KR20130130990A - 바이오매스 고체연료 보일러 - Google Patents

Abstract

보일러 본체의 물순환을 원활하게 하고 열이나 외부 응력에 대해 내구성을 크게 향상시킬 수 있도록 한 바이오매스 고체연료 보일러가 개시되어 있다. 본 발명에 따른 바이오매스 고체연료 보일러는, 고체연료를 공급하는 연료공급부와, 고체연료를 연소시키는 연소장치와, 연소열을 이용하여 물을 가열하는 보일러 본체를 구비하는 바이오매스 고체연료 보일러에 있어서, 상기 본체는 그 내부에 연소실이 구비되어 있고, 상기 연소실과 본체 사이에 다수의 배기가스용 연관이 설치되며, 상기 연소실의 내부에 상기 연소장치가 설치되는 것을 특징으로 한다.

Description

바이오매스 고체연료 보일러{BOILER USING BIOMASS SOLID FUEL}

본 발명은 바이오매스 고체연료 보일러에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 바이오매스 에너지로 각광받고 있는 우드펠릿과 같은 고체연료를 사용하는 보일러로서, 연소실 내부에 연소장치를 설치함으로써, 보일러 본체의 물순환을 원활하게 함과 동시에 열교환 효율을 크게 향상시킬 수 있도록 한 바이오매스 고체연료 보일러에 관한 것이다.

최근 지구 온난화에 따른 기후변화 문제가 인류의 생존에 심각한 위협으로 대두되면서 신재생 에너지에 대한 관심이 높아지고, 기존 화석연료를 대체하기 위한 투자가 급격하게 증가하고 있다.

이와 관련하여 기존의 석탄을 이용하는 보일러와는 다른 바이오매스 고체연료를 이용하는 보일러에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

보통 바이오매스 고체연료는 에너지 전용의 작물과 나무, 농산품과 사료작물, 농장 폐기물과 찌꺼기 등의 폐기물에서 추출된 재생 가능한 에너지이다.

이러한 바이오매스 고체연료를 사용할 경우에 에너지를 자급자족할 수 있을 뿐 아니라 환경오염을 크게 줄일 수 있는 이점이 있다.

바이오매스 고체연료를 이용하기 위한 현재의 보일러 연소 방식은 크게 종래 석탄을 연료로 하기 위해 사용되고 있는 컨베이어 벨트나 체인 구동식의 이동화격자 방식과, 우드펠릿을 주로 연소시키기 위해 사용되고 있는 연소기 타입, 도가니 타입, 접시 타입 등으로 구분된다.

그러나, 종래의 보일러 연소 방식은 다음과 같은 각각의 단점을 가지고 있다.

즉, 컨베이어 벨트(체인) 등의 이동화 격자 방식은 복잡한 기계구조에 따른 제작비용 과다는 물론, 보일러 하부에 차지하는 크기 등으로 인해 고효율의 보일러 (연소기) 제작에 문제점을 가지고 있으며, 가정용 등 소형 보일러 제작에는 적합하지 않은 특성을 가지고 있다.

또한, 주로 목재펠릿을 연소하기 위해 사용되는 연소기 타입 및 도가니 타입의 연소 방식은 저품질의 펠릿을 연소시킬 때 많이 발생하는 슬러지와 재 처리 문제가 있어 보일러 하자 발생의 근본적인 원인을 제공하고 있고, 연소기 구조상 상업용 및 산업용의 중,대형 보일러용 연소기를 제작하기가 현실적으로 쉽지 않다.

이에 도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이, 본 출원인이 출원하여 등록한 대한민국 등록특허 제0959697호는 상기 보일러의 전체 크기를 작게 하면서, 연소기 내부의 슬러지 및 재를 효과적으로 외부로 배출할 수 있도록 하는 기술을 특징으로 하는 것이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 보일러는 보일러 본체(12)와 연소장치(11)를 구비하는데, 상기 연소장치(11)는 보일러 본체(12)의 하부에 용접 등의 방법으로 결합되어 있는 구조이다.

즉, 도 2에서 보듯이, 종래의 보일러는 연소장치(11)의 설치구조 때문에 연소실(30)과 본체(12) 사이의 공간(33)이 단면상으로 보았을 때, 원형으로 연통되지 못하고 폐쇄형이 될 수밖에 없게 된다. 이렇게 되면, 본체(12) 안의 보일러 수(水) 순환이 원활하지 않게 되는 문제점이 발생하게 된다. 이렇게 물의 순환이 원활하지 못하면, 보일러의 성능 및 효율이 떨어지게 된다.

또한, 종래의 보일러는 보일러 본체(12)와 연소장치(11)의 접합부(35) 지점이 취약하여 외부 응력이나 열에 견디기가 어려워서 파손될 가능성이 있게 된다.

미설명부호 17은 스크류를 구동시키기 위한 구동부이며, 18은 보일러 가동시 고체연료에 대한 초기 점화를 하기 위한 점화부이며, 19는 고체연료의 효과적인 완전연소를 도와주는 송풍장치이며, 20은 고체연료를 공급하는 연료공급관이며, 24는 프레임이다.

본 발명의 목적은 상기의 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 보일러 내부의 수순환을 원활하게 할 수 있도록 한 바이오매스 고체연료 보일러를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 연소장치를 보일러 본체의 내부에 설치함으로써 연소장치가 본체에 별도로 결합되어 있을 때 발생되는 외부 응력에 의한 파손을 방지할 수 있도록 한 바이오매스 고체연료 보일러를 제공하는 데 있다.

상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 바이오매스 고체연료 보일러는, 고체연료를 공급하는 연료공급부와, 고체연료를 연소시키는 연소장치와, 연소열을 이용하여 물을 가열하는 보일러 본체를 구비하는 바이오매스 고체연료 보일러에 있어서,

상기 본체는 그 내부에 연소실이 구비되어 있고, 상기 연소실과 본체 사이에 다수의 배기가스용 연관이 설치되며, 상기 연소실의 내부에 상기 연소장치가 내장되어설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 연소장치는, 상기 연소실 하부의 연소실 내벽에 다수의 지지판에 의해 이격되어 설치되고, 상기 연소장치의 상부에는 슬러지나 재를 이동시켜 배출하기 위한 스크류가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 스크류는 그 내부에 유체를 충진할 수 있도록 중공의 파이프로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 연소장치의 일단은 열적 변형에 적응할 수 있도록 슬리이브 파이프를 매개로 하여 연소실 뚜껑에 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 연관은 단면상으로 보았을 때 폐쇄되지 않고 개방된 원형의 형상을 취하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 바이오매스 고체연료 보일러는 보일러 본체 내부의 수순환을 원활하게 하여 열교환 효율을 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 연소장치를 보일러 본체의 내부에 설치함으로써 연소장치가 본체에 별도로 결합되어 있을 때 발생되는 외부 응력에 의한 파손을 방지할 수 있는 장점이 있는 것이다.

도 1은 종래의 바이오매스 고체연료 보일러의 전체적인 형태를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 보일러의 구조를 개략적으로 보여주는 종단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 바이오매스 고체연료 보일러를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3의 정면도이다.
도 5는 도 3의 내부를 도시한 측단면도이다.
도 6은 도 3의 보일러의 구조를 개략적으로 보여주는 종단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바이오매스 고체연료 보일러에 대하여 구체적으로 설명한다.

본 발명에서는 보일러의 구조와 개량된 부분에 대해서만 설명하지만, 상기 종래기술에 언급한 바와 같이, 연료공급부, 스크류를 회전시키기 위한 구동부, 고체연료를 점화시키는 점화부 등은 보일러를 구성함에 있어서 당연히 필요한 구성으로서 당업자들에게는 널리 알려진 사실이기에 그 구체적인 구성이나 동작에 대해서는 설명하지 않도록 한다.

도 3은 본 발명에 따른 바이오매스 고체연료 보일러를 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3의 정면도이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 보일러(100)는 바이오매스 고체연료를 연소시켜서 얻은 연소열을 이용하여 본체(110)의 물을 가열하는 연관식의 구조를 가진다. 상기 본체(110)의 내부에는 연소실(135)이 형성되어 있고, 상기 연소실(135)의 하부에는 고체연료를 연소시키는 연소장치(120)가 설치되어 있다.

이때, 상기 연소장치(120)가 본체의 연소실(135) 내부에 설치되는 것이 본 발명에서는 큰 특징이 되는 것이다.

상기 연소장치(120)에는 연소시 발생하는 슬러지와 재를 효과적으로 처리할 수 있도록 스크류(130)가 설치된다. 상기 스크류(130)는 열에 강한 재질로 제작하는 것이 바람직하고, 내부에 유체가 유동할 수 있도록 중공 파이프로 이루어진다.

또한, 상기 연소장치(120)는 연소실 내부에 설치되어 있기 때문에, 열에 의해 팽창될 수 있고 보일러의 가동이 중단되면 연소장치가 수축될 수도 있다. 이러한 열변형에 용이하게 적응할 수 있도록, 상기 연소장치(120)는 연소실 뚜껑(113)에 슬리이브 파이프(115)를 설치한 후에, 그 슬리이브파이프(115)에 삽입하여 설치할 수 있다.

이렇게 함으로써, 상기 연소장치(120)는 슬리이브파이프(115) 내에서 열적 팽창이나 수축에 연동하여 움직일 수 있는 것이다.

도면에서는 연소장치(120)를 2개로 한 것을 도시하고 있지만, 사용 용량에 따라서 1개 또는 2개 이상으로 구성할 수 있으며, 이러한 것은 당업자라면 충분히 이해할 수 있을 것이다.

미설명부호인 117은 상기 연소장치(120)에 고체연료를 공급하기 위한 연료공급부이다.

도 5는 도 3의 내부를 도시한 측단면도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 바이오매스 고체연료 보일러는 본체(110) 내부에 연소실(135)를 구비한다. 상기 연소실의 내부면은 파형 형상으로 구성할 수도 있다. 상기 연소실(135)의 하부를 따라가면서 연소장치(120)가 나란하게 설치되는데, 상기 연소장치(120)는 지지판(123)에 의해 연소실 내벽(137)에 지지된다. 이런 구조를 보면, 상기 연소장치(120)는 상기 연소실 내벽(137)로부터 이격되어 설치된 형태를 취하고 있다.

또한, 상기 연소장치(120)의 상단에는 그것과 나란하게 스크류(130)가 설치되게 되고, 상기 스크류(130)는 도시되지 않은 구동부에 의해 회전되면서 슬러지와 재를 이송하게 되는 것이다.

상기 스크류(130)는 내부로 물이 순환되는 중공의 파이프로 이루어져 있어서, 연소시 발생하는 어떠한 고열에도 스크류 자체가 견딜 수 있기 때문에, 열에 의한 변형이나 녹는 현상 등의 문제없이 고체연료 이송과 슬러지 및 재의 배출 기능을 수행할 수 있는 것이다.

상기 본체(110)와 연소실 내벽(137) 사이에는 다수의 연관(140)이 설치되어 있으며, 본체(110)에 충진된 물은 연소실(135)에서 발생하는 열과 열교환이 이루어져 포화증기 및 온수가 만들어지고, 그 포화증기 및 온수를 필요한 곳으로 이동시켜 사용할 수 있는 것이다.

도 6은 도 3의 보일러의 구조를 개략적으로 보여주는 종단면도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 바이오매스 고체연료 보일러는 다수의 연관(140)을 구비하고 있어서, 배기가스가 이동하는 상기 연관(140)과 상기 본체(110) 안에 충진된 물이 열교환하여 포화증기 및 온수를 만드는 효율을 크게 향상시킬 수 있는 것이다.

도면에서 보면 알 수 있듯이, 상기 본체(110)와 연소실(135) 사이의 공간은 단면상으로 보았을 때 폐쇄되지 않고 개방된 원형의 형상을 취하고 있다.

이와 같이, 본 발명에서는 연소실(135) 내부에 연소장치(120)를 설치한 것을 주된 특징으로 하고 있으며, 그러한 설치를 구현하기 위해서 연소장치의 열적 팽창이나 수축에 적응할 수 있어야 했으며, 그를 위해 용접이나 별도의 접합수단을 사용하지 않고 슬리이브파이프를 이용한 것이다.

이하, 본 발명에 따른 바이오매스 고체연료 보일러의 동작에 대하여 설명한다.

보일러의 가동을 위하여 연료공급부(117)로부터 우드펠릿 등과 같은 바이오매스 고체연료가 연소실(135) 내부의 연소장치(120)로 투입되고, 계속해서 점화부에 의한 점화가 이루어지면서 고체연료의 연소가 시작되며, 계속해서 송풍장치에 의해 공기가 주입됨에 따라 고체연료의 연소가 본격적으로 이루어지게 된다.

그리고 고체연료의 활발한 연소에 의해 발생하는 연소열의 열교환 작용을 통해 보일러 내부의 물이 고온의 온수로 만들어지고, 이와 함께 상기 연관(140)을 흐르는 배기가스와 열교환에 의해 추가로 가열되면서 필요로 하는 온수 및 증기를 얻을 수 있게 되는 것이다.

한편, 상기 연소장치(120) 내부로는 적당한 양의 고체연료가 연속적으로 또는 주기적으로 공급되며(연료공급량은 연료투입스크류를 이용 제어가능), 이와 함께 구동부(미도시)에 의해 작동하는 스크류(130)의 회전에 의해 고체연료는 연소구간(송풍기를 통해 공기가 주입되는 구간)으로 이송되면서 연소가 이루어지게 된다.

물론, 이때의 스크류(130)의 내부에는 물이 흐르게 되므로, 스크류(130)의 내부를 흐르는 물의 냉각작용에 의해 연소실(135) 내의 고온의 환경에서도 스크류(130)가 변형 없이 견디어낼 수 있으며 중공의 파이프를 통과한 물은 연소구간을 통과한 이후에는 고온 상태에서 온수보일러의 경우에는 보일러 내부의 수관으로 투입되며 증기보일러의 경우에는 응축수 탱크로 이송되어 보일러 내부로 고온급수되어 재활용됨으로써 연소실에서의 스크류의 냉각작용 때문에 발생할 수 있는 최소한의 열손실도 방지할 수 있다.

그리고, 고체연료의 연소로 인해 발생하는 슬러지나 재 또한 스크류(130)의 회전에 의해 반복적으로 뒤쪽으로 밀려나게 되고, 최종적으로 연소실(135)의 끝에 있는 슬러지/재 배출구를 통해 외부로 배출되어 처리된다.

즉, 상기 스크류(130)의 회전작동에 의해 고체연료의 이송과 슬러지 및 재의 배출 진행이 동시에 이루어지게 된다.

이상으로 본 발명에 따른 특정의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명이 상술한 실시예로 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.

100: 보일러 110: 본체
113: 연소실뚜껑 115: 슬리이브파이프
117: 연료공급부 120: 연소장치
123: 지지판 130: 스크류
135: 연소실 137: 연소실 내벽
140: 연관

Claims (5)

1. 고체연료를 공급하는 연료공급부와, 고체연료를 연소시키는 연소장치와, 연소열을 이용하여 물을 가열하는 보일러 본체를 구비하는 바이오매스 고체연료 보일러에 있어서,
   상기 본체는 그 내부에 연소실이 구비되어 있고, 상기 연소실과 본체 사이에 다수의 배기가스용 연관이 설치되며, 상기 연소실의 내부에 상기 연소장치가 내장되어 설치되는 것을 특징으로 하는 바이오매스 고체연료 보일러.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 연소장치는,
   상기 연소실 하부의 연소실 내벽에 다수의 지지판에 의해 이격되어 설치되고,
   상기 연소장치의 상부에는 슬러지나 재를 이동시켜 배출하기 위한 스크류가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 바이오매스 고체연료 보일러.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 스크류는 그 내부에 유체를 충진할 수 있도록 중공의 파이프로 구성되는 것을 특징으로 하는 바이오매스 고체연료 보일러.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 연소장치의 일단은 열적 변형에 적응할 수 있도록 슬리이브 파이프를 매개로 하여 연소실 뚜껑에 설치되는 것을 특징으로 하는 바이오매스 고체연료 보일러.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 연관은 단면상으로 보았을 때 폐쇄되지 않고 개방된 원형의 형상을 취하는 것을 특징으로 하는 바이오매스 고체연료 보일러.
   
   

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