KR20130048010A - 연소장치 및 이것을 포함하는 보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제1ㆍ제2 연소실, 제1ㆍ제2 연소실을 공간적으로 통하도록 연결시키는 연통수단, 연통수단을 통한 제1 연소실로부터의 연소가스 유출이 지연되어 연소가스 체류시간이 연장되도록 제1ㆍ제2 연소실에 별도 공기량을 공급하여 제1ㆍ제2 연소실의 압력을 조절하는 공기공급수단으로 구성된 연소장치 및 이와 같은 연소장치를 포함하는 보일러를 제공한다.

Description

연소장치 및 이것을 포함하는 보일러{Combustion Apparatus and Boiler with the Same}

본 발명은 목재, 폐타이어 칩 등과 같은 고체연료를 연소시키는 연소장치 및 이러한 연소장치를 포함하는 보일러에 관한 것이다.

일반적으로, 고체연료 연소장치는 연소실 및 연소실에 공기를 공급하는 송풍기를 포함하는데, 연소실에서는 고체연료가 연소되고, 송풍기는 연소 시 필요한 공기를 공급하며, 연소실에서 발생하는 연소가스는 배기구를 통하여 연소실의 외부로 배출된다. 연소가스에는 불완전연소물질(분진 등 유해물질을 포함한다.)이 다량 함유되어 있어, 최근에는 연소가스를 그대로 배출하지 않고 재차 연소시킨 후 배출하고 있다.

완전연소를 통하여 배기가스 중의 불완전연소물질 함유량을 기준범위 이내에서 얼마만큼 감소시킬 수 있는가는 연소장치의 성능을 좌우하는 중요 항목 중 하나로, 완전연소를 위해서는 연소실에 공기를 충분히 공급하여야 하고 연소실 내 연소가스 체류시간 또한 충분히 보장하여야 한다.

그러나, 단순하게 연소실에 대한 공기 공급량을 증가시키면 공급되는 공기에 의하여 연소가스 배출이 촉진되어 연소가스 체류시간이 단축되기 때문에, 연소공기 공급량과 연소가스 체류시간을 동시에 증가시키기는 어렵다. 연소가스 배출을 강제적으로 차단하면 연소가스 체류시간을 늘릴 수 있으나, 이는 연소실 내부압력의 과도한 상승으로 인하여 폭발위험이 커지게 된다. 배기구까지의 연소가스 이동경로를 복잡하게 하여 연소가스 체류시간을 확보하기도 하나, 이는 제조성이 나쁘다.

한편, 고온연소 존(zone)의 하류 측에 2단연소 존을 마련하고, 고온연소 존의 연소가스 출구 단면적을 고온연소 존의 단면적에 비하여 20~50% 감소시킨 구조가 하기의 특허문헌 2에 기재되어 있다. 이는 연소가스 출구 단면적을 감소시킨 것에 의하여 연소가스 출구를 통한 2단연소 존으로의 연소가스 유출이 다소 지연되어 그만큼 연소가스 체류시간을 연장시킬 수 있으나, 그래도 고온연소 존의 단면적에 대한 연소가스 출구의 크기가 매우 큰 편이라서 연소가스 출구를 통한 연소가스 유출량이 많으므로 연소가스 체류시간 연장효과가 미미할 수밖에 없었다. 또, 이렇게 대량으로 유출되는 연소가스 속 불완전연소물질을 연소시키기 위해서는 많은 공기량이 요구되므로 공기량(에너지) 소모가 상당히 크다는 문제도 있다.

대한민국 등록특허 제0213684호 일본 공개특허 제1997-126412호

본 발명은 불완전연소율을 대폭 낮출 수 있는 연소장치 및 이 연소장치를 포함하는 보일러를 제공한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 제1 연소실 및 적어도 하나의 제2 연소실과; 상기 제1과 제2 연소실을 서로 공간적으로 통하도록 연결시켜 상기 제1 연소실로부터의 연소가스가 제2 연소실로 유출되게 하는 연통수단과; 상기 연통수단을 통한 제1 연소실로부터의 연소가스 유출이 지연되도록 상기 제1과 제2 연소실에 별도의 공기량을 공급하여 상기 제1과 제2 연소실의 압력을 조절하는 공기공급수단을 포함하는 연소장치가 제공된다.

상기 연통수단을 통하여 연소가스가 유출되는 것을 지연시키기 위하여, 상기 공기공급수단은 상기 제2 연소실 압력이 상기 제1 연소실 압력에 비하여 대체로 약간 낮도록 상기 제2 연소실에 상기 제1 연소실에 비하여 많은 양의 공기를 공급하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 따른 연소장치는 케이싱 및 상기 케이싱이 상기 제1, 제2 연소실을 가지도록 상기 케이싱의 내부공간을 구획하는 내화성 칸막이를 더 포함하고, 상기 연통수단은 상기 칸막이에 마련된 적어도 하나의 연통구멍을 포함할 수 있다. 실시 조건에 따라서는, 상기 연통수단은 상기 연통구멍 대신, 상기 케이싱의 외부에서 상기 제1과 제2 연소실을 공간적으로 통하도록 연결시키는 연통관을 포함할 수 있다.

상기 칸막이는 상기 제1 연소실의 상측에 상기 제2 연소실이 배치되도록 상기 케이싱의 내부공간을 구획할 수 있다. 그러면, 제1 연소실에서 상대적으로 고온인 상부 측의 열은 상기 칸막이를 매개로 하여 상기 제2 연소실에 전달된다.

연통구멍을 통한 연소가스 유출 지연을 고려할 때, 상기 연통구멍 위치는 상기 칸막이의 가장자리 측인 것이 바람직하다. 상기 칸막이에 대한 연통구멍의 면적비는 10% 이하인 것이 바람직하다.

상기 제2 연소실이 가지는 배기구가 상기 연통구멍과 정면으로 마주 보면 상기 연통구멍을 통하여 상기 제2 연소실로 유출되는 연소가스가 상기 배기구로 그대로 배기될 수 있으므로, 상기 배기구는 상기 연통구멍과 정면으로 대향하지 않도록 배치하는 것이 바람직하다.

상기 공기공급수단은 상기 제1 연소실 외주에 이 제1 연소실 외주를 따라 서로 이격되도록 장착된 복수의 제1 노즐어셈블리를 포함하고, 상기 복수의 제1 노즐어셈블리는 상기 제1 연소실에 상기 제1 노즐어셈블리로부터 분사되는 공기에 의하여 난류가 발생하도록 서로 불규칙한 간격으로 배치되거나 일부만이 불규칙한 간격으로 배치될 수 있다. 이 때, 상기 각 제1 노즐어셈블리는 상기 제1 연소실에 장착되며 상기 제1 연소실의 상하방향을 따라 서로 이격되도록 배치된 복수의 단위노즐을 포함하고, 상기 각 제1 노즐어셈블리를 구성하는 단위노즐들은 상기 제1 연소실 상부 측에 위치한 것일수록 분사구 단면적이 상대적으로 크도록 구성될 수 있다.

상기 공기공급수단은 상기 제2 연소실 외주에 이 제2 연소실 외주를 따라 서로 이격되도록 장착된 복수의 제2 노즐어셈블리를 포함하고, 상기 복수의 제2 노즐어셈블리는 상기 제2 연소실에 상기 제2 노즐어셈블리로부터 분사되는 공기에 의하여 난류가 발생하도록 서로 불규칙한 간격으로 배치되거나 일부만이 불규칙한 간격으로 배치될 수 있다. 이 때, 상기 각 제2 노즐어셈블리는 상기 제2 연소실에 장착되며 상기 제2 연소실의 상하방향을 따라 서로 이격되도록 배치된 복수의 단위노즐을 포함하고, 상기 각 제2 노즐어셈블리를 구성하는 단위노즐들은 분사구 단면적이 동일하거나 상기 제2 연소실 상부 측에 위치한 것일수록 분사구 단면적이 상대적으로 크도록 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 연소장치는 상기 연통구멍의 개구 정도가 조절되도록 상기 연통구멍을 개폐하는 개구량 조절수단을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 연소장치는 상기 제2 연소실 상측에서 상기 제2 연소실 내부를 향하여 공기를 분사함으로써 상기 제2 연소실 상부에 배치된 배기구를 통한 연소가스 배출을 지연시키는 제1 공기분사수단을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 연소장치는 상기 배기구 측에 에어커튼이 형성되도록 상기 배기구 측방에서 공기를 분사하여 상기 배기구를 통한 연소가스 배출을 지연시키는 제2 공기분사수단을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 가열하고자 하는 유체가 저장되는 탱크와; 상기와 같은 제1, 제2 연소실, 연통수단 및 공기공급수단을 구비하는 연소장치와; 상기 연소장치로부터의 배기가스가 상기 탱크 내 유체와 열교환을 하면서 배기되도록 하는 제1 유동로, 또는 상기 탱크로부터의 유체가 상기 제1과 제2 연소실 중 적어도 한쪽의 연소열과 열교환을 할 수 있게 하는 제2 유동로를 제공하는 전열수단을 포함하는 보일러가 제공된다. 참고로, 상기 제1 또는 제2 유동로를 제공하는 전열수단은 관을 포함하여, 상기 제1 또는 제2 유동로는 관의 관로일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 보일러의 연소장치는 상기 제1과 제2 연소실 중 적어도 하나의 외부가 상기 탱크 내 유체와 접촉 가능하도록 상기 탱크에 부분적으로 내장되어 상기 탱크 내 유체에 연소열을 전달할 수 있다.

본 발명은 간단한 구조에 의하여 한층 향상된 완전연소율을 보장한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연소장치를 적용한 보일러가 도시된 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연소장치가 도시된 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 제1 분사유닛을 위에서 본 구성도이다.
도 4는 도 2에 도시된 제1 공기분사수단을 위에서 본 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연소장치가 도시된 개략적 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 연소장치가 도시된 단면도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연소장치가 적용된 보일러의 구성도로, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 연소장치가 적용된 보일러는 물(다른 종류의 유체일 수 있다.)이 저장되는 물탱크(2), 연소장치(1)로부터 배기되는 고온의 배기가스 열을 물탱크(2)에 저장된 물에 전달하기 위한 전열관(3)을 포함한다. 물탱크(2)에는 급수관(4)을 통하여 가열하기 위한 물(냉수)이 공급되고, 물탱크(2)의 물(온수)은 배수관(5)을 통하여 배출된다. 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연소장치를 나타내는 단면도이다. 도 2를 참조하면, 연소장치(1)는 내부에 연소실(11,12)이 마련되고 둘레 한쪽에 고체연료 투입구(도시되지 않음)가 마련된 원통형의 케이싱(10)을 포함한다. 연소장치(1)는 케이싱(10)의 외표면이 물탱크(2)의 물과 접촉하도록 물탱크(2)에 일부분이 내장(고체연료 투입구와 같이 물과의 접촉이 불가한 부분을 제외하고 내장)되어, 연소실(11,12)에서 발생하는 고온의 열은 케이싱(10)을 매개로 하여 물탱크(2) 물에 전달된다. 전열관(3)의 한쪽 끝은 연소장치(1)에 배기가스를 외부로 배출할 수 있도록 연결된다. 전열관(3)은 양단부를 제외한 나머지 구간이 물탱크(2) 물과 접촉 가능하도록 물탱크(2) 내부에 지그재그로 배치되어 배기가스 열을 물탱크(2) 물에 전달한다.

케이싱(10) 내부에는 고체연료(목재, 폐타이어 칩 등)를 연소시키기 위한 제1 연소실(11) 및 제1 연소실(11)에서 발생하는 연소가스 속 불완전연소물질(미연소물질)(분진 등 유해물질을 포함한다.)을 연소시키기 위한 제2 연소실(12)이 마련된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 연소장치(1)는 케이싱(10)이 이러한 제1과 제2 연소실(11,12)을 가지도록 케이싱(10)의 내부공간을 구획하는 칸막이(20), 이렇게 칸막이(20)로 구획된 제1과 제2 연소실(11,12)에 연소 시 필요한 공기를 공급하는 공기공급수단(30)을 더 포함한다.

제1 연소실(11)의 온도분포를 보면, 제1 연소실(11)의 상부온도는 화염과 함께 치솟아 오르는 열기로 인하여 상대적으로 더 높다. 이러한 제1 연소실(11)의 상부 측 고열을 제2 연소실(12)에 전달하여 제2 연소실(12) 온도를 고온으로 유지함으로써 제2 연소실(12)에서의 연소가스 속 불완전연소물질에 대한 연소효율을 더욱 향상시키기 위하여, 칸막이(20)는 제1 연소실(11)의 상측에 제2 연소실(12)이 위치하도록 케이싱(10)의 내부공간을 상하로 구획한다. 이에, 제1 연소실(11)의 상부 측 고열은 칸막이(20)를 매개로 하여 제2 연소실(12)에 전달된다.

케이싱(10)의 상면에는 제2 연소실(12)과 통하는 배기구(15)가 마련된다. 배기구(15)에는 전열관(3)의 한쪽 끝이 연결된다. 칸막이(20)에는 제1과 제2 연소실(11,12)이 공간적으로 통할 수 있게 하기 위한 연통수단으로서 연통구멍(25)이 마련되어, 제1 연소실(11)에서 발생하는 연소가스는 연통구멍(25)을 통하여 제2 연소실(12)로 유출된다. 배기가스는 제2 연소실(12)에서 배기구(15)로 배출, 전열관(3)을 통하여 배기된다.

일반적인 연소 시, 고체연료에 대한 연소를 이루는 제1 연소실(11)은 연소가스 속 불완전연소물질을 연소시키는 제2 연소실(12)에 비하여 연소시킬 연료 밀도가 높아서 온도가 더 높고 압력이 더 많이 높으므로, 제1 연소실(11)의 연소가스는 연통구멍(25)을 통하여 상대적으로 압력이 많이 낮은 제2 연소실(12)로 유출된다. 공기공급수단(30)은 이와 같은 관계에 있는 제1, 제2 연소실(11,12)에 별도의 공기량을 공급하여 연통구멍(25)을 통한 연소가스 유출이 지연되도록 제1과 제2 연소실(11,12)의 압력을 조절한다. 즉, 공기공급수단(30)은 제1, 제2 연소실(11,12)에 대한 공기 공급량을 통하여 제2 연소실(12) 압력이 제1 연소실(11)에 비하여 대체로 약간 낮게 유지시켜 연통구멍(25)을 통한 연소가스 유출이 서서히 이루어지도록 하는 것이다. 이러한 연소가스의 유출 지연을 통하여 제1 연소실(11)에서의 연소가스 체류시간을 연장시키고자, 공기공급수단(30)은 상대적으로 압력이 낮은 제2 연소실(12)에 제1 연소실(11)과 동일하거나 제1 연소실(11)에 비하여 더 많은 양의 공기를 공급하여 제1, 제2 연소실(11,12)의 압력을 조절한다. 이러한 공기공급수단(30)에 의하면, 제2 연소실(12) 압력은 제1 연소실(11)에 비하여 대체로 약간 낮아서, 제1 연소실(11)의 연소가스는 연통구멍(25)을 통하여 제2 연소실(12)로 자연스럽게 서서히 유출된다. 이 때, 제2 연소실(12) 압력이 제1 연소실(11)에 비하여 약간 낮다는 정도는 연소가스 체류시간이 충분히 보장되어 투명한 배기가스가 관찰되는 상태를 의미한다. 배기가스가 검은색 또는 회색 계열의 색상을 띠는 경우에는 제2 연소실(12) 압력이 제1 연소실(11)에 비하여 상대적으로 많이 낮아서 연소가스 체류시간이 불충분한 상태로, 이는 제2 연소실(12) 압력이 제1 연소실(11)에 비하여 약간 낮다는 정도에 부합하지 않은 경우에 발생하는 현상이다.

연소가스의 유출을 지연시킴으로써 제1 연소실(11)에서의 연소가스 체류시간을 연장하기 위하여 제1, 제2 연소실(11,12)에 공급하여야 하는 공기량은 제1과 제2 연소실(11,12)의 체적비에 따라 변경될 수 있다. 제2 연소실(12) 체적을 작게 할수록 연통구멍(25)을 통한 연소가스 유출이 지연되도록 제1과 제2 연소실(11,12)의 압력을 조절하는 데에는 상대적으로 적은 공기량이 소모되므로, 효율적인 공기공급을 고려할 때는 제2 연소실(12)의 체적이 작은 것이 유리하지만, 제2 연소실(12)의 체적이 지나치게 작으면 연소가스 속 불완전연소물질에 대한 연소공간을 충분히 확보할 수 없게 되므로, 제1과 제2 연소실(11,12)의 체적비는 1：1 내지 3：1(제1 연소실：제2 연소실)인 것이 바람직하다.

한편, 제2 연소실(12)의 체적은 제1 연소실(11)의 체적에 비하여 극단적으로 작을 수도 있는데, 이 경우에는 제2 연소실(12)에 공급되는 공기량이 많지 않게 되므로 완전연소율을 높이는 데 부적합할 수 있다.

연통구멍(25)을 통하여 유출되는 연소가스 양은 연통구멍(25)의 크기에 따라 결정되므로, 연통구멍(25)의 크기는 제1, 제2 연소실(11,12)에 대한 공기 공급량으로 제1과 제2 연소실(11,12)의 압력을 조절하여 제1 연소실(11)에서의 연소가스 체류시간을 연장시키는 데 있어 영향을 끼친다. 즉, 연통구멍(25)의 크기가 연통구멍(25)을 통한 연소가스 지연효율을 결정하는 인자 중 하나로 작용하는 것이다. 연통구멍(25)의 크기가 클수록 연통구멍(25)을 통하여 유출되는 연소가스 양이 많을 수밖에 없고, 이렇게 연통구멍(25)을 통한 연소가스 유출량이 많으면 제2 연소실(12)에 상대적으로 많은 공기량을 공급하여야 연통구멍(25)을 통한 연소가스 유출이 지연되도록 제1과 제2 연소실(11,12)의 압력을 조절할 수 있으므로 공기 소모량이 그만큼 큰 데다, 제1과 제2 연소실(11,12) 압력을 원하는 수준으로 조절하기 매우 어렵기 때문에, 칸막이(20)에 대한 연통구멍(25)의 면적비는 10% 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직한 면적비는 0.5 내지 5%이다. 이러한 면적비는 반복적인 실험을 토대로 하여 획득한 결과이다. 즉, 실험결과에 따르면, 칸막이(20)에 대한 연통구멍(25) 면적비가 10%를 초과한 경우에는 배기가스가 검은색 또는 회색 계열의 색상을 띠지 않고 투명하도록 제1, 제2 연소실(11,12)의 압력을 조절하기가 매우 어려웠다.

연통구멍(25)의 위치 또한 연통구멍(25)을 통한 연소가스 지연효율을 결정짓는 인자 중 하나로서 작용한다. 제1 연소실(11)에서 연소가스는 상대적으로 중앙부에 더 집중되므로, 연통구멍(25)은 칸막이(20)의 중앙부에 배치시키는 것보다는 연소가스 유출이 어렵도록 칸막이(20)의 가장자리 측에 배치시키는 것이 바람직하다.

앞서 언급하였듯이, 제1 연소실(11)에서는 상부 측 온도가 상대적으로 더 높고, 제1 연소실(11)의 상부 측 열기는 칸막이(20)를 매개로 하여 제2 연소실(12)에 전달되므로, 제2 연소실(12)의 하부 측 온도 또한 고온으로 유지된다. 이러하다 보니, 칸막이(20)는 제1, 제2 연소실(11,12)의 열을 집중적으로 받게 된다. 이에, 칸막이(20)는 그 전체 또는 일부가 이러한 제1, 제2 연소실(11,12)의 열에 기인한 물리ㆍ화학적 영향에 충분히 견딜 수 있는 내화재로 이루어진다. 일례로, 칸막이(20)는 내화벽돌로 구성될 수 있다. 다른 예로, 칸막이(20)는 금속판 및 금속판의 표면에 일정한 두께로 피복된 내화층으로 구성될 수 있다. 참고로, 내화층은 내화성 알루미나시멘트에 골재로서 내화재료를 가한 캐스터블 내화물로 이루어질 수 있다.

공기공급수단(30)은 제1과 제2 연소실(11,12)의 압력조절을 비롯하여 연소에 필요한 공기를 제1, 제2 연소실(11,12)에 각각 분사하기 위한 제1 및 제2 분사유닛(31,32), 공기공급원인 송풍기(33)로부터의 공기를 제1, 제2 분사유닛(31,32)에 각각 제공하기 위한 제1 및 제2 공기이송라인(34,35), 제1, 제2 공기이송라인(34,35)에 각각 장착되어 제1, 제2 공기이송라인(34,35)을 따라 이송되는 공기량을 조절하는 제1 및 제2 유량조절밸브(36,37)를 포함하여, 송풍기(33)로부터의 공기는 제1과 제2 유량조절밸브(36,37)에 의하여 각각 조절된 양이 제1, 제2 연소실(11,12)에 공급된다.

도 3은 제1 분사유닛(31)을 위에서 본 상태가 도시된 구성도이다. 도 2, 3에 도시된 바와 같이, 제1 분사유닛(31)은 케이싱(10)의 제1 연소실(11) 측 외주에 제1 연소실(11)의 외주방향을 따라 서로 이격되도록 간격을 두고 장착되어 제1 연소실(11)에 공기를 분사하는 복수의 제1 노즐어셈블리(311)를 포함한다. 복수의 제1 노즐어셈블리(311)는 제1 연소실(11)에 분사되는 공기 간에 간섭이나 충돌이 일어나서 제1 연소실(11)에 복잡한 난류가 발생하도록 전부 또는 일부가 불규칙적인 간격으로 배치된다. 제1 노즐어셈블리(311)에 의하여 제1 연소실(11)에 발생하는 난류에 따르면, 연소가스와 공기 간 혼합율을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 공기가 고체연료의 더미 속에 보다 깊숙이 침투되므로 고체연료와 공기 간 혼합율을 높일 수 있기 때문에, 한층 향상된 연소효율이 보장된다.

제1 연소실(11)은 상부 측의 연료 밀도가 상대적으로 더 낮으므로, 제1 연소실(11)의 연소효율을 보다 향상시키기 위해서는 제1 연소실(11)의 상부 측에 더 많은 공기량을 공급하는 것이 바람직하다. 이에, 각각의 제1 노즐어셈블리(311)는 제1 연소실(11)의 상부 측에 하부 측에 비하여 더 많은 양의 공기를 공급하도록 구성된다. 구체적으로, 각각의 제1 노즐어셈블리(311)는 단위노즐(312)을 복수 개 포함하는데, 각각의 제1 노즐어셈블리(311)를 구성하는 복수의 단위노즐(312)은 케이싱(10)의 제1 연소실(11) 측 외주에 케이싱(10)을 관통하는 구조를 갖도록 구비되고, 케이싱(10)의 상하방향을 따라 서로 이격되도록 배치되며, 하측에 위치하는 것에서 상측에 위치하는 것일수록 분사구 크기(단면적)가 점차 커지도록 구성되어, 제1 연소실(11)에는 하부에서 상부로 갈수록 상대적으로 더 많은 양의 공기가 공급된다.

제1 분사유닛(31)은 단위노즐(312)들에 송풍기(33)로부터의 공기를 배분하기 위한 제1 분급기(도면부호 313, 314 참조)를 더 포함한다. 제1 분급기는 각각의 제1 노즐어셈블리(311)를 구성하는 단위노즐(312)들과 연결된 서브 분급기(313), 서브 분급기(313)들을 연결하는 메인 분급기(314)를 포함하고, 메인 분급기(314)에는 제1 공기이송라인(34)이 연결되어, 송풍기(33)로부터의 공기는 하나의 메인 분급기(314), 복수의 서브 분급기(313)를 순차적으로 경유하여 단위노즐(312)들에 제공된다. 서브와 메인 분급기(313,314)는 관으로 구성될 수 있다. 또는, 서브와 메인 분급기(313,314)는 Ｕ자형 구조를 가지는 채널로 구성될 수 있다. 채널로 구성할 시, 채널은 케이싱(10)과의 사이에 공기유동로가 형성되도록 케이싱(10)의 외주에 장착하되, 서브 분급기(313)를 구성하기 위한 채널에 의하여 형성되는 복수의 공기유동로에는 단위노즐(312)들을 위치시키는 것이 바람직하다.

한편, 제1 연소실(11)의 상부 측에 상대적으로 많은 공기량을 공급하는 것은 단위노즐(312)들의 분사구 크기를 달리하는 식이 아닌, 상측과 하측에 위치한 단위노즐(312)들에 제1 분급기에 의하여 공기량을 차등하여 배분하는 식으로 구현할 수도 있다.

제2 분사유닛(32)은 케이싱(10)의 제2 연소실(12) 측 외주에 제2 연소실(12)의 외주방향을 따라 서로 이격되도록 간격을 두고 장착되어 제2 연소실(12)에 공기를 분사하는 복수의 제2 노즐어셈블리(321)를 포함하는데, 이 복수의 제2 노즐어셈블리(321)도 제1 노즐어셈블리(311)와 마찬가지 이유로 전부 또는 일부가 불규칙한 간격으로 배치됨으로써(도 3 참조) 제2 연소실(12)에 복잡한 난류를 발생시켜 향상된 연소효율을 보장한다. 각각의 제2 노즐어셈블리(321)는 복수의 단위노즐(322)을 포함하는데, 각각의 제2 노즐어셈블리(321)를 구성하는 복수의 단위노즐(322)은 케이싱(10)의 제2 연소실(12) 측 외주에 케이싱(10)을 관통하는 구조를 갖도록 구비되고, 케이싱(10)의 상하방향을 따라 서로 이격되도록 배치되며, 하측에 위치하는 것에서 상측에 위치하는 것일수록 분사구 크기(단면적)가 점차 커지도록 구성된다. 이에 의하면, 제2 연소실(12)에도 제1 연소실(11)과 마찬가지로 그 하부에서 상부로 갈수록 상대적으로 더 많은 양의 공기가 공급되어 제12 연소실(12)의 연소효율을 한층 더 향상시킬 수 있다.

제2 분사유닛(32)은 제2 노즐어셈블리(321)의 단위노즐(322)들에 송풍기(33)로부터의 공기를 배분하는 제2 분급기(도면부호 323, 324 참조)를 더 포함한다. 제2 분급기도 제1 분급기(도면부호 313, 314 참조)와 마찬가지로 구성된 서브 분급기(323)와 메인 분급기(324)를 포함하고, 제2 분급기의 메인 분급기(324)에는 제2 공기이송라인(35)이 연결된다. 이 같은 제2 분사유닛(32)은 제1 분사유닛(31)과 비교하여 볼 때 제2 연소실(12)에 공기를 분사하기 위한 것이라는 점만 상이할 뿐, 기타 구성은 제1 분사유닛(31)과 동일하므로, 제2 분사유닛(32)에 대한 자세한 설명은 생략한다.

한편, 실시 조건에 따라서는 각 제2 노즐어셈블리(321)의 단위노즐(322)들은 하측에 위치하는 것에서 상측에 위치하는 것일수록 분사구 크기(단면적)가 점차 커지지 않고, 분사구 크기가 서로 동일하도록 구성될 수도 있다.

케이싱(10)의 상측에는 제2 연소실(12)에서 연소가스가 배기구(15)를 통하여 배출되는 것을 지연(배기 지연)시켜 제2 연소실(12)에서의 연소가스 체류시간을 연장하기 위한 제1 공기분사수단(40)이 구비된다. 도 4는 제1 공기분사수단(40)을 위에서 본 상태가 도시된 구성도로, 이 도 2, 4에 도시된 바와 같이, 제1 공기분사수단(40)은 케이싱(10) 상측의 전반 또는 일부에서 제2 연소실(12) 내부를 향하여 하측으로 공기를 분사하는 복수 개의 에어노즐(41)을 포함한다. 바람직하게는, 케이싱(10)의 상측에는 외부와 차단된 공간을 마련하는 차폐커버(42)가 장착되고, 에어노즐(41)은 차폐커버(42)에 의하여 차단된 공간에 배치된다. 차폐커버(42)에는 송풍기(33)로부터의 공기를 이송하는 라인이 연결되어, 차폐커버(42)에 의하여 차단된 공간에 제공되는 공기는 에어노즐(41)을 통하여 제2 연소실(12)에 분사된다. 이러한 제1 공기분사수단(40)에 의하여 제2 연소실(12)에 상측에서 하측으로 분사되는 공기는 제2 연소실(12)에서 연소가스가 제2 연소실(12)의 상부 측으로 유동되는 것을 억제하여 배기구(15)를 통한 연소가스의 배출을 지연시킨다.

도 2를 참조하면, 배기구(15) 측에는 배기구(15)를 통한 제2 연소실(12)의 연소가스 배출이 지연되도록 배기구(15) 앞에 에어커튼을 형성하는 제2 공기분사수단(50)이 구비된다. 제2 공기분사수단(50)은 에어노즐을 포함하는데, 제2 공기분사수단(50)의 에어노즐은 케이싱(10)에 배기구(15)의 옆쪽에서 배기구(15)의 앞쪽으로 공기를 분사하도록 장착되어 배기구(15)의 앞쪽에 에어커튼을 형성한다. 제2 공기분사수단(50)에 의한 에어커튼은 배기구(15)를 통한 연소가스 배출이 어렵게 하는 한편, 연소가스 속 불완전연소물질이 배기되기 전에 한번 더 연소되도록 하여 배기가스 중의 불완전연소물질 함유량을 더욱 감소시킨다. 제2 공기분사수단(50)은 송풍기(33)로부터 공기를 제공받을 수 있다.

연통구멍(25)을 통하여 제2 연소실(12)로 유출되는 연소가스가 배기구(15)를 통하여 그대로 배출될 여지를 줄이기 위하여, 배기구(15)는 연통구멍(25)과 정면으로 대향하지 않고 어긋나 있도록 배치된다.

연통구멍(25) 측에는 연통구멍(25)의 개구량을 적절히 조절하기 위한 개구량 조절수단(60)이 구비된다. 도 2를 참조하면, 개구량 조절수단(60)은 칸막이(20)의 연통구멍(25) 상측이나 하측에 미끄럼 이동 가능하게 장착되어 이동방향에 따라 연통구멍(25)을 개폐하는 개폐부재를 포함한다. 개폐부재를 이동시켜서 연통구멍(25)의 개구 정도를 조절하면 연통구멍(25)의 크기가 변경되므로 연통구멍(25)을 통하여 유출되는 연소가스 양이 조절된다. 개구량 조절수단(60)은 케이싱(10)의 외부에서 개폐부재의 이동조작이 가능하도록 개폐부재와 연결된 조작기구를 더 포함할 수 있다. 이 조작기구에 의하면, 연소 중에도 연통구멍(25)의 개구량을 조절할 수 있다. 참고로, 조작기구는 개폐부재에 개폐부재의 이동방향을 따라 연결된 막대형 손잡이일 수 있다. 또는, 조작기구는 수동식이 아닌, 모터나 실린더와 같은 동력원으로부터의 동력에 의하여 개폐부재를 이동시키도록 구성될 수 있다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연소장치를 나타내는 개략적 단면도로, 이 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 연소장치는 제1 실시예와 비교하여 볼 때, 기타 구성 및 그 작용은 모두 동일한 것에 대하여, 복수의 제2 연소실(12A,12B)를 구비한 점, 연통수단이 연통관(26A,26B)으로 구성된 점 등이 상이하다. 이를 설명하면 다음과 같다.

제1 연소실(11)의 상측에는 복수의 제2 연소실(12A,12B)이 상하방향으로 배치된다. 이 구조를 위하여, 케이싱(10)의 내부공간은 복수의 칸막이에 의하여 구획될 수 있다. 배기구는 최상측에 위한 제2 연소실(12B)과 통하도록 마련된다. 연통관(26A,26B)은 복수 개 구비된다. 하나의 연통관(26A)은 케이싱(10)의 외부에서 제1 연소실(11)과 그 바로 위의 제2 연소실(12A)을 공간적으로 통하도록 연결시킨다. 나머지 연통관(26B)은 케이싱(10)의 외부에서 서로 연접한 제2 연소실(12A,12B)을 공간적으로 통하도록 연결시킨다. 물론, 연통관(26A)을 구비함에 따라 칸막이에 연통구멍이 형성되지 않는다.

이와 같은 제2 실시예는 제1 연소실(11)의 연소가스가 연통관(26A,26B)을 통하여 복수의 연소실(12A,12B)을 순차적으로 경유한 후, 배기구를 통하여 배출된다.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 연소장치를 나타내는 구성도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 연소장치는 제1 실시예와 비교하여 볼 때, 기타 구성 및 작용은 모두 동일한 것에 대하여, 배수관(5)의 일부분이 제1, 제2 연소실(11,12) 내부에 배치되어 배수관(5)을 따라 배출되는 물이 제1, 제2 연소실(11,12)의 열에 의하여 더욱 가열되도록 한 점만이 상이하다.

배수관(5)의 일부분은 제1, 제2 연소실(11,12)의 내벽 측에 나선형으로 배치될 수 있다. 또는, 도시된 바는 없으나, 제1, 제2 연소실(11,12)의 내벽 측에는 배수관(5) 대신, 양쪽이 물탱크(도 1의 도면부호 2 참조)에 연결된 순환관의 중간 부분이 나선형으로 배치되어, 물탱크의 물은 이 순환관을 따라 유출, 제1과 제2 연소실(11,12)을 경유한 후 물탱크로 재유입될 수 있다. 이와 달리, 케이싱(10)의 둘레에 물 수용공간을 마련하고, 이 물 수용공간에 배수관(5)을 연결하여 배수관(5)을 따라 배출되는 물이 물 수용공간을 경유하도록 함으로써 배수관(5)을 따라 배출되는 물을 제1, 제2 연소실(11,12) 열에 의하여 재차 가열할 수 있다.

한편, 제3 실시예는 이와 같이 제1 실시예를 기본으로 하지 않고 제2 실시예를 기본으로 하여 구성될 수도 있다.

이상, 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이 명세서에 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 통상의 기술자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다.

예를 들면, 위에서는 하나의 케이싱(10)에 제1과 제2 연소실(11,12,12A,12B)이 마련되는 것으로 설명하였으나, 제1, 제2 연소실(11,12,12A,12B)은 별도의 케이싱에 각각 마련되고 연통관에 의하여 서로 공간적으로 통할 수 있다. 또, 제1과 제2 연소실(11,12,12A,12B)은 케이싱(10) 내에 상하가 아닌, 좌우방향으로 배치될 수 있다.

1 : 연소장치 2 : 물탱크
3 : 전열관 10 : 케이싱
11 : 제1 연소실 12, 12A, 12B : 제2 연소실
15 : 배기구 20 : 칸막이
25 : 연통구멍 26A, 26B : 연통관
30 : 공기공급수단 40 : 제1 공기분사수단
50 : 제2 공기분사수단 60 : 개구량 조절수단

Claims (18)

1. 제1 연소실 및 적어도 하나의 제2 연소실과;
   상기 제1과 제2 연소실을 서로 공간적으로 통하도록 연결시켜 상기 제1 연소실로부터의 연소가스가 제2 연소실로 유출되게 하는 연통수단과;
   상기 연통수단을 통한 제1 연소실로부터의 연소가스 유출이 지연되도록 상기 제1과 제2 연소실에 별도의 공기량을 공급하여 상기 제1과 제2 연소실의 압력을 조절하는 공기공급수단을 포함하는 연소장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 공기공급수단은 상기 제2 연소실에 상기 제1 연소실과 동일하거나 상기 제1 연소실에 비하여 많은 양의 공기를 공급하는 연소장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 연소장치는 케이싱 및 상기 케이싱이 상기 제1과 제2 연소실을 가지도록 상기 케이싱의 내부공간을 구획하는 칸막이를 더 포함하고,
   상기 연통수단은 상기 칸막이에 마련된 적어도 하나의 연통구멍을 포함하는 연소장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 칸막이는 상기 제1 연소실의 상측에 상기 제2 연소실이 배치되도록 상기 케이싱의 내부공간을 구획하는 연소장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 연통구멍은 상기 칸막이의 가장자리 측에 배치된 연소장치.
6. 청구항 3 내지 청구항 5 중 한 항에 있어서,
   상기 칸막이에 대한 연통구멍의 면적비는 10% 이하인 연소장치.
7. 청구항 3에 있어서,
   상기 연소장치는 케이싱 및 상기 케이싱이 상기 제1과 제2 연소실을 가지도록 상기 케이싱의 내부공간을 구획하는 칸막이를 더 포함하고,
   상기 연통수단은 상기 케이싱의 외부에서 상기 제1과 제2 연소실을 공간적으로 통하도록 연결시키는 연통관을 포함하는 연소장치.
8. 청구항 4에 있어서,
   상기 칸막이는 일부 또는 전체가 내화재로 구성된 연소장치.
9. 청구항 4에 있어서,
   상기 제2 연소실은 배기구를 가지되, 상기 배기구는 상기 연통구멍과 정면으로 대향하지 않게 배치된 연소장치.
10. 청구항 3에 있어서,
    상기 연통구멍의 개구 정도를 조절할 수 있게 상기 연통구멍을 개폐하는 개구량 조절수단을 더 포함하는 연소장치.
11. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 연소실은 상부에 배기구가 마련되고,
    상기 연소장치는 상기 제2 연소실의 상측에서 상기 제2 연소실의 내부를 향하여 공기를 분사하여 상기 배기구를 통한 연소가스 배출을 지연시키는 공기분사수단을 더 포함하는 연소장치.
12. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 연소실은 배기구를 가지고,
    상기 연소장치는 상기 배기구 측에 에어커튼이 형성되도록 상기 배기구의 측방에서 공기를 분사하여 상기 배기구를 통한 연소가스 배출을 지연시키는 공기분사수단을 더 포함하는 연소장치.
13. 청구항 1에 있어서,
    상기 공기공급수단은 상기 제1 연소실의 외주에 상기 제1 연소실의 외주를 따라 서로 이격되도록 장착된 복수의 노즐어셈블리를 포함하고,
    상기 복수의 노즐어셈블리는 상기 제1 연소실에 상기 노즐어셈블리로부터 분사되는 공기에 의하여 난류가 발생하도록 서로 불규칙적인 간격으로 배치되거나 일부만이 불규칙적인 간격으로 배치된 연소장치.
14. 청구항 13에 있어서,
    상기 각 노즐어셈블리는 상기 제1 연소실에 장착되며 상기 제1 연소실의 상하방향을 따라 서로 이격되도록 배치된 복수의 단위노즐을 포함하고,
    상기 각 노즐어셈블리의 단위노즐들은 상기 제1 연소실의 상부 측에 위치하는 것일수록 분사구 단면적이 상대적으로 크도록 구성된 연소장치.
15. 청구항 1에 있어서,
    상기 공기공급수단은 상기 제2 연소실의 외주에 상기 제2 연소실의 외주를 따라 서로 이격되도록 장착된 복수의 노즐어셈블리를 포함하고,
    상기 복수의 노즐어셈블리는 상기 제2 연소실에 상기 노즐어셈블리로부터 분사되는 공기에 의하여 난류가 발생하도록 서로 불규칙적인 간격으로 배치되거나 일부만이 불규칙적인 간격으로 배치된 연소장치.
16. 청구항 15에 있어서,
    상기 각 노즐어셈블리는 상기 제2 연소실에 장착되며 상기 제2 연소실의 상하방향을 따라 서로 이격되도록 배치된 복수의 단위노즐을 포함하고,
    상기 각 노즐어셈블리의 단위노즐들은 상기 제2 연소실의 상부 측에 위치하는 것일수록 분사구 단면적이 상대적으로 크도록 구성되거나 분사구 단면적이 서로 동일하도록 구성된 연소장치.
17. 가열할 유체가 저장되는 탱크와;
    청구항 1에 기재된 제1, 제2 연소실, 연통수단 및 공기공급수단을 가지는 연소장치와;
    상기 연소장치로부터의 배기가스가 상기 탱크 내 유체와 열교환을 하면서 배기되도록 하는 제1 유동로, 또는 상기 탱크로부터의 유체가 상기 제1과 제2 연소실 중 적어도 한쪽의 연소열과 열교환을 할 수 있게 하는 제2 유동로를 제공하는 전열수단을 포함하는 보일러.
18. 청구항 17에 있어서,
    상기 연소장치는 상기 제1과 제2 연소실 중 적어도 하나의 외부가 상기 탱크 내 유체와 접촉 가능하도록 상기 탱크에 부분적으로 내장되어 상기 탱크 내 유체에 연소열을 전달하는 보일러.

Images