하게 되었으며, 유해물질인 질화물(NOx) 등의 배출량이 증대되어 대기오염을 유발시키는 문제점이 발생되는 것이었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 각종 생활 폐기물들이 나오는 장소에 설치되어 가연성 생활 폐기물을 연소시켜 탄화시키도록 하고, 탄화 시에 발생되는 가스를 강제적으로 순환시켜 저온 연소에 의해 발생되는 다이옥신 등 유독성 물질을 내부에서 완전 연소시킬 수 있도록 하고, 완전 연소된 폐기물에서 발생되는 분진을 회수하여 각종 산업용 원료로 가공하여 재활용할 수 있도록 함으로써 폐기물을 소각할 때의 에너지 소요경비를 절약하고, 자원의 낭비를 최소화 할 수 있는 보일러 시스템을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 각종 생활 폐기물을 소각하여 배출되는 연소가스를 활용하여 물, 기름 등 액체 열매체의 열교환 효율을 극대화시킬 수 있도록 연소가스의 열교환부 진행방향이 사방으로 중복되도록 강제 순환시키는 구조를 갖게 되어 난방, 온수 등을 사용하는 보일러의 소요 경비를 최소화 할 수 있는 보일러 시스템을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 보일러 시스템은, 폐기물이 연소되어 발생되는 가스가 배출되도록 상부에 가스배출구가 구비된 소각로 본체와, 파쇄 또는 분쇄된 폐기물이 투입되기 위하여 상기 소각로 본체의 외측에 폐기물투입호퍼가 구비되고, 상기 폐기물투입호퍼로 투입된 폐기물을 상기 소각로 본체의 내부로 이송하기 위한 투입 스크류컨베이어가 구비된 폐기물이송수단과, 상기 소각로 본체의 내부에서 원통형의 형상으로 설치되되 상기 투입 스크류컨베이어의 출구가 상부에서 내통하게 연결되고 하부에는 상기 투입 스크류컨베이어로부터 투입된 폐기물이 낙하되어 쌓이도록 다수개의 화염구가 형성된 연소실바닥이 구비된 주연소실과, 상기 주연소실 내부의 공기를 가열하여 폐기물을 연소시키도록 분사구의 분사방향이 상기 연소실바닥을 향하여 위치되게 설치된 버너와, 입구가 상기 주연소실에 연결되고 출구가 상기 주연소실의 하부방향에 위치되도록 연장된 가스회수관이 구비되고, 상기 가스회수관에서 배출되는 가스가 분사되도록 상기 가스회수관의 출구에 연결된 분사노즐이 구비되며, 상기 가스회수관의 입구와 출구 사이에서 상기 주연소실에서 연소된 가스를 상기 분사노즐 방향으로 유도하기 위한 송기팬이 구비된 가스순환수단과, 상기 주연소실에서 가열된 폐기물의 분진이 낙하되어 회수되도록 상기 주연소실의 하부에 설치된 분진회수호퍼가 구비되고, 상기 분진회수호퍼로 회수된 폐기물 분진이 상기 소각로 본체의 외측으로 배출 이송되도록 상기 분진회수호퍼의 하부 출구로 투입구가 이어지는 회수 스크류컨베이어가 구비되며, 상기 회수 스크류컨베이어의 출구에서 배출되는 분진이 저장되기 위한 분진저장탱크가 구비된 분진회수수단과, 상기 주연소실의 예열시 버너를 가동하고 주연소실의 온도가 미리 정해진 온도에 도달되면 버너의 가동을 중지시키며 상기 투입 스크류컨베이어에 의해 이송되는 폐기물의 투입량을 조절하여 상기 주연소실의 온도를 조절할 수 있도록 상기 투입 스크류컨베이어 및 회수 스크류컨베이어의 이송속도를 조절하는 제어수단으로 구성된 소각부와, 상기 소각부의 상부로 연결되되, 액체 열매체가 내부로 유입되도록 하단부 일측에 급수유입관이 구비되고, 상기 급수유입관으로 유입된 액체 열매체가 배출되도록 상단부 일측에 급수배출관이 구비된 열교환케이스와, 상기 가스배출구 상단부에 연장되게 연결되어 상기 소각부에서 배출되는 연소가스를 상기 열교환케이스 상방으로 유도하는 중앙가스통로관과, 상기 열교환케이스 내부 상부측에서 상하 방향으로 공간을 분리하는 상부분리벽이 구비되어 상기 중앙가스통로관으로부터 유입된 연소가스가 모이는 내부 공간을 형성하는 상부가스순환실과, 상기 열교환케이스 내부 하부측에서 상하 방향으로 공간을 분리하는 하부분리벽이 구비되어 내부 공간을 형성하는 하부가스순환실과, 상기 열교환케이스 내부에서 상기 중앙가스통로관을 포위하는 형태로 상단이 상기 상부가스순환실 내부로 통하고 하단이 상기 하부가스순환실 내부로 통하는 다수개의 열교환관과, 상기 상부가스순환실에 모인 연소가스를 어느 일측방으로 유도하여 상기 다수개의 열교환관 중 일부 열교환관을 통해 상기 하부가스순환실로 흐르도록 상기 상부가스순환실 내부 공간을 구획하는 경계벽이 구비되고, 상기 하부가스순환실로 유입된 연소가스가 상기 다수개의 열교환관 중 나머지 열교환관을 통해 상기 상부가스순환실 방향으로 흘러 상기 열교환케이스 외부로 배출되도록 일측에 배기관이 구비되는 헤더로 구성된 열교환부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 보일러 시스템은, 상기 주연소실은, 상기 연소실바닥 상부방향 내측벽 둘레 부분에서 폐기물이 연소되어 발생되는 가스 또는 폐열이 유통되기 위한 다수개의 가스흡입공이 형성되고, 상기 가스흡입공으로부터 유입된 가스가 수집되도록 상기 가스흡입공이 형성된 외주변 방향으로 밀폐된 공간을 형성하여 일측이 상기 가스회수관에 이어지게 연결되는 가스순환로가 더 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 보일러 시스템은, 상기 주연소실은, 상기 연소실바닥 상부방향의 내측벽 둘레 부분에서 폐기물이 연소되어 발생되는 가스 또는 폐열이 유통되기 위한 다수개의 가스흡입공이 형성되고, 내부에는 상기 가스흡입공으로부터 유입된 가스 또는 상기 연소실바닥의 화염구를 통해 상승되는 가스가 흡입되도록 출구가 상기 가스회수관에 이어지게 연결된 가스흡기구가 더 구비된 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성에 의하여 본 발명에 따른 보일러 시스템은 각종 생활 폐기물들이 나오는 장소에 설치되어 가연성 생활 폐기물을 연소시켜 탄화시키도록 하고, 탄화 시에 발생되는 가스를 강제적으로 순환시켜 저온 연소에 의해 발생되는 다이옥신 등 유독성 물질을 내부에서 완전 연소시킬 수 있도록 하고, 완전 연소된 폐기물에서 발생되는 분진을 회수하여 각종 산업용 원료로 가공하여 재활용할 수 있도록 함으로써 폐기물을 소각할 때의 에너지 소요경비를 절약하고, 자원의 낭비를 최소화 할 수 있을 뿐만 아니라, 배출되는 연소가스를 활용하여 물, 기름 등 액체 열매체의 열교환 효율을 극대화시킬 수 있어 난방, 온수 등을 사용하는 보일러의 소요 경비를 최소화 할 수 있는 장점을 갖는다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 보일러 시스템의 구성을 도시한 분해사시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 보일러 시스템을 도시한 단면상태도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 보일러 시스템의 열교환부 연소가스의 흐름을 도시한 개념도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 보일러 시스템의 소각부를 도시한 사시도.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 보일러 시스템의 소각부를 도시한 사시도.

이하에서는 도면에 도시된 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 보일러 시스템을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 보일러 시스템의 구성을 도시한 분해사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 보일러 시스템을 도시한 단면상태도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 보일러 시스템의 열교환부 연소가스의 흐름을 도시한 개념도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 보일러 시스템은 소각부(10), 열교환부(20)를 포함하여 구성된다.

상기 소각부(10)는 소각로 본체(11)와, 폐기물이송수단(12)과, 주연소실(13)과, 버너(14)와, 가스순환수단(15)과, 분진회수수단(16)과, 제어수단(17)으로 구성되게 된다.

상기 소각로 본체(11)는 폐기물(W)이 투입되어 소각되기 위한 공간을 형성하고 외부 공기와의 접촉을 차단하도록 사방이 밀폐된 원통형의 형상으로 설치된다. 상기 소각로 본체(11)의 상단부 중앙에는 폐기물(W)이 연소되어 발생되는 가스가 배출되도록 상부를 향하여 원형으로 돌출된 가스배출구(111)가 구비된다. 또한, 상기 소각로 본체(11)의 하부측에는 둘레의 외주변을 따라 다수개의 통공이 형성된 공기유입구(112)가 구비되어 소각로 본체(11) 내부로 공기가 공급될 수 있도록 한다.

상기 폐기물이송수단(12)은, 파쇄 또는 분쇄된 폐기물이 투입되기 위하여 상기 소각로 본체(11)의 외측에 구비된 폐기물투입호퍼(121)와, 상기 폐기물투입호퍼(121)로 투입된 폐기물을 상기 소각로 본체(11)의 내부로 이송하기 위한 투입 스크류컨베이어(122)로 구성된다.

상기 폐기물투입호퍼(121)는, 상기 소각로 본체(11) 내부에서 소각되는 폐기물(W)을 투입하기 위해서 파쇄 또는 분쇄된 폐기물이 담기기 위한 내부 공간이 형성되고, 상기 투입 스크류컨베이어(122)의 입구 부분에 설치된다.

상기 투입 스크류컨베이어(122)는, 상기 폐기물투입호퍼(121) 내부에 담겨진 폐기물(W)이 상기 소각로 본체(11)의 내부로 이송되도록 상기 소각로 본체(11)의 상부 측벽을 향하여 경사지게 설치되고, 출구가 상기 소각로 본체(11)의 내부 방향에 위치되도록 측벽을 관통하여 설치된다. 여기에서, 상기 측벽의 관통된 부분은 고무패킹(도면 미도시) 등을 사용하여 상기 소각로 본체(11)의 내부가 밀폐되도록 하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 투입 스크류컨베이어(122)는 상기 제어수단(17)에 의해 자동으로 작동 또는 중지될 수 있는 것으로, 폐기물(W)의 투입속도를 조절하도록 상기 제어수단(17)에 의해 이송속도가 제어된다.

상기 주연소실(13)은, 상기 소각로 본체(11)의 내부에서 원통형의 형상을 갖도록 설치된다. 상기 주연소실(13)은 상기 투입 스크류컨베이어(122)의 출구가 상부에서 내통하게 연결되고, 하부에는 상기 투입 스크류컨베이어로(122)부터 투입된 폐기물(W)이 낙하되어 쌓이도록 다수개의 화염구(131a)가 형성된 연소실바닥(131)이 구비된다. 도면을 참조하면, 상기 주연소실(13)은 내부에서 열기에 의한 회전류가 잘 형성되도록 원통형 형상으로 형성되어 상기 투입 스크류컨베이어(122)의 출구에서 투입된 폐기물(W)이 소각되기 위한 공간을 형성하고 상기 소각로 본체(11)내부에서 공기와의 접촉이 차단되도록 설치된다. 또한, 상기 연소실바닥(131)은 상기 주연소실(13)의 하단부에서 중앙이 상부로 돌출된 원뿔 형상으로 형성되고, 그 표면에는 다수개의 화염구(131a)가 형성됨으로써 상기 주연소실(13) 내부에 화염 및 화력이 집중되어 폐기물(W)이 쉽게 가열될 수 있도록 한다.

상기 버너(14)는, 상기 주연소실(13)의 내부의 공기를 가열하여 상기 주연소실(13) 내부에 쌓인 폐기물을 연소시키도록 분사구의 분사방향이 상기 연소실바닥(131)를 향하도록 설치된다. 상기 버너(14)는 상기 주연소실(13)의 내부를 미리 가열시키기 위한 것으로, 폐기물(W)이 완전히 연소되도록 보조적으로 작동될 수 있게 되고, 상기 주연소실(13) 내부가 적정 온도를 유지하도록 상기 제어수단(17)에 의해 작동하게 된다. 따라서, 상기 주연소실(13)의 온도를 감지할 수 있는 온도감지센서(도면 미도시)가 주연소실(13) 내부로 설치될 수도 있을 것이다.

한편, 도면을 참조하면, 상기 소각부(10)의 상기 주연소실(13) 상기 연소실바닥(131) 상부방향의 내측벽(13a) 둘레 부분에서 폐기물이 연소되어 발생되는 가스 또는 폐열이 유통되기 위한 다수개의 가스흡입공(132)이 형성되고, 그 외측에서 상기 가스흡입공(132)으로 부터 유입된 가스가 수집되도록 상기 가스흡입공(132)이 형성된 외주변 방향으로 밀폐된 공간을 형성하여 일측이 상기 가스회수관(151)에 이어지게 연결된 가스순환로(133)가 더 구비된 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명 보일러 시스템은 일반적으로 소각로의 내부는 폐기물(W)이 연소되기 위한 온도가 유지되어야 한다. 이를 위해서 본 발명은 소각 초기에는 상기 버너(14)로 주연소실(13)을 가열하지만, 가열된 주연소실(13)의 내부에는 일단 폐기물(W)이 연소되면 그 연소열과 기화된 가스가 상기 가스순환수단(15)에 의해 순환되어 상기 연소실바닥(131)의 저부로 다시 유입되도록 하는 것을 큰 특징으로 한다.

상기 가스순환수단(15)은, 입구가 상기 가스순환로(133)의 일측 측벽에 연결되고, 출구가 상기 주연소실(13)의 저부에 위치되도록 연장된 가스회수관(151)과, 상기 가스회수관(151)에서 배출되는 가스가 분사되도록 상기 가스회수관(151)의 출구에 연결된 분사노즐(152)과, 상기 가스회수관(151)의 입구와 출구 사이에서 상기 주연소실(13)에서 연소된 가스를 상기 분사노즐(152) 방향으로 유도하기 위하여 설치된 송기팬(153)으로 구성된다.

상기 가스회수관(151)은 상기 주연소실(13)의 폐기물(W)이 연소되어 발생되는 폐열 및 불완전 연소 후 발생되는 미연소 가스를 상기 주연소실(13) 내부로 순환시키기 위한 것이다. 이에, 상기 가스회수관(151)은 상기 가스순환로(133)의 일측 측벽에 연통되어 출구가 상기 주연소실(13)의 저부까지 이어지도록 원통형의 관 형상으로 연장되게 된다. 또한, 원형으로 다수개의 노즐이 상방을 향하도록 형성된 분사노즐부(152)는 상기 주연소실(13)의 저부에 배치되고, 상기 가스회수관(151)의 입구와 출구 사이에 설치되어 모터에 의해 회전되는 송기팬(153)에 의해 상기 주연소실(13)의 저부로 폐열 및 가스를 강제적으로 순환시켜 상기 분사노즐(152)의 상방으로 분출되도록 한다. 다시 설명하자면, 상기 주연소실(13)에서 폐기물(W)이 버너(14)에 의해 미리 예열되고, 가열된 폐기물(W)의 연소에 의해 가열된 기체는 상승되므로 상기 주연소실(13) 내부에는 회전류 및 상승류가 발생되면서 이로 인한 폐열과 기화된 가스가 주연소실(13)의 중앙 부분에서 내측벽(13a)의 둘레 부분을 따라 형성된 다수개의 상기 가스흡입공(132)을 통해 가스순환로(133)로 배출됨과 동시에, 상기 송기팬(153)에 의해 상기 가스회수관(151)을 통해 순환되어 상기 주연소실(13)의 저부 방향에 설치된 상기 분사노즐부(152)를 통하여 분출된다. 이때, 분출된 폐열 및 미연소 가스는 상기 주연소실(13) 내부로 다시 상승하게 됨으로써 주연소실(13)의 내부의 화력이 더욱 상승하게 되고, 주연소실(13) 내부 온도가 적정 온도를 유지하도록 상기 제어수단(17)에 의해 제어되는 것이다. 여기에서, 상기 소각로 본체(11)의 하부 외주변을 따라 형성된 공기유입구(112)는 상기 주연소실(13) 내부로 순환되는 미연소 가스의 완전 연소를 돕고, 내부의 온도를 적절히 조절하기 위해서 수동으로 개폐 작동하여 공기를 공급할 수 있게 된다. 한편, 상기 버너(14)는 폐열 및 미연소가스의 순환이 가속되거나 기화된 가스가 완전히 연소되도록 보조적으로 작동되게 된다.

따라서, 본 발명은 상기 주연소실(13) 내부에서 1차적으로 예열되어 배출된 미연소가스는 상기 가스순환수단(15)에 의해 반복 순환되어 완전 연소가 가능하게 되고, 상기 소각로 본체(11)의 상부에 구비된 가스배출구(111)를 통하여 배출되는 폐열과 완전 연소 가스를 상기 열교환부(20)로 공급하여 활용할 수 있도록 함으로써 효율적인 에너지 운용이 가능하게 된다.

상기 분진회수수단(16)은, 상기 주연소실(13)에서 가열된 폐기물의 분진(D)이 낙하되어 회수되도록 상기 주연소실(13)의 하부에 설치된 분진회수호퍼(161)와, 상기 분진회수호퍼(161)로 회수된 폐기물 분진(D)이 상기 소각로 본체(11)의 외측으로 배출 이송되도록 상기 분진회수호퍼(161)의 하부 출구로 투입구가 이어지는 회수 스크류컨베이어(162)와, 상기 회수 스크류컨베이어(162)의 출구에서 배출되는 분진(D)이 저장되기 위한 분진저장탱크(163)로 구성된다.

도면을 참조하면, 상기 분진회수호퍼(161)는 상기 연소실바닥(131)의 저부에서 소정 이격된 상태로 상기 연소실바닥(131)의 외경 둘레와 같은 크기로 설치되어 상기 주연소실(13) 내부에서 폐기물(W)이 연소되어 발생되는 분진(D)을 회수하게 된다. 상기 회수 스크류컨베이어(162)는, 상기 분진회수호퍼(161)를 통해 회수된 분진(D)이 상기 소각로 본체(11)의 외부로 배출되도록 하기 위한 것이다. 상기 스크류컨베이어(162)는 상기 분진회수호퍼(161)의 하부에 이어지도록 투입구(161a)가 형성되고, 모터에 의해서 회전되면서 상기 회수 스크류컨베이어(162)의 출구 부분에 구비된 상기 분진저장탱크(163)로 분진(D)이 이송되면서 교반된다. 이로써, 상기 분진저장탱크(163)에 쌓이는 분진(D)은 집하장에서 분리, 분쇄, 압축하는 작업 등 가공을 통하여 농업용, 축산업, 양식업 등의 폐원료로 사용되게 한다.

상기 제어수단(17)은, 상기에서 다른 구성들과 함께 설명한 바와 같이 상기 주연소실(13)의 예열시 버너(14)를 가동하고, 주연소실(13)의 온도가 미리 정해진 온도에 도달되면 버너(14)의 가동을 중지시키며, 상기 투입 스크류컨베이어(122)에 의해 이송되는 폐기물(W)의 투입량을 조절하여 상기 주연소실(13)의 온도를 조절할 수 있도록 상기 투입 스크류컨베이어(122) 및 회수 스크류컨베이어(162)의 작동과 이송속도를 제어할 뿐만 아니라, 상기 가스순환수단(15)에 의해 불완전 연소가스가 상기 주연소실(13)로 순환되도록 상기 송기팬(153)을 작동시키게 된다.

상기 열교환부(20)는 열교환케이스(21)와, 중앙가스통로관(22)과, 상부가스순환실(23)과, 하부가스순환실(24)과, 열교환관(25)과, 헤더(26)로 구성된다. 상기 열교환부(20)는 상기 소각부(10)의 상부로 연결되어 상기 소각부(10)에서 공급된 연소가스의 폐열을 이용하여 물, 기름 등과 같은 액체 열매체와 열교환시키기 위한 구성이다.

상기 열교환케이스(21)는 액체 열매체가 내부로 유입되도록 하단부 일측에 급수유입관(211)이 구비되고, 상기 급수유입관(211)으로 유입된 액체 열매체가 배출되도록 상단부 일측에 급수배출관(212)이 구비된다. 상기 급수유입관(211)은 상기 열교환케이스(21)의 일측면에서 액체 열매체가 내부로 유입되도록 하단부 일측에 설치된다. 상기 급수배출관(212)은 상기 열교환케이스(21)의 상단부 일측에 설치되어 상기 급수유입관(211)으로 유입된 액체 열매체가 상기 열교환케이스(21) 내부에서 상기 열교환관(25) 내부에 흐르는 연소가스 열에 의해 열교환이 이루어지도록 한다. 또한, 히팅되어진 액체 열매체를 배출하도록 외부에서 펌프(도면 미도시) 등을 별도로 설치하여 상기 급수배출관(212)을 통해 온수를 공급받을 수 있도록 한다.

상기 중앙가스통로관(22)은 상기 가스배출구(111)로 배출되는 연소가스를 상방으로 유도하도록 상기 가스배출구(111) 상단부로 연장되게 연결된다. 상기 중앙가스통로관(22)은 상기 열교환케이스(21)의 내부 중앙 부분에서 수직 방향으로 길게 내벽을 형성하여 상기 가스배출구(111)를 통해 유입된 연소가스가 상기 액체 열매체가 채워지기 위한 공간으로 섞이지 않고 열교환케이스(21) 내부를 통과하게 된다.

상기 상부가스순환실(23)은 상기 열교환케이스(21) 내부 상부측에서 상하 방향으로 공간을 분리하는 상부분리벽(231)이 구비되어 상기 중앙가스통로관(22)으로부터 유입된 연소가스가 모이는 내부 공간을 형성하게 된다.

상기 하부가스순환실(24)은 상기 열교환케이스(21) 내부 하부측에서 상하 방향으로 공간을 분리하는 하부분리벽(241)이 구비되어 내부 공간을 형성하게 된다.

상기 열교환관(25)은 상기 열교환케이스(21) 내부에서 상기 중앙가스통로관(22)을 포위하는 형태로 채워지도록 다수개가 상기 중앙가스통로관(22)과 나란하게 설치된다. 상기 열교환관(25)은 상기 연소가스가 내부에 흐르기 위한 관체인 것으로, 상단이 상기 상부가스순환실(23) 내부로 통하고, 하단이 상기 하부가스순환실(24) 내부로 통하도록 설치되어 진다.

상기 헤더(26)는 상기 상부가스순환실(23)에 모인 연소가스를 어느 일측방으로 유도하여 상기 다수개의 열교환관(25) 중 일부 열교환관(25)을 통해 상기 하부가스순환실(24)로 흐르도록 상기 상부가스순환실(23) 내부 공간 절반을 구획하는 경계벽(261)이 형성된다. 또한, 상기 헤더(26)의 일측에는 상기 하부가스순환실(24)로 유입된 연소가스가 상기 다수개의 열교환관(25) 중 나머지 열교환관(25)을 통해 상기 상부가스순환실(23) 방향으로 흘러 상기 열교환케이스(21) 외부로 배출되도록 일측에 배기관(262)이 설치된다.

상기와 같이 구성된 상기 열교환부(20)는 상기 중앙가스통로관(22)이 상기 소각부(10)의 가스배출구(111)의 상단부에 밀폐되게 연결되어 상기 열교환부(20)가 상기 소각부(10)의 상부로 쌓아진 형태를 이루게 된다.

한편, 도 3에 도시된 실시예는 연소가스의 열을 액체 열매체와 열교환시키기 위한 연소가스의 흐름을 도시한 실시예이다. 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 상기 열교환부(20)는 연소가스가 상기 열교환케이스(21)의 내부를 지나는 길이가 최대한 연장되도록 상기 열교환관(25)을 통과할 때 열교환케이스(21) 내부에서 사방으로 반복되는 형태로 굽어지는 통로를 흐르도록 하는 것을 특징으로 한다.

도 3을 참조하여 본 발명 열교환부(20)의 연소가스 흐름을 살펴보면, 상기 중앙가스통로관(22)을 통해 상기 열교환부(20)의 내부로 유입된 연소가스가 일단 상기 연소실케이스(21)의 상기 상부가스순환실(23)을 향하여 상방(G1)으로 흐르게 되고, 상기 헤더(26)의 일측으로 형성된 경계벽(261)이 일측방을 막게 되어 상기 상부가스순환실(23)의 우측방(G2)으로 유도되어 흐르게 된다. 그런 다음, 이 연소가스는 다수개의 상기 열교환관(25) 중, 상기 상부가스순환실(23) 공간의 절반만큼 연결되도록 상기 상부분리벽(231)에 상단이 연결된 절반의 열교환관(25)의 관로를 통하여 하방(G3)으로 꺽여 흐르게 되고, 상기 열교환케이스(21)의 하부 내측에서 내부 공간을 형성하는 하부가스순환실(24)에 도달하게 된다. 이어서, 상기 하부가스순환실(24)로 유입된 연소가스는 상기 열교환케이스(21)의 반대 방향인 좌측방(G4)으로 꺽여 흐르게 되고, 다수개의 열교환관(25) 중, 상단이 상기 헤더(26)의 하단부에 연결된 나머지 절반의 열교환관(25)의 관로를 통하여 연소가스가 다시 상방(G5)으로 흘러 상기 헤더(26)에 모여지게 됨과 동시에, 상기 배기관(262)으로 배출되게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 액체 열매체가 상기 열교환관(25)과 접촉되는 시간이 지속되도록 상기 열교환케이스(21)의 내부 공간을 순회하는 구조를 갖게 됨으로써, 액체 열매체와 연소가스의 열교환이 효율적으로 이루어지도록 한다. 또한, 상기 소각부(10)와, 상기 열교환부(20)는 분리 가능하게 구성된 것이고, 상기 상부가스순환실(23) 및 하부가스순환실(24)에는 연소가스의 흐름을 확인할 수 있도록 개폐 가능한 환기창(232,242)이 구비되어 본 발명 보일러 시스템의 유지보수가 용이하게 이루어질 수 있도록 한 것이다.

한편, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 소각로(10')를 도시한 사시도이다. 도 4에 도시된 실시예는 도 1 내지 도 2에 도시된 실시예와 마찬가지로 소각로 본체(11'), 폐기물이송수단(12'), 주연소실(13'), 버너(14'), 가스순환수단(15'), 분진회수수단(16'), 제어수단(17')을 포함하여 구성되며, 다만 상기 가스순환수단(15')이 도 1 내지 도 2에 도시된 실시예와는 다른 구조를 갖는다.

도 4을 참조하면, 상기 주연소실(13') 측벽에는 둘레방향을 따라 주연소실(13') 내부로 관통된 다수개의 가스흡입공(132')이 구비된다. 또한, 상기 주연소실(13')의 내부에는 입구와 출구 사이에 송기팬(153')이 구비된 가스회수관(151')에 연결되도록 출구가 상부로 연장된 원통형의 가스흡기구(133a')가 설치된다.

상기 가스흡입공(132')은 본 발명 일실시예에 따른 보일러 시스템의 상기 소각부(10)의 상기 가스흡입공(132)에서 상기 주연소실(13)의 저부에서 폐기물(W)이 소각되어 유입되는 화염 및 연소가스를 흡입하는 것과는 달리, 상기 주연소실(13')의 저부에서 상승하는 화염 및 연소가스와 상기 주연소실(13')의 외측 즉, 상기 소각로 본체(11') 내부에서 불완전연소되어 상승하는 연소가스까지 상기 주연소실(13') 내부로 재흡입하기 위하여 주연소실(13')의 측벽 둘레방향을 따라 형성된 것이다. 한편, 상기 가스흡기구(133a')는 폐기물(W)이 소각되어 발생되는 연소가스가 흡입되도록 저부에 통로가 형성되고, 출구가 상기 가스회수관(151')에 연결된다. 또한, 상기 가스흡기구(133a')는 상기 가스회수관(151')의 입구와 출구 사이에 구비된 송기팬(153')의 회전력에 의해 상기 가스흡입공(132')을 통하여 상기 소각로본체(11') 내부에서 흡입된 연소가스와 상기 주연소실(13')의 저부에서 폐기물(W)이 소각되어 상승하는 연소가스가 함께 빠르게 흡입되어 지게 된다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 소각부(10')는 연소실바닥(131')에서 소각된 폐기물의 연소가스뿐만 아니라, 불완전연소되어 상기 소각로 본체(11')에서 머물다가 그대로 배출될 수 있는 연소가스까지 상기 주연소실(13') 내부로 재순환시켜 연소실 내부의 온도 상승과 완전 연소가 이루어지도록 하는 것이다.

한편, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 보일러 시스템의 소각부(10")를 도시한 사시도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에서는 상기 도 4에 도시된 실시예와 마찬가지로 소각로 본체(11"), 폐기물이송수단(12"), 주연소실(13"), 버너(14"), 가스순환수단(15"), 분진회수수단(16"), 제어수단(17")을 포함하여 구성되되, 상기 주연소실(13")의 측벽에서 둘레방향을 따라 다수개의 가스흡입공(132")이 구비된다. 다만, 주연소실(13") 내부에는 가스흡기구(133a")가 브라켓에 의해 고정되게 설치되고, 상기 가스흡기구(133a")의 측벽에는 다수개의 보조흡입공(133b")이 더 형성된다. 그리고, 상기 가스흡기구(133a") 내부에서부터 수직방향으로 하향 연장되어 분사노즐(152")로 바로 이어지도록 가스회수관(151")이 설치되게 된다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 또 다른 실시예에서는 도 4에 도시된 다른 실시예에서와 같이 폐기물(W)이 소각되어 소각로 본체(11") 내부에서 잔존하게 되는 불완전연소가스가 상기 가스흡입공(132")을 통하여 주연소실(13") 내부로 흡입되도록 하고, 상기 가스흡기구(133a")의 저부 통로를 통하여 유입되던 주연소실(13") 내부의 연소가스가 상기 주연소실(13")의 측벽에 형성된 보조흡입공(133b")을 통하여 상기 가스흡기구(133a")로 더욱 신속하게 흡입되도록 하며, 분사노즐(152")까지 이 불완전연소가스를 신속하게 이동할 수 있도록 상기 가스흡기구(133a")의 내부에서부터 연소실바닥(131")을 관통하도록 하방으로 연장되는 최단거리로 상기 가스회수관(151")을 설치하게 된다. 이로써, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 소각로(10")는 도 4에 도시된 다른 실시예와 같이 소각로 본체(11")에 머물게 되는 불완전 연소가스뿐만 아니라, 상기 보조흡입공(133b")을 통하여 상기 주연소실(13") 내부의 상부쪽에서 머물며 더디게 흡입되는 연소가스가 더욱 신속하게 상기 가스흡기구(133a")로 흡입됨과 동시에 상기 분사노즐(152") 방향으로 재순환되어 소각로 내부의 열효율을 더욱 높일 수 있게 되는 것이다.

앞에서 설명되고 도면에 도시된 보일러 시스템은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 이하의 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 정하여지며, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 개량 및 변경된 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.

24<주요 도면부호에 대한 간단한 설명>
10 소각부
11 소각로 본체
111 가스배출구
112 공기유입구
12 폐기물이송수단
121 폐기물투입호퍼
122 투입 스크류컨베이어
13 주연소실
131 연소실바닥
132 가스흡입공
133 가스순환로
133a',133a" 가스흡기구
14 버너
15 가스순환수단
151 가스회수관
152 분사노즐
153 송기팬
16 분진회수수단
161 분진회수호퍼
162 회수 스크류컨베이어
163 분진저장탱크
17 제어수단
20 열교환부
21 열교환케이스
211 급수유입관
212 급수배출관
22 중앙가스통로관
23 상부가스순환실
24 하부가스순환실
25 열교환관
26 헤더
261 경계벽
262 배기관
W 폐기물 D 분진
G1,G2,G3,G4,G5 연소가스

Claims (3)

1. 폐기물이 연소되어 발생되는 가스가 배출되도록 상부에 가스배출구가 구비된 소각로 본체와, 파쇄 또는 분쇄된 폐기물이 투입되기 위하여 상기 소각로 본체의 외측에 폐기물투입호퍼가 구비되고, 상기 폐기물투입호퍼로 투입된 폐기물을 상기 소각로 본체의 내부로 이송하기 위한 투입 스크류컨베이어가 구비된 폐기물이송수단과, 상기 소각로 본체의 내부에서 원통형의 형상으로 설치되되 상기 투입 스크류컨베이어의 출구가 상부에서 내통하게 연결되고 하부에는 상기 투입 스크류컨베이어로부터 투입된 폐기물이 낙하되어 쌓이도록 다수개의 화염구가 형성된 연소실바닥이 구비된 주연소실과, 상기 주연소실 내부의 공기를 가열하여 폐기물을 연소시키도록 분사구의 분사방향이 상기 연소실바닥을 향하여 위치되게 설치된 버너와, 입구가 상기 주연소실에 연결되고 출구가 상기 주연소실의 하부방향에 위치되도록 연장된 가스회수관이 구비되고, 상기 가스회수관에서 배출되는 가스가 분사되도록 상기 가스회수관의 출구에 연결된 분사노즐이 구비되며, 상기 가스회수관의 입구와 출구 사이에서 상기 주연소실에서 연소된 가스를 상기 분사노즐 방향으로 유도하기 위한 송기팬이 구비된 가스순환수단과, 상기 주연소실에서 가열된 폐기물의 분진이 낙하되어 회수되도록 상기 주연소실의 하부에 설치된 분진회수호퍼가 구비되고, 상기 분진회수호퍼로 회수된 폐기물 분진이 상기 소각로 본체의 외측으로 배출 이송되도록 상기 분진회수호퍼의 하부 출구로 투입구가 이어지는 회수 스크류컨베이어가 구비되며, 상기 회수 스크류컨베이어의 출구에서 배출되는 분진이 저장되기 위한 분진저장탱크가 구비된 분진회수수단과, 상기 주연소실의 예열시 버너를 가동하고 주연소실의 온도가 미리 정해진 온도에 도달되면 버너의 가동을 중지시키며 상기 투입 스크류컨베이어에 의해 이송되는 폐기물의 투입량을 조절하여 상기 주연소실의 온도를 조절할 수 있도록 상기 투입 스크류컨베이어 및 회수 스크류컨베이어의 이송속도를 조절하는 제어수단으로 구성된 소각부와,
   상기 소각부의 상부로 연결되되, 액체 열매체가 내부로 유입되도록 하단부 일측에 급수유입관이 구비되고, 상기 급수유입관으로 유입된 액체 열매체가 배출되도록 상단부 일측에 급수배출관이 구비된 열교환케이스와, 상기 가스배출구 상단부에 연장되게 연결되어 상기 소각부에서 배출되는 연소가스를 상기 열교환케이스 상방으로 유도하는 중앙가스통로관과, 상기 열교환케이스 내부 상부측에서 상하 방향으로 공간을 분리하는 상부분리벽이 구비되어 상기 중앙가스통로관으로부터 유입된 연소가스가 모이는 내부 공간을 형성하는 상부가스순환실과, 상기 열교환케이스 내부 하부측에서 상하 방향으로 공간을 분리하는 하부분리벽이 구비되어 내부 공간을 형성하는 하부가스순환실과, 상기 열교환케이스 내부에서 상기 중앙가스통로관을 포위하는 형태로 상단이 상기 상부가스순환실 내부로 통하고 하단이 상기 하부가스순환실 내부로 통하는 다수개의 열교환관과, 상기 상부가스순환실에 모인 연소가스를 어느 일측방으로 유도하여 상기 다수개의 열교환관 중 일부 열교환관을 통해 상기 하부가스순환실로 흐르도록 상기 상부가스순환실 내부 공간을 구획하는 경계벽이 구비되고, 상기 하부가스순환실로 유입된 연소가스가 상기 다수개의 열교환관 중 나머지 열교환관을 통해 상기 상부가스순환실 방향으로 흘러 상기 열교환케이스 외부로 배출되도록 일측에 배기관이 구비되는 헤더로 구성된 열교환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 주연소실은, 상기 연소실바닥 상부방향 내측벽 둘레 부분에서 폐기물이 연소되어 발생되는 가스 또는 폐열이 유통되기 위한 다수개의 가스흡입공이 형성되고, 상기 가스흡입공으로부터 유입된 가스가 수집되도록 상기 가스흡입공이 형성된 외주변 방향으로 밀폐된 공간을 형성하여 일측이 상기 가스회수관에 이어지게 연결되는 가스순환로가 더 구비된 것을 특징으로 하는 보일러 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 주연소실은, 상기 연소실바닥 상부방향의 내측벽 둘레 부분에서 폐기물이 연소되어 발생되는 가스 또는 폐열이 유통되기 위한 다수개의 가스흡입공이 형성되고, 내부에는 상기 가스흡입공으로부터 유입된 가스 또는 상기 연소실바닥의 화염구를 통해 상승되는 가스가 흡입되도록 출구가 상기 가스회수관에 이어지게 연결된 가스흡기구가 더 구비된 것을 특징으로 하는 보일러 시스템.

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