KR20160097585A

KR20160097585A - 연소기

Info

Publication number: KR20160097585A
Application number: KR1020150019447A
Authority: KR
Inventors: 김정길; 권혁만
Original assignee: 세너지 주식회사; 김정길
Priority date: 2015-02-09
Filing date: 2015-02-09
Publication date: 2016-08-18
Also published as: WO2016129892A1

Abstract

본 발명은 연소기에 관한 것으로서, 내부에 수용 공간이 형성되는 외부 케이스; 상기 외부 케이스의 수용 공간 내에 구비되며, 일측에 공기 주입구가 연통되는 내부 케이스; 상기 내부 케이스의 내부에 구비되어 투입된 연료를 연소시키는 연소로; 상기 연소로의 하측에 상단이 편심된 상태로 구비되어 회전시 상기 연료와 연소 부산물을 휘젓는 화격자; 및 상기 화격자를 회전 구동시키는 구동모듈을 포함한다.
본 발명에 따르면, 편심 회전되는 화격자에 의해 우드 펠렛(wood pellet)과 같은 고체 연료와 재(ash)를 휘저어 재의 배출과 공기의 유입을 원활하게 하므로 연소 부산물의 배출과 연소율을 증가시킬 수 있으면서, 연소 중 연료의 불순물이 용융 및 고착되면서 딱딱하게 굳어 버리는 클링커 현상을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Description

연소기 {Combustor}

본 발명은 연소기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 소형 보일러 등에 적용되는 수직형 연소기로, 열원인 연료를 연소시키는 과정에서 연소 생성물의 배출과 공기 유입을 원활하게 하며, 고체 연료의 불순물에 의해 생성되는 클링커(clinker)의 잔류를 최소화하는 고체 연소기에 관한 것이다.

현재 보일러는 산업용에서 가정용에 이르기까지 다양한 구조와 특징이 있는데, 주로 보일러는 경우, 등유, 가솔린 등의 유류나 가스와 같은 연료의 연소열을 이용하여 물이나 공기를 가열한다.

그런데 유류나 가스 등은 가격이 매우 비싸기 때문에 난방에 소요되는 경비가 많이 들게 된다. 특히, 온실이나 비닐하우스 등에서 작물을 재배하기 위해서 난방장치로 보일러를 사용하는 농가의 경우 연료비에 의한 원가상승은 재배작물의 가격을 상승시킴으로써 농가의 부담이 증가하고 있다.

이에 따라 근래에는 연탄이나 석탄과 같은 고체연료를 이용하고 있으나 석탄과 같은 고체연료는 매장이 한정적일 뿐만 아니라, 그 고체 연료가 연소되면서 발생하는 가스는 인체에 해로울 뿐만 아니라 지구 온난화 문제를 유발하는 문제를 갖는다.

그리고 최근에는 환경에 대한 관심이 증가하고 자원의 고갈에 따른 문제가 대두됨에 따라 자연 자원을 절약하고 친환경적인 에너지원을 개발하는 추세에 있으며, 이러한 분위기에서 버려지는 목재를 펠렛 형태로 성형하여 연료로 이용하는 펠렛 연료의 이용이 증가하고 있다.

여기서 상기 펠렛 연료는 나무를 재료로 하여 이를 분말에 가까운 미세한 톱밥으로 분쇄하고 믹싱, 압출, 절단, 건조함으로써 제조된 후 보일러 또는 난로 등에 연료로 사용된다.

이러한 보일러 또는 난로에 구비되는 연소기와 관련된 기술이 등록특허공보 제1160053호 및 등록특허공보 제0941573호에 제안된 바 있다.

이하에서 종래기술로서 등록특허공보 제1160053호 및 등록특허공보 제0941573호에 개시된 수직형연소기 및 연소 장치를 간략히 설명한다.

도 1은 등록특허공보 제1160053호(이하 '종래기술 1'이라 함)에서 수직형 연소기의 일 실시예를 도시한 단면도이다. 도 1에서 보는 바와 같이 종래기술 1의 수직형 연소기는 내부가 중공이고, 상부에 복수의 타공(211)이 관통형성된 타공판(210)이 결합된 베이스(200)와, 상기 베이스(200)의 일측에 설치되고, 상기 베이스(200)의 내부로 화염을 공급하는 버너(220)와, 상기 베이스(200)의 타측에 설치되고, 상기 베이스(200)의 내부로 외부공기를 유입시켜 상기 버너(220)로부터 공급된 화염을 상기 타공판(210)을 통해 상기 베이스(200)의 상방으로 상승시키는 송풍기(230)와, 내부가 상기 베이스(200)의 내부와 연통되도록 하단이 상기 타공판(210)에 결합되고, 상기 내부로 투입된 고형연료가 상승하는 화염에 의해 1차 연소되는 제1연소실(300)과, 내부가 상기 제1연소실(300)의 내부와 연통되도록 하단이 상기 제1연소실(300)의 상단과 결합되고, 상기 제1연소실(300)로부터 1차 연소된 상기 고형연료가 상승하는 화염에 의해 2차 연소되는 제2연소실(400)과, 상기 제2연소실(400)의 상단과 연통되도록 결합되어 상승하는 화염이 배출되는 화염배출관(500)과, 상기 제2연소실(400)의 일측을 관통하여 상기 제2연소실(400)의 내부로 상기 고형연료를 투입하는 연료투입관(420)을 포함하고, 상기 제2연소실(400)은, 원통형상이되, 중앙에 상단 및 하단의 직경보다 확장된 확경부(410)가 형성되고, 상기 연료투입관(420)은, 상기 제2연소실(400)의 내부로 상기 고형연료와 함께 외부공기를 주입하고, 주입된 상기 외부공기가 상기 제2연소실(400)의 확경부(410) 내주면을 따라 회전하도록 상기 제2연소실(400)의 확경부(410) 일측에 접선방향으로 설치된 것을 특징으로 한다.

그러나 종래기술 1에 의한 수직형 연소기는 제1연소실(300)에 공급된 고형연료가 타공판(210)에 형성된 복수의 타공(211)을 통과한 화염에 의해 연소되는데 연소 과정에서 상기 타공판(210) 상에 연료에 포함된 미네랄과 같은 불순물에 의해 생성된 클링커가 잔류하게 되면, 시간의 경과에 따라 연소 부산물의 크기가 커지므로 연소기의 작동을 중지시킨 후 제거해야 하는 문제점이 있었다.

도 2는 등록특허공보 제0941573호(이하 '종래기술 2'라 함)에서 연소 장치를 나타내는 단면도이다. 도 2에서 보는 바와 같이 종래기술 2의 연소 장치는 상부에 설치된 연료공급실(80)로부터 공급된 연료를 수용하며, 연료를 증발시켜 1차 연소가스를 발생시키는 연료적재실(70), 상기 연료적재실(70)의 일측에 설치되어 상기 1차 연소가스가 이동하는 1차 연소가스 흡입실(40), 상기 연료적재실(70)과 상기 1차 연소가스 흡입실(40) 사이에 설치되는 연료지지부(60), 일단에 구비된 1차 연소가스 흡입구(51), 타단에 구비된 연소노즐(52), 중간에 공기증폭기(53)를 구비한 1차 연소가스 흡입부(50)를 포함하되, 상기 공기증폭기(53)에는 공급되는 공기의 양을 제어하여 연소속도를 제어하는 고압공기공급관(83)을 연결하고, 상기 1차 연소가스 흡입구(51)를 상기 1차 연소가스 흡입실(40)에 위치시켜 1차 연소가스를 흡입한 후, 외부공기공급부(10)에서 공급된 외부공기에 의하여 연료를 증발시켜 상기 연소노즐(52)에서 2차로 연소시키는 것을 특징으로 한다.

그러나 종래기술 2에 의한 연소 장치는 연료지지부(60)에 지지된 연료의 연소시 연소 과정에서 상기 연료지지부(60) 상에 연료에 포함된 미네랄과 같은 불순물에 의해 생성된 클링커가 잔류하게 되는 경우 주기적으로 클링커를 제거하지 않으면 연소 부산물의 크기가 커지므로 이에 대한 해결책이 요구되고 있다.

대한민국 등록특허공보 제1160053호 대한민국 등록특허공보 제0941573호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 편심 회전되는 화격자에 의해 연료와 재(ash)를 휘젓는 과정에서 재의 배출과 공기의 유입을 원활하게 하므로 재의 배출과 연소율을 증가시킬 수 있으면서, 클링커(clinker)가 생성되어 성장하기 전에 배출시키는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 내부에 수용 공간이 형성되는 외부 케이스; 상기 외부 케이스의 수용 공간 내에 구비되며, 일측에 공기 주입구가 연통되는 내부 케이스; 상기 내부 케이스의 내부에 구비되어 투입된 연료를 연소시키는 연소로; 상기 연소로의 하측에 상단이 편심된 상태로 구비되어 회전시 상기 연료와 연소 부산물을 휘젓는 화격자; 및 상기 화격자를 회전 구동시키는 구동모듈을 포함하여 이루어진다.

그리고 상기 외부 케이스와 상기 내부 케이스의 사이에 비산된 재가 배출되도록 재 배출 통로가 형성될 수 있다.

또한, 상기 연소로는 직립 형태로 구비되며, 외주면에 방사상의 공기 유입공이 관통 형성될 수 있다.

한편, 상기 화격자의 편심돌기는 원뿔 또는 원기둥 형상으로 형성될 수 있다.

여기서, 상기 구동모듈은, 상기 화격자에 동력을 제공하는 모터; 및 상기 모터의 구동력을 상기 화격자에 전달하는 동력 전달부를 포함할 수 있다.

그리고 상기 연소로의 하단 내주면에는 상기 화격자와 상기 연소로의 내주면과의 틈으로 상기 연료가 배출되는 것을 방지하도록 연료 배출 방지구가 구비될 수 있다.

또한, 상기 연소로의 상측에 상기 연료를 공급하도록 연료 공급모듈이 구비될 수 있다.

본 발명에 따르면, 편심 회전되는 화격자에 의해 우드 펠렛(wood pellet)과 같은 고체 연료와 재(ash)를 휘저어 재의 배출과 공기의 유입을 원활하게 하므로 연소 부산물의 배출과 연소율을 증가시킬 수 있으면서, 연소 중 연료의 불순물이 고착되면서 딱딱하게 굳어 버리는 클링커 현상을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래기술 1에 의한 수직형연소기의 일 실시예를 도시한 단면도이다.
도 2는 종래기술 2에 의한 연소 장치를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 연소기를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 연소기를 도시한 분해사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 연소기를 도시한 평면도이다.
도 6은 도 5의 A-A'선 단면도이다.
도 7은 도 5의 B-B'선 단면도이다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

이하, 본 발명의 구성을 첨부된 도면을 참조로 설명하면, 도 3은 본 발명에 따른 연소기를 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 연소기를 도시한 분해사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 연소기를 도시한 평면도이고, 도 6은 도 5의 A-A'선 단면도이며, 도 7은 도 5의 B-B'선 단면도이다.

본 발명에 의한 연소기(100)는 수직형 연소기로, 외부 케이스(110), 내부 케이스(120), 연소로(130), 화격자(140), 구동모듈(150), 연료 공급모듈(160) 및 연소 부산물 수집부(170)를 포함한다.

이때, 상기 연소기(100)에 공급되는 원료는 우드 펠렛(wood pellet) 등과 같은 고체 연료가 사용되는 것으로 예시한다.

외부 케이스(110)는 내부에 수용 공간이 형성되되, 수용 공간 중 상단(110a)에는 연료 공급모듈(160)이 구비되고, 중간단(110b)에는 연소로(130) 및 구동모듈(150)이 구비되며, 하단(110c)에는 연소 부산물 수집부(170)가 구비된다.

즉, 상기 외부 케이스(110)는 원통 형상으로 형성된 중간단(110b)과, 상기 중간단의 직경보다 큰 직경으로 형성되는 원통 형상의 상단(110a) 그리고 단차 형상으로 형성된 원통체 또는 직육면체의 하단(110c)으로 형성된다.

이때, 상기 외부 케이스(110)의 상단(110a) 내부에는 연소로(130)에서 고체 연료가 연소될 때 화염을 모아주는 원통 형상의 가이드(116)가 방사상의 브래킷을 통해 설치된다.

한편, 상기 외부 케이스(110) 중 상단(110a)은 개구되어 위에 보일러(열교환기)가 설치된다. 또한, 열교환기와 함께 설치되어 온풍기의 연소기로도 활용 가능하다.

내부 케이스(120)는 외부 케이스(110)의 수용 공간 내부에 구비되며, 외주면에 상기 외부 케이스(110)를 관통한 공기 주입구(122)와, 내부 상태를 육안으로 확인할 수 있도록 점검창(124)이 각각 구비된다. 이때, 상기 공기 주입구는 연료의 연소에 필요한 이론 공기량을 근거하여 개수와 면적이 결정된다.

한편, 상기 외부 케이스(110)와 상기 내부 케이스(120)는 도시된 원통 형상 이외에도 환경 및 목적 등에 따라 다른 형상으로 형성될 수 있다.

더욱이, 외부 케이스(110)의 내주면과 내부 케이스(120)의 외주면 사이에는 비산된 재가 배출되도록 재 배출 통로(110d)가 형성된다. 즉, 상기 재 배출 통로(110d)는 연소로(130)에서 고체 연료의 연소시 발생되는 재가 열기에 의해 외부 케이스(110)의 상단까지 비산된 후 상기 외부 케이스(110)의 가장자리 내면을 따라 낙하하면서 연소 부산물 수집부(170) 내로 수집되도록 하는 통로인 것이다.

연소로(130)는 내부 케이스(120)의 내부에 구비되어 투입된 고체 연료를 연소시킬 수 있도록 내부가 중공 형성된 직립 형태의 원통 형상으로 형성되며, 외주면에 방사상의 공기 유입공(132)이 상단에서 하단의 경사면까지 관통 형성된다. 여기서, 상기 연소로(130)는 상하면 중심에 홀이 형성되는데 특히, 하면에 형성된 홀은 화격자(130)에 구비된 편심돌기(132)의 편심량을 고려하여 상기 화격자(140)의 회전시 편심돌기(142)가 간섭하지 않는 내경을 갖도록 형성된다.

이때, 상기 연소로(130)는 길이가 내경보다 크게 형성되는 것이 바람직하다. 이는 상기 연소로(130)의 내경에 비하여 길이가 짧아지면 고체 연료가 미연소 상태로 배출되고, 상기 연소로(130)의 내경에 비하여 길이가 길면 분사된 화염의 길이가 짧아져서 열을 활용하기 어려움이 있기 때문이다.

한편, 상기 공기 유입공(132)은 연소로(130)의 접선에 대하여 설정 각도 방향으로 공기를 주입할 수 있도록 경사지게 형성된다. 즉, 상기 공기 유입공(132)은 내면과 내경 방향에 일정한 간격으로 형성되면서 와류 형성이 용이하도록 일정한 각도를 가지고 형성되는 것으로, 연소시 가연성 가스가 내경의 바깥방향으로 회전할 수 있도록 와류를 형성하게 하기 위함이다.

화격자(140)는 연소로(130)의 내부 하측에 구비되어 투입된 고체 연료의 연소가 이루어질 수 있도록 하면서 상단에 편심된 편심돌기(142)가 구비되고, 상기 편심돌기(142)의 저면에 연소로(130)의 하면에 형성된 홀의 직경보다 큰 플랜지부(144)가 형성되며, 상기 플랜지부(144)의 저면 중심에 축이 구비된다.

한편, 상기 편심돌기(142)는 그 형상이 원뿔 형태인 것으로 예시하였으나, 이에 한정하지 않고 원기둥 등의 형상으로 변경실시가 가능하다.

그리고 상기 화격자(140)의 축 하단과 중간단에 각각 베어링 등을 장착한 상태에서 외부 케이스(110)의 하단 내벽면에 브래킷 등을 통해 고정된다.

더욱이, 상기 화격자(140)는 회전시 상단에 형성된 편심돌기(142)가 회전되면서 연소로(130) 내부의 고체 연료나 재 그리고 클링커 등과 같은 연소 부산물을 휘젓게 되므로 재의 배출과 공기의 유입을 원활하게 할 수 있으면서, 클링커를 성장 전에 배출한다.

한편, 상기 화격자(140) 중 플랜지부(144)의 크기를 크게 형성하여 유입되는 공기 등으로 인해 연소되기 전에 고체 연료가 배출되지 않는다.

구동모듈(150)은 화격자(140)를 회전 구동시켜 편심 회전에 의해 연소 부산물의 배출과 공기의 유입을 원활하도록 하게 하며, 모터(152) 및 동력 전달부를 포함한다.

모터(152)는 화격자(140)에 동력을 감속시켜 제공하는 감속모터로, 외부 케이스(110)의 하단(110c) 상면에 고정된다. 이때, 상기 모터(152)는 일 예로 1시간에 1회전하도록 세팅되어 있다.

동력 전달부는 모터(152)의 구동력을 화격자(140)에 전달하는 기능을 하며, 상기 모터(152)의 구동축에 결합된 구동 풀리(pulley: 154), 상기 화격자(140)의 축에 결합된 종동 풀리(156), 상기 구동 풀리(154)와 상기 종동 풀리(156)를 상호 연결시켜 상기 구동 풀리(154)의 동력을 상기 종동 풀리(156)에 전달하는 벨트(belt: 158)로 구성된다.

이때, 상기 동력 전달부는 풀리 및 벨트 방식에 의해 동력을 전달하는 것으로 예시하였으나, 이에 한정하지 않고 스프로킷(Sprocket) 및 체인(chain) 방식 또는 기어 방식 등에 의해 다양한 방법으로 동력을 전달할 수 있다.

연료 공급모듈(160)은 외부 케이스(110)의 상단에 횡 방향으로 구비되어 펠렛 등과 같은 고체 연료를 공급하는 구성요소로, 하우징(162), 호퍼(164)와, 스크루(166) 및 구동모터(168)를 포함한다.

하우징(162)은 외부 케이스(110)의 상단에 횡 방향으로 연결된 원통 형상으로 형성된다. 그리고 상기 하우징(162)의 하부에는 고체 연료의 투입 방향을 안내하여 연소로(130) 내부로 투입하도록 투입 가이드(162a)가 경사지게 배치된다.

호퍼(164)는 하우징(162)의 후방에 설치되어 깔때기 모양의 출구를 개방하여 고체 연료를 하우징(162) 내부로 연속 공급한다.

스크루(166)는 하우징(162)의 내부에 배치되어 구동모터(168)의 회전시 연동되면서 고체 연료를 전방으로 이동시킨다.

구동모터(168)는 스크루(166)와 축 연결되어 상기 스크루(166)에 회전력을 제공한다.

연소 부산물 수집부(170)는 외부 케이스(110)의 하단(110c)에서 도어(114)에 의해 개폐되는 연소 부산물 수집 공간(112) 내에 연소로(130)의 하측 홀과 재 배출 통로(110d)를 통해 낙하하는 연소 부산물이 수집되도록 구비되며, 전면에 손잡이가 구비된다.

이때, 상기 도어(114)는 개스킷(gasket: 114a) 등에 의해 외부 케이스(110)의 하단(110c)에 형성된 연소 부산물 수집 공간(112)과 밀폐된다.

그러므로 본 발명에 의한 연소기(100)의 작동 과정은 다음과 같다.

우선, 연료 공급모듈(160)의 호퍼(164)에 펠렛 등의 고체 연료가 공급되면 구동모터(168)의 구동력에 의해 스크루(166)가 작동하면서 상기 고체 연료를 연소로(130) 내부로 유입시킨다.

다음으로, 유입된 고체 연료에 점화봉(도면에 미도시) 등을 통해 불을 붙여 연소되게 하며, 연료의 연소과정에서 발생하는 재 중 일부는 열기에 의해 외부 케이스(110)의 내부 상측으로 이동하게 된다.

다음으로, 외부 케이스(110)의 내부 상측으로 이동한 일부의 재는 화염 가이드(116)에 의해 화염의 열기를 막아주게 되므로 상기 외부 케이스(110)의 내벽면을 따라 하강하면서 외부 케이스(110)와 내부 케이스(120)의 사이에 형성된 재 배출 통로(110d)를 통해 하측의 연소 부산물 수집부(170)로 수집된다.

이때, 구동모듈(150)의 모터(152)가 작동하고 동력 전달부를 통해 화격자(140)가 회전되면서 상기 화격자(140)의 상단에 형성된 편심돌기(142)를 편심 회전시켜 고체 연료와 재(ash)를 휘젓는 과정에서 연소로(130)의 하단에 형성된 홀과 상기 편심돌기(142)와의 틈으로 재를 배출되게 하면서 공기가 유입될 수 있도록 하여 고체 연료의 연소를 용이하게 하고 연소시 발생되는 클링커를 성장 전에 배출할 수 있다.

다음으로, 고체 연료가 연소되면서 발생된 재와 연소 중에 고체 연료의 크기보다 작게 고착되어 형성된 클링커 등과 같은 연소 부산물이 연소 부산물 수집부(170)로 수집되며, 상기 연소 부산물을 외부 케이스(110)의 하단에 구비된 도어(114)를 개방시킨 후 외부로 배출시켜 처리한다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100: 연소기 110: 외부 케이스
110d: 재 배출 통로 120: 내부 케이스
122: 공기 주입구 130: 연소로
132: 공기 유입공 140: 화격자
142: 편심 돌기 150: 구동모듈
152: 모터 160: 연료 공급모듈
162: 하우징 164: 호퍼
166: 스크루 168: 구동모터
170: 연소 부산물 수집부

Claims

내부에 수용 공간이 형성되는 외부 케이스;
상기 외부 케이스의 수용 공간 내에 구비되며, 일측에 공기 주입구가 연통되는 내부 케이스;
상기 내부 케이스의 내부에 구비되어 투입된 연료를 연소시키는 연소로;
상기 연소로의 하측에 상단이 편심된 상태로 구비되어 회전시 상기 연료와 연소 부산물을 휘젓는 화격자; 및
상기 화격자를 회전 구동시키는 구동모듈을 포함하는 연소기.
제 1항에 있어서,
상기 외부 케이스와 상기 내부 케이스의 사이에 비산된 재가 배출되도록 재 배출 통로가 형성되는 연소기.
제 1항에 있어서,
상기 연소로는 직립 형태로 구비되며, 외주면에 방사상의 공기 유입공이 관통 형성되는 연소기.
제 1항에 있어서,
상기 화격자의 편심돌기는 원뿔 또는 원기둥 형상으로 형성되는 연소기.
제 1항에 있어서, 상기 구동모듈은,
상기 화격자에 동력을 제공하는 모터; 및
상기 모터의 구동력을 상기 화격자에 전달하는 동력 전달부를 포함하는 연소기.
제 1항에 있어서,
상기 연소로의 상측에 상기 연료를 공급하도록 연료 공급모듈이 구비되는 연소기.