KR20140072229A - 단계적 연소가 가능한 고체 연료 보일러용 공기 공급장치, 공급방법, 그 공기 공급장치를 갖는 보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단계적 연소가 가능한 공기 공급장치, 공급방법, 그 공기 공급장치를 갖는 보일러에 대한 것이다. 보다 상세하게는 고체연료의 연소가 발생되는 연소챔버; 연소챔버 내에 구비되며, 연료공급부에 의해 공급된 연료가 이송되면서 단계적으로 연소되는 이동식 화격자; 이동식 화격자를 이동시키는 구동장치; 이동식 화격자의 하단부 공간으로 상기 고체연료를 연소시키기 위한 공기를 공급하는 공기공급수단; 및 이동식 화격자의 하단부 공간에 설치되어 상기 이동식 화격자의 구간을 구획하는 격벽을 포함하여, 공기공급수단이 상기 격벽에 의해 구획된 서로 다른 구간에 상기 공기를 공급하는 것을 특징으로 하는 단계적 연소가 가능한 고체연료 보일러용 공기공급장치에 관한 것이다.

Description

단계적 연소가 가능한 고체 연료 보일러용 공기 공급장치, 공급방법, 그 공기 공급장치를 갖는 보일러{Air supply apparatus and method for solid fuel boiler}

본 발명은 단계적 연소가 가능한 공기 공급장치, 공급방법, 그 공기 공급장치를 갖는 보일러에 대한 것이다. 보다 상세하게는 이동식 화격자의 하단부 공간에 격벽을 통해 서로 다른 구획을 형성하여, 고체연료를 연소시키기 위한 공기를 보다 효율적으로 공급할 수 있는 단계적 연소가 가능한 공기 공급장치에 관한 것이다.

석유 고갈로 인한 에너지 위기와 탄소 배출로 인한 지구 온난화 등으로 친환경 에너지에 대한 관심이 날로 증가한다. 펠릿(pellet)은 자연친화적인 연료로 석유 등의 대체 에너지로 각광받고 있다. 펠릿은 목재 부산물을 작은 입자로 분쇄, 건조, 압축 성형한 작은 원통 모양으로 주로 난방연료로 사용된다.

대한민국 등록특허 제1062471호, 대한민국 공개특허 제2001-84118호, 대한민국 공개특허 제1997-62486호 등에서는 펠릿을 난방 연료로 사용하는 펠릿연소 시스템, 고체연료용 보일러가 개시되어 있다.

도 1은 종래 이동식 화격자를 갖는 고체연료용 보일러의 단면도를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 고체연료용 보일러는 내부에서 고체연료가 연소되는 공간을 구비한 연소챔버(10), 연료저장부에 저장된 고체연료를 연소챔버 내로 공급하기 위한 연료공급부(2), 연소챔버(10) 내에 구비되어 계단구조로 상부로 공급된 고체연료를 단계적으로 유입단측에서 배출단측으로 이동시키기 위한 이동식 화격자(20), 이동식 화격자(20)의 상부에 놓여진 고체연료를 연소시키기 위한 연소 공기를 공급하는 공기공급수단(40) 등을 포함하고 있음을 알 수 있다.

이동식 화격자의 구조는 다수의 이동단(21)으로 구비되어 구동장치에 의해 왕복구동되는 이동단 어셈블리와 이동단의 사이에 설치되는 다수의 고정단(22)으로 구비되는 고정단 어셈블리로 구성된다.

종래의 고체연료용 보일러의 경우, 공기공급수단(40)에 의해 1차 공기를 이동식 화격자(20)의 하단부 공간에 공급하여 이동식 화격자(20)의 상부에 놓여진 고체연료에 공기를 공급하면서 연소가 진행되게 된다.

그러나 도 1에 도시된 바와 같이, 좌측에 하나의 공기공급수단(40)으로 일률적으로 이동식 화격자(20)의 하단부로 공기가 공급되기 때문에 주로 화염이 생기는 부분에 공기가 공급되어 반응하고, 이동식 화격자(20)의 배출단 측에 존재하는 숯 구간에서는 일부 공기만이 공급되기 때문에 숯 연소에 필요한 공기가 부족하고 이러한 공기의 양을 독립적으로 제어할 수 없다는 문제가 존재한다.

즉, 연소구간은 크게 고체연료의 유입단측에서 배출단측(즉, 고체연료의 이동방향) 방향을 기준으로 고체연료의 점화가 발생되는 초기연소단계 영역이 존재하고, 본격적으로 고체연료가 화염을 형성하며 연소되면서 고체연료 일부가 숯으로 변화되는 중간연소단계 영역이 존재하며, 배출단 측에서는 고체연료의 대부분이 숯으로 변환되어 숯이 연소되는 영역이 존재하게 된다.

이러한 영역마다 효율적인 연소를 위해 필요한 공기의 양이 서로 다름에도, 하나의 공기공급수단에 의해 공기가 일률적으로 공급되게됨으로써, 특히 숯 연소 구간에 필요한 적절한 공기가 공급되지 못하여 연소효율이 감소되게 되는 문제점이 발생되게 된다.

대한민국 등록특허 제1062471호 대한민국 공개특허 제2001-84118호 대한민국 공개특허 제1997-62486호

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 이동식 화격자의 하단부 공간을 다수의 격벽을 통해 서로 다른 구간으로 구획하여 서로 다른 영역에 대해 공기를 독립적으로 제어하여 공급할 수 있어 보다 효율적인 연소가 가능하고, 연소시간을 단축시킬 수 있는 단계적 연소가 가능한 고체 연료 보일러용 공기 공급장치, 공급방법, 그 공기 공급장치를 갖는 보일러를 제공하게 된다.

본 발명의 그 밖에 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 관련되어 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명확해질 것이다.

본 발명의 제1목적은 고체연료의 연소가 발생되는 연소챔버; 연소챔버 내에 구비되며, 연료공급부에 의해 공급된 연료가 이송되면서 단계적으로 연소되는 이동식 화격자; 이동식 화격자를 이동시키는 구동장치; 이동식 화격자의 하단부 공간으로 고체연료를 연소시키기 위한 공기를 공급하는 공기공급수단; 및 이동식 화격자의 하단부 공간에 설치되어 이동식 화격자의 구간을 구획하는 격벽을 포함하여, 공기공급수단이 격벽에 의해 구획된 서로 다른 구간에 공기를 공급하는 것을 특징으로 하는 단계적 연소가 가능한 고체연료 보일러용 공기공급장치로서 달성될 수 있다.

격벽에 의해 이동식 화격자의 하단부 공간은 이동식 화격자의 이동방향을 기준으로 구획되는 것을 특징으로 할 수 있다.

하단부 공간은 제1영역, 제2영역 및 제3영역을 포함하고, 이동식 화격자에 공급된 고체연료는 제1영역, 제2영역 및 제3영역으로 단계적으로 이동되는 것을 특징으로 할 수 있다.

제1영역은 고체연료가 이동식 화격자로 공급되어 점화가 발생되는 영역이고, 제2영역은 화염이 발생되어 고체연료가 연소되고, 고체연료가 숯으로 변환되는 영역이며, 제3영역은 숯이 연소되는 영역인 것을 특징으로 할 수 있다.

공기공급수단은 제1영역, 제2영역 및 제3영역 각각에 구비되어 제1영역, 제2영역 및 제3영역 각각에 공기를 공급하는 것을 특징으로 할 수 있다.

공기공급수단을 제어하여 제1영역, 제2영역 및 제3영역 각각에 공급되는 공기의 양을 조절하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

이동식 화격자에 의해 이송되는 고체연료의 부피를 실시간으로 감지하는 부피감지센서, 제1영역, 제2영역과 제3영역 각각 상부에 위치한 연소챔버 내의 온도를 실시간으로 측정하는 온도센서 및 제1영역, 제2영역 및 제3영역에 각각에서 형성되는 화염을 감지하는 화염감지센서 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

제어부는 부피감지센서와 온도센서와 화염감지센서에서 측정된 측정데이터를 기반으로 공기공급수단을 제어하여 제1영역, 제2영역 및 제3영역 각각에 공급되는 공기의 양을 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다.

이동식 화격자는, 적어도 한쌍의 고정 화격자봉과 고정 화격자봉에 설치된 적어도 한쌍의 고정화격자, 한쌍의 고정화격자 사이에 위치하는 적어도 하나의 무빙화격자와 무빙화격자에 설치되는 무빙화격자봉, 일측에 무빙화격자봉이 설치되고 타측에 제1바퀴가 설치되어 왕복이동이 가능한 제1프레임 및 제1바퀴가 밀착구동되고 이동방향에 따라 제1프레임의 높이가 가변되도록 하는 캠부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

제1프레임은, 상면에 제1프레임이 설치되고, 하면에 제1바퀴가 설치되어 일체로 이동 가능한 제2프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상면에 복수의 캠부가 설치되는 제3프레임을 더 포함하고, 제3프레임의 하면에는 복수의 제2바퀴가 더 설치되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제2목적은 고체연료의 연소가 발생되는 연소챔버; 연소챔버 내에 구비되며, 연료공급부에 의해 공급된 연료가 상부로 공급되어 이송되면서 단계적으로 연소되는 이동식 화격자; 이동식 화격자를 이동시키는 구동장치; 서로 특정간격 이격되어 세로 방향으로 이동식 화격자의 하단부 공간에 설치되며, 이동식 화격자의 이동방향을 기준으로 제1영역, 제2영역 및 제3영역으로 구간을 구획하는 격벽; 및 제1영역, 제2영역 및 제3영역의 하부 각각에 구비되어 제1영역, 제2영역 및 제3영역 각각으로 고체연료를 연소시키기 위한 공기를 공급하는 공기공급수단; 포함하는 것을 특징으로 하는 단계적 연소가 가능한 고체연료 보일러용 공기공급장치로서 달성될 수 있다.

본 발명의 제3목적은 고체연료의 연소가 발생되는 연소챔버; 연소챔버 내에 구비되며, 연료공급부에 의해 공급된 연료가 이송되면서 단계적으로 연소되는 이동식 화격자; 이동식 화격자를 이동시키는 구동장치; 이동식 화격자의 하단부 공간에 고체연료를 연소시키기 위한 공기를 공급하는 공기공급수단; 서로 특정간격 이격되어 가로 방향으로 이동식 화격자의 하단부 공간에 설치되며, 일측이 공기공급수단 측에 결합되고, 타측이 이동식화격자의 하부면 일측에 결합되어, 상부면과 이동식화격자의 하부면과 사이 공간을 제1영역으로 구획하는 제1격벽; 및 제1격벽과 특정간격 이격되어 제1격벽의 하부측에 설치되어 상부면과 제1격벽의 하부면 사이 공간을 제2영역과 하부면과 연소챔버의 하부면 사이공간을 제3영역으로 구획하는 제2격벽; 공기공급수단이 제1격벽 및 제2격벽에 의해 구획된 서로 다른 구간에 공기를 공급하는 것을 특징으로 하는 단계적 연소가 가능한 고체연료 보일러용 공기공급장치로서 달성될 수 있다.

고체연료는 펠릿인 것을 특징으로 할 수 있다.

구동장치를 제어하여 이동식 화격자의 이동속도를 조절하는 속도 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제4목적은 앞서 언급한 단계적 연소가 가능한 고체연료 보일러용 공기공급장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 연료 보일러로서 달성될 수 있다.

본 발명의 제5목적은 연료공급부에 의해 고체연료가 연소챔버 내에 설치된 이동식화격자의 상부면으로 공급되고, 구동장치가 이동식화격자를 구동시키는 단계; 공기공급수단이 이동식화격자 하단부의 제1영역으로 공기를 공급하고, 점화장치와 공급된 공기에 의해 고체연료가 점화되는 단계; 이동식화격자에 의해 고체연료가 제2영역의 상부측으로 이송되고, 공기공급수단이 제2영역으로 공기를 공급하여, 화염이 발생되고 고체연료가 연소되며, 고체연료 일부가 숯으로 변환되는 단계; 및 이동식화격자에 의해 고체연료가 제3영역의 상부측으로 이송되고, 공기공급수단이 제3영역으로 공기를 공급하여, 숯이 연소되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체연료 보일러용 공기공급장치를 이용한 단계적 연소방법으로서 달성될 수 있다.

고체연료의 부피를 실시간으로 감지하는 부피감지센서 및 연소챔버 내의 온도를 실시간으로 측정하는 온도센서를 포함하여, 제어부가 부피감지센서와 온도센서에서 측정된 측정데이터를 기반으로 공기공급수단을 제어하여 제1영역, 제2영역 및 제3영역 각각에 공급되는 공기의 양을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

속도 제어부가 부피감지센서와 온도센서에서 측정된 측정데이터를 기반으로 구동장치를 제어하여 이동식 화격자의 이동속도를 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다.

제3영역에 공급되는 공기 공급량이 제2영역에 공급되는 공기 공급량보다 크고, 제2영역에 공급되는 공기 공급량이 제1영역에 공급되는 공기 공급량보다 큰 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면 이동식 화격자의 하단부 공간을 다수의 격벽을 통해 서로 다른 구간으로 구획하여 서로 다른 영역에 대해 공기를 독립적으로 제어하여 공급할 수 있어 보다 효율적인 연소가 가능하고, 연소시간을 단축시킬 수 있는 효과를 갖는다.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허 청구 범위에 속함은 자명하다.

도 1은 종래 이동식 화격자를 갖는 고체연료용 보일러의 단면도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 가로방향으로 2개의 격벽이 설치된 단계적 연소가 가능한 공기 공급장치가 구비된 고체연료용 보일러의 단면도,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 세로방향으로 2개의 격벽이 설치된 단계적 연소가 가능한 공기 공급장치가 구비된 고체연료용 보일러의 단면도,
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 세로방향으로 2개의 격벽이 설치된 단계적 연소가 가능한 공기 공급장치가 구비된 고체연료용 보일러의 단면도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 제어부의 신호흐름을 나타낸 블록도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 공기공급장치을 이용한 단계적 연소방법의 흐름도를 도시한 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하에서는 본 발명의 제1실시예에 따른 단계적 연소가 가능한 공기공급장치의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 가로방향으로 2개의 격벽(50)이 설치된 단계적 연소가 가능한 공기 공급장치가 구비된 고체연료용 보일러(1)의 단면도를 도시한 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 단계적 연소가 가능한 공기 공급장치가 구비된 고체연료용 보일러(1)는 내부공간에서 공급된 고체연료가 연소되는 연소챔버(10), 연소챔버(10) 내에 구비되며 연료공급부(2)에 의해 상부면에 공급된 연료가 이송되면서 단계적으로 연소되는 이동식 화격자(20), 이동식화격자(20)의 이동단(22)을 이동시키는 구동장치(30), 이동식 화격자(20)의 하단부 공간으로 공기를 공급하여 이동식화격자(20)의 상부면에 놓인 고체연료를 연소시키는 공기공급수단(40), 이동식 화격자(20)의 하단부 공간을 구획하기 위해 가로 방향으로 설치된 다수의 격벽(50) 등을 포함하고 있음을 알 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 이동식 화격자(20)는 복수의 고정단(21)과 고정단(21) 사이마다 구비된 복수의 이동단(22)으로 구성되며, 구동장치(30)가 이동단(22)을 왕복이동시키게 됨으로써 이동식화격자(20)의 상부로 투입된 고체연료가 투입부 측에서 배출부 측으로 단계적으로 이동되게 됨을 알 수 있다(도 2에 도시된 것을 기준으로 좌측에서 우측으로). 이러한 고체연료는 구체적 실시예에서 펠릿을 사용하였다.

또한, 이러한 본 발명의 제1실시예에 따른 단계적 연소가 가능한 고체연료 보일러용 공기공급장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 이동식 화격자(20)의 하단부 공간을 구획하는 2개의 격벽(50)이 설치되어 있음을 알 수 있다. 즉, 이동식 화격자(20)의 하단부 공간에는 서로 특정간격으로 이격되어 가로방향으로 2개의 격벽(50)이 설치되어 진다.

따라서 이동식 화격자(20)의 투입단 측 하부면과 제1격벽(51) 상부면 사이는 제1영역(41)으로 정의되고, 제1격벽(51)의 하부면과 제2격벽(52)의 상부면 사이는 제2영역(42)으로 정의되며, 제2격벽(52)과 연소챔버(10)의 하부판 사이는 제3영역(43)으로 정의되게 된다.

본 발명의 기술적 사상은 공기가 투입되는 공간을 서로 다른 구간으로 구획하여 공기를 각기 개별적으로 제어하여 공급한다는 자체에 있는 것으로 격벽(50)의 방향, 격벽(50)의 구체적인 형상, 격벽(50)의 개수 등은 본 발명의 권리범위에 영향을 미쳐서는 아니된다.

이러한 제1영역(41)에서는 주로 이동식 화격자(20)의 투입단으로 공급된 고체연료가 점화장치에 의해 점화가 발생되는 영역이고, 제2영역(42)은 주로 화염이 발생하면서 고체연료가 연소되어 고체연료가 숯으로 변환되는 영역이며, 제3영역(43)은 숯으로 변환된 고체연료가 연소되는 영역에 해당한다.

그리고, 본 발명의 제1실시예에 따른 공기공급수단(40)은 구획된 제1영역(41), 제2영역(42), 제3영역(43) 각각에 독립적으로 공기를 공급하게 된다. 또한, 통상적으로 숯으로 변환된 고체연료를 연소할 때, 보다 많은 공기 양이 필요하게 되므로 제3영역(43)에 공급되는 공기량이 제2영역(42)에 공급되는 공기량보다 크고, 제2영역(42)에 공급되는 공기량이 제1영역(41)에 공급되는 공기량보다 크게 되도록 공기공급수단(40)이 공기를 공급하게 된다.

또한, 이러한 공기공급수단(40)은 이러한 제1영역(41), 제2영역(42), 제3영역(43) 각각에 독립적으로 구비되어 제1영역(41), 제2영역(42), 제3영역(43)에 공기를 공급하게 되도록 구성되는 것이 바람직하다.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 세로방향으로 2개의 격벽(50)이 설치된 단계적 연소가 가능한 공기 공급장치가 구비된 고체연료용 보일러(1)의 단면도를 도시한 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 2개의 격벽(50)은 도 2에 도시된 것과 달리, 세로 방향으로 이동식 화격자(20)의 하단부에 설치되어 짐을 알 수 있다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1격벽(51)과 제2격벽(52)은 세로 방향으로 이동식 화격자(20)의 하단부에 서로 특정간격 이격되어 설치되어 짐을 알 수 있다. 제1영역(41)은 제1격벽(51)과 투입단 측의 연소챔버(10) 외벽 사이 공간으로 정의되고, 제2영역(42)은 제1격벽(51)과 제2격벽(52)의 사이 공간으로 정의되며, 제3영역(43)은 제2격벽(52)과 이동식 화격자(20)의 배출단 사이 공간으로 되게 된다.

공기공급수단(40)은 연소챔버(10)의 하부측에 구비되며, 이러한 제1영역(41), 제2영역(42), 제3영역(43) 각각에 독립적으로 공기를 공급할 수 있도록 구성된다. 따라서 앞서 설명한 바와 같이, 제1격벽(51)과 제2격벽(52)으로 이동식 화격자(20)의 하단부 공간을 구획할 수 있어 각각의 영역마다 공기량을 제어하면서 효율적인 연소가 가능하도록 할 수 있다. 즉, 통상적으로 숯으로 변환된 고체연료를 연소할 때, 보다 많은 공기 양이 필요하게 되므로 제3영역(43)에 공급되는 공기량이 제2영역(42)에 공급되는 공기량보다 크고, 제2영역(42)에 공급되는 공기량이 제1영역(41)에 공급되는 공기량보다 크게 되도록 공기공급수단(40)이 공기를 공급하게 된다.

이하에서는 본 발명의 제2실시예에 따른 단계적 연소가 가능한 공기공급장치의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 세로방향으로 2개의 격벽(50)이 설치된 단계적 연소가 가능한 공기 공급장치가 구비된 고체연료용 보일러(1)의 단면도를 도시한 것이다.

본 발명의 제2실시예에 따른 단계적 연소가 가능한 공기공급장치는 제1실시예에서와 같이 이동식화격자(20)의 하단부 공간을 단계적으로 구획하여 서로 다른 영역에 독립적으로 공기량을 조절하면서 연소를 위한 공기를 공급할 수 있다는 기술적 사상은 동일하나, 이동식 화격자(20)의 구체적인 구성이 상이하다. 따라서 제1실시예와의 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 이동식 화격자(20)의 구조는 직육면체 형상의 연소챔버(10) 내부에는 제1프레임(73)이 왕복 가능하도록 설치되어 있음을 알 수 있다. 그리고 상부에는 고정화격자봉(61)이 7개 ~ 10개 정도가 설치되어 있고, 제1프레임(73)의 상부에는 7개 ~ 10개 정도의 무빙화격자봉(71)이 설치되어 있다. 무빙화격자봉(71)은 고정화격자봉(61)의 사이마다 설치되어 있다.

무빙화격자(72)는 무빙화격자봉(71)과 직각으로 설치되고, 하나의 무빙화격자봉(71)에 대해 5개 ~ 10개 정도가 일렬로 설치된다. 무빙화격자(72)는 무빙화격자봉(71)에 고정되도록 설치될 수도 있고, 상대 회전이 가능하도록 설치될 수도 있다.

고정화격자(62)는 고정화격자봉(61)과 직각으로 설치되고, 하나의 고정화격자봉(61)에 대해 5개 ~ 10개 정도가 일렬로 설치된다. 다만, 고정화격자(62)는 무빙화격자(72)와 같은 갯수로 설치되는 것이 바람직하다. 고정화격자(62)는 고정화격자봉(61)에 고정되도록 설치될 수도 있고, 상대 회전이 가능하도록 설치될 수도 있다.

고정화격자(62)와 무빙화격자(72)는 수평방향에 대해 0°보다 크고 30°보다 작게 되도록 기울어져 있다. 0°되거나 30°보다 커지면 하부 공간의 효율성이 저하되기 시작하고, 연소재의 배출이 원활하지 않기 때문이다.

제1프레임(73)은 무빙화격자봉(71)의 경사 배치를 위하여 단차를 갖거나 경사면(81)을 갖는 형상이다. 제1프레임(73)의 하부에는 제2프레임(85)이 설치된다. 제2프레임(85)은 평판 형상이고, 하면에는 6개의 제1바퀴(74)가 구비되어 있다. 제1프레임(73)의 후단에는 추진축(88)이 설치되어 있다. 이러한 추진축(88)은 유압실린더, 공압실린더, 모터에 의한 랙과 피니언 등의 구동장치(30)에 의해 왕복 추진된다. 이러한 추진축(88)은 캠부(80)의 경사각에 대응되도록 기울어져 있다. 이는 추진력이 전달될 때 불필요한 분력을 최소화하기 위함이다.

제3프레임(86)의 상면에는 6개의 캠부(80)가 설치되어 있고, 이동식 화격자 전체의 이동을 위해 하면에는 6개의 제2바퀴(87)가 설치되어 있다. 또한, 제3프레임(86)은 전단벽과 일체로 고정되어 있다. 각 캠부(80)는 각각의 제1바퀴(74)와 쌍을 이루고 있으며, 제1바퀴(74)의 이탈을 방지하기 위해 단면방향으로 요철 형상맞춤을 이루고 있다. 즉, 제1바퀴(74)의 원주에 돌기가 형성되어 있다면 캠부(80)에는 돌기수용홈(미도시)이 형성되어 있다.

캠부(80)의 하면은 제3프레임(86)에 고정되고, 캠부(80)의 상면은 제1바퀴(74)가 구름이동될 수 있도록 레일을 이루고 있다. 캠부(80)의 상면에는 최고점(82), 중간점, 최하점이 경사진 직선을 이루고 있다. 캠부(80)의 상면이 이루는 경사각은 무빙화격자(72)와 고정화격자(62)의 기울기 각도와 같도록 한다. 최고점(82)과 최저점(83) 사이의 거리는 제1프레임(73)의 왕복 행정거리가 되면서, 무빙화격자(72)의 왕복 행정거리가 되기도 한다.

스토퍼(84)는 최저점(83)에 인접하게 설치되어 제1바퀴(74)가 최저점(83)에서 안정적으로 유지될 수 있도록 한다. 이를 위해 스토퍼(84)는 캠부(80)와 동일한 단면 형상을 가진 채 반대 방향으로 역경사를 이루도록 형성된다. 스토퍼(84)는 역경사 외에 돌기(미도시)로 그 기능을 발휘할 수도 있다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1격벽(51)과 제2격벽(52)은 세로 방향으로 이동식 화격자(20)의 하단부에 서로 특정간격 이격되어 설치되어 짐을 알 수 있다. 제1영역(41)은 제1격벽(51)과 투입단 측의 연소챔버(10) 외벽 사이 공간으로 정의되고, 제2영역(42)은 제1격벽(51)과 제2격벽(52)의 사이 공간으로 정의되며, 제3영역(43)은 제2격벽(52)과 이동식 화격자(20)의 배출단 사이 공간으로 되게 된다.

공기공급수단(40)은 이동식 화격자(20)의 하부측에 구비되며, 이러한 제1영역(41), 제2영역(42), 제3영역(43) 각각으로 독립적으로 공기를 공급할 수 있도록 구성된다. 따라서 앞서 설명한 바와 같이, 제1격벽(51)과 제2격벽(52)으로 이동식 화격자(20)의 하단부 공간을 구획할 수 있어 각각의 영역마다 공기량을 제어하면서 효율적인 연소가 가능하도록 할 수 있다. 즉, 통상적으로 숯으로 변환된 고체연료를 연소할 때, 보다 많은 공기 양이 필요하게 되므로 제3영역(43)에 공급되는 공기량이 제2영역(42)에 공급되는 공기량보다 크고, 제2영역(42)에 공급되는 공기량이 제1영역(41)에 공급되는 공기량보다 크게 되도록 공기공급수단(40)이 공기를 공급하게 된다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 제어부(90)의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 단계적 연소가 가능한 고체연료 보일러용 공기공급장치에는 이동식 화격자(20)의 상부면에 놓인 고체연료의 부피를 감지하는 부피감지센서(93), 제1영역(41), 제2영역(42), 제3영역(43) 각각의 상부측 연소챔버(10) 내의 온도를 실시간으로 측정하는 온도센서(91) 및 화염에너지를 실시간으로 측정하기 위한 화염감지센서(92) 등을 포함할 수 있다.

이러한 부피감지센서(93), 온도센서(91), 화염감지센서(92)에서 측정된 데이터를 기반으로 하여 제어부(90)는 현재 고체연료가 숯으로 변환된 양을 감지하게 되고, 이러한 데이터를 기반으로 제1영역(41), 제2영역(42), 제3영역(43)으로 공급할 공기의 량을 설정하여 설정된 공기량으로 제1영역(41), 제2영역(42), 제3영역(43)에 공기가 공급되도록 공기공급수단(40)을 제어하게 된다.

또한, 본 발명의 일실시예예 따른 단계적 연소가 가능한 고체연료 보일러용 공기공급장치 이동식 화격자(20)의 구동장치(30)를 제어하여 왕복이동속도, 왕복주기 등을 조절하는 속도제어부를 더 포함할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 공기공급장치를 이용한 단계적 연소방법에 대해 설명하도록 한다. 이러한 연소방법은 앞서 언급한 단계적 연소가 가능한 고체연료 보일러용 공기공급장치를 이용한 것이다. 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 공기공급장치를 이용한 단계적 연소방법의 흐름도를 도시한 것이다.

먼저, 연료공급부(2)에 의해 고체연료가 연소챔버(10) 내에 설치된 이동식화격자(20)의 상부면으로 공급되고, 구동장치(30)가 이동식화격자(20)를 구동시키게 된다(S10). 그리고, 공기공급수단(40)이 이동식화격자(20) 하단부의 제1영역(41)으로 공기를 공급하고, 점화장치와 공급된 공기에 의해 투입된 고체연료가 점화되게 된다(S20).

그리고, 이동식화격자(20)의 구동에 의해 고체연료가 단계적으로 제2영역(42)의 상부측으로 이송되고, 공기공급수단(40)이 제2영역(42)으로 공기를 공급하여(S30), 화염이 발생되고 고체연료가 연소되면서 고체연료 일부가 숯으로 변환되게 된다(S40). 또한, 이동식화격자(20)의 구동에 의해 고체연료가 제3영역(43)의 상부측으로 이송되고, 공기공급수단(40)이 제3영역(43)으로 공기를 공급하여, 숯이 연소되게 된다(S50).

이러한 S10 ~ S50의 과정이 반복되면서 제어부(90)는 제1영역(41), 제2영역(42), 제3영역(43)에 공급되는 공기량을 조절하면서 고체연료가 단계적, 효율적으로 연소되게 된다. 이러한 과정에서 부피감지센서(93)는 이동식 화격자(20) 상부에 놓여진 고체연료의 부피를 실시간으로 감지하게 되고, 온도센서(91)는 연소챔버(10) 내의 온도를 실시간으로 측정하게 되며, 화염감지센서(92)가 발생되는 화염 에너지를 실시간으로 측정하게 된다.

따라서 제어부(90)는 부피감지센서(93)와 온도센서(91)와 화염감지센서(92)에서 측정된 측정데이터를 기반으로 공기공급수단(40)을 제어하여 제1영역(41), 제2영역(42) 및 제3영역(43) 각각에 공급되는 공기의 양을 조절하게 된다.

통상적으로 제어부(90)는 제3영역(43)에 공급되는 공기 공급량이 제2영역(42)에 공급되는 공기 공급량보다 크고, 제2영역(42)에 공급되는 공기 공급량이 제1영역(41)에 공급되는 공기 공급량보다 크게 되도록 공기공급수단(40)을 제어하게 된다.

1:고체연료용 보일러
2:연료공급부
10:연소챔버
20:이동식 화격자
21:고정단
22:이동단
30:구동장치
40:공기공급수단
41:제1영역
42:제2영역
43:제3영역
50:격벽
51:제1격벽
52:제2격벽
61:고정화격자봉
62:고정화격자
71:무빙화격자봉
72:무빙화격자
73:제1프레임
74:제1바퀴
80:캠부
81:경사면
82:최고점
83:최저점
84:스토퍼
85:제2프레임
86:제3프레임
87:제2바퀴
88:추진축
90:제어부
91:온도센서
92:화염감지센서
93:부피감지센서

Claims (20)

1. 고체연료의 연소가 발생되는 연소챔버;
   상기 연소챔버 내에 구비되며, 연료공급부에 의해 공급된 연료가 이송되면서 단계적으로 연소되는 이동식 화격자;
   상기 이동식 화격자를 이동시키는 구동장치;
   상기 이동식 화격자의 하단부 공간으로 상기 고체연료를 연소시키기 위한 공기를 공급하는 공기공급수단; 및
   상기 이동식 화격자의 하단부 공간에 설치되어 상기 이동식 화격자의 구간을 구획하는 격벽을 포함하여,
   상기 공기공급수단이 상기 격벽에 의해 구획된 서로 다른 구간에 상기 공기를 공급하는 것을 특징으로 하는 단계적 연소가 가능한 고체연료 보일러용 공기공급장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 격벽에 의해 상기 이동식 화격자의 하단부 공간은 상기 이동식 화격자의 이동방향을 기준으로 구획되는 것을 특징으로 하는 단계적 연소가 가능한 고체연료 보일러용 공기공급장치.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 하단부 공간은 제1영역, 제2영역 및 제3영역을 포함하고, 상기 이동식 화격자에 공급된 상기 고체연료는 상기 제1영역, 상기 제2영역 및 상기 제3영역으로 단계적으로 이동되는 것을 특징으로 하는 단계적 연소가 가능한 고체연료 보일러용 공기공급장치.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 제1영역은 상기 고체연료가 상기 이동식 화격자로 공급되어 점화가 발생되는 영역이고, 상기 제2영역은 화염이 발생되어 상기 고체연료가 연소되고, 상기 고체연료가 숯으로 변환되는 영역이며, 상기 제3영역은 상기 숯이 연소되는 영역인 것을 특징으로 하는 단계적 연소가 가능한 고체연료 보일러용 공기공급장치.
   
5. 제 3항에 있어서,
   상기 공기공급수단은
   상기 제1영역, 상기 제2영역 및 상기 제3영역 각각에 구비되어 상기 제1영역, 상기 제2영역 및 상기 제3영역 각각에 공기를 공급하는 것을 특징으로 하는 단계적 연소가 가능한 고체연료 보일러용 공기공급장치.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 공기공급수단을 제어하여 상기 제1영역, 상기 제2영역 및 상기 제3영역 각각에 공급되는 상기 공기의 양을 조절하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단계적 연소가 가능한 고체연료 보일러용 공기공급장치.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 이동식 화격자에 의해 이송되는 상기 고체연료의 부피를 실시간으로 감지하는 부피감지센서, 상기 제1영역, 상기 제2영역과 상기 제3영역 각각 상부에 위치한 상기 연소챔버 내의 온도를 실시간으로 측정하는 온도센서 및 상기 제1영역, 상기 제2영역 및 제3영역에 각각에서 형성되는 화염을 감지하는 화염감지센서 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 단계적 연소가 가능한 고체연료 보일러용 공기공급장치.
   
8. 제 7항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 부피감지센서와 상기 온도센서와 화염감지센서에서 측정된 측정데이터를 기반으로 상기 공기공급수단을 제어하여 상기 제1영역, 상기 제2영역 및 상기 제3영역 각각에 공급되는 상기 공기의 양을 조절하는 것을 특징으로 하는 단계적 연소가 가능한 고체연료 보일러용 공기공급장치.
   
9. 제 1항에 있어서,
   상기 이동식 화격자는
   적어도 한쌍의 고정 화격자봉과 상기 고정 화격자봉에 설치된 적어도 한쌍의 고정화격자, 상기 한쌍의 고정화격자 사이에 위치하는 적어도 하나의 무빙화격자와 상기 무빙화격자에 설치되는 무빙화격자봉, 일측에 상기 무빙화격자봉이 설치되고 타측에 제1바퀴가 설치되어 왕복이동이 가능한 제1프레임 및 상기 제1바퀴가 밀착구동되고 이동방향에 따라 상기 제1프레임의 높이가 가변되도록 하는 캠부를 포함하는 것을 특징으로 하는 단계적 연소가 가능한 고체연료 보일러용 공기공급장치.
   
10. 제 9항에 있어서,
    상기 제1프레임은,
    상면에 상기 제1프레임이 설치되고, 하면에 상기 제1바퀴가 설치되어 일체로 이동 가능한 제2프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단계적 연소가 가능한 고체연료 보일러용 공기공급장치.
    
11. 제 9항에 있어서,
    상면에 복수의 상기 캠부가 설치되는 제3프레임을 더 포함하고, 상기 제3프레임의 하면에는 복수의 제2바퀴가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 단계적 연소가 가능한 고체연료 보일러용 공기공급장치.
    
12. 고체연료의 연소가 발생되는 연소챔버;
    상기 연소챔버 내에 구비되며, 연료공급부에 의해 공급된 연료가 상부로 공급되어 이송되면서 단계적으로 연소되는 이동식 화격자;
    상기 이동식 화격자를 이동시키는 구동장치;
    서로 특정간격 이격되어 세로 방향으로 상기 이동식 화격자의 하단부 공간에 설치되며, 상기 이동식 화격자의 이동방향을 기준으로 제1영역, 제2영역 및 제3영역으로 구간을 구획하는 격벽; 및
    상기 제1영역, 상기 제2영역 및 상기 제3영역의 하부 각각에 구비되어 상기 제1영역, 상기 제2영역 및 상기 제3영역 각각으로 상기 고체연료를 연소시키기 위한 공기를 공급하는 공기공급수단; 포함하는 것을 특징으로 하는 단계적 연소가 가능한 고체연료 보일러용 공기공급장치.
    
13. 고체연료의 연소가 발생되는 연소챔버;
    상기 연소챔버 내에 구비되며, 연료공급부에 의해 공급된 연료가 이송되면서 단계적으로 연소되는 이동식 화격자;
    상기 이동식 화격자를 이동시키는 구동장치;
    상기 이동식 화격자의 하단부 공간에 상기 고체연료를 연소시키기 위한 공기를 공급하는 공기공급수단;
    서로 특정간격 이격되어 가로 방향으로 상기 이동식 화격자의 하단부 공간에 설치되며, 일측이 상기 공기공급수단 측에 결합되고, 타측이 상기 이동식화격자의 하부면 일측에 결합되어, 상부면과 상기 이동식화격자의 하부면과 사이 공간을 제1영역으로 구획하는 제1격벽; 및
    상기 제1격벽과 특정간격 이격되어 상기 제1격벽의 하부측에 설치되어 상부면과 상기 제1격벽의 하부면 사이 공간을 제2영역과 하부면과 상기 연소챔버의 하부면 사이공간을 제3영역으로 구획하는 제2격벽;을 포함하고,
    상기 공기공급수단이 상기 제1격벽 및 제2격벽에 의해 구획된 서로 다른 구간에 상기 공기를 공급하는 것을 특징으로 하는 단계적 연소가 가능한 고체연료 보일러용 공기공급장치.
    
14. 제 1항, 제 12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 고체연료는 펠릿인 것을 특징으로 하는 단계적 연소가 가능한 고체연료 보일러용 공기공급장치.
    
15. 제 1항, 제 12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 구동장치를 제어하여 상기 이동식 화격자의 이동속도를 조절하는 속도 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단계적 연소가 가능한 고체연료 보일러용 공기공급장치
    
16. 제 1항, 제 12항 또는 제13항에 따른 단계적 연소가 가능한 고체연료 보일러용 공기공급장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 연료 보일러.
    
17. 연료공급부에 의해 고체연료가 연소챔버 내에 설치된 이동식화격자의 상부면으로 공급되고, 구동장치가 상기 이동식화격자를 구동시키는 단계;
    공기공급수단이 상기 이동식화격자 하단부의 제1영역으로 공기를 공급하고, 점화장치와 공급된 상기 공기에 의해 상기 고체연료가 점화되는 단계;
    상기 이동식화격자에 의해 상기 고체연료가 제2영역의 상부측으로 이송되고, 상기 공기공급수단이 상기 제2영역으로 공기를 공급하여, 화염이 발생되고 상기 고체연료가 연소되며, 상기 고체연료 일부가 숯으로 변환되는 단계; 및
    상기 이동식화격자에 의해 상기 고체연료가 제3영역의 상부측으로 이송되고, 상기 공기공급수단이 상기 제3영역으로 공기를 공급하여, 상기 숯이 연소되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체연료 보일러용 공기공급장치를 이용한 단계적 연소방법.
    
18. 제 17항에 있어서,
    상기 고체연료의 부피를 실시간으로 감지하는 부피감지센서 및 상기 연소챔버 내의 온도를 실시간으로 측정하는 온도센서를 포함하여,
    제어부가 상기 부피감지센서와 상기 온도센서에서 측정된 측정데이터를 기반으로 상기 공기공급수단을 제어하여 상기 제1영역, 상기 제2영역 및 제3영역 각각에 공급되는 상기 공기의 양을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체연료 보일러용 공기공급장치를 이용한 단계적 연소방법.
    
19. 제 18항에 있어서,
    속도 제어부가 상기 부피감지센서와 상기 온도센서에서 측정된 측정데이터를 기반으로 상기 구동장치를 제어하여 상기 이동식 화격자의 이동속도를 조절하는 것을 특징으로 하는 고체연료 보일러용 공기공급장치를 이용한 단계적 연소방법.
    
20. 제 18항에 있어서,
    상기 제3영역에 공급되는 공기 공급량이 상기 제2영역에 공급되는 공기 공급량보다 크고, 상기 제2영역에 공급되는 공기 공급량이 상기 제1영역에 공급되는 공기 공급량보다 큰 것을 특징으로 하는 고체연료 보일러용 공기공급장치를 이용한 단계적 연소방법.

Images