KR20190047193A - 고체 연료 연소장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보일러, 고체 연료 연소장치 등에 사용되는 연소장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 음식물 쓰레기를 건조 가공하여 제조한 펠릿이나 목재 칩과 같은 고체 연료를 연료로 사용하는 연소장치에 관한 것이다. 본 발명은 단열케이스와, 상기 단열케이스 내부에 설치되는 연소실과, 상기 단열케이스 일 측에 설치되고, 고체 연료를 지지하는 화격자를 구비하며, 고체 연료를 공기와 섞어 연소시키며, 고체 연료가 연소되면서 발생한 화염을 상기 연소실 내부로 방사하는 버너와, 상기 화격자의 상부의 적어도 일부를 덮도록, 상기 단열케이스의 버너가 설치된 일 측의 반대 측 측벽에서 상기 일 측의 측벽을 향해서 연장된 반전 벽을 포함하는 고체 연료 연소장치를 제공한다. 본 발명에 따른 고체 연료 연소장치는 버너에서 방사되는 화염의 경로를 가로막는 반전 벽을 통해서, 화염을 고체 연료를 지지하는 화격자 방향으로 반전시킴으로써, 함수율이 높은 고체 연료도 완전 연소시킬 수 있다는 장점이 있다.

Description

고체 연료 연소장치{Combustion apparatus for solid fuel}

본 발명은 보일러, 고체 연료 연소장치 등에 사용되는 연소장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 음식물 쓰레기를 건조 가공하여 제조한 펠릿이나 목재 칩과 같은 고체 연료를 연료로 사용하는 연소장치에 관한 것이다.

기름, 가스, 전기, 숯, 장작, 석탄, 펠릿 등의 다양한 연료를 사용하는 고체 연료 연소장치, 보일러 등이 사용되고 있다. 이 중에서 기름, 가스, 전기 등을 사용하는 고체 연료 연소장치, 보일러 등은 사용이 편리하다는 장점이 있으나, 유지비용이 비싸다는 문제가 있다.

숯, 장작, 석탄, 펠릿 등의 고체 연료는 액체, 기체 연료보다 발화점이 낮은데도 불이 쉽게 붙지 않는 문제점이 있으나 발화시 항상 발화점 이상으로 유지되는 장점이 있다. 이러한 고체 연료의 장점을 이용한 고체 연료 연소장치는 등록특허 제10-0873034호, 제10-0917787호 등에 개시된 바와 같이, 고체 연료를 연소하기 위한 버너와 연소실, 버너에서 발생한 열을 외기와 열교환 하기 위한 파이프 등의 열교환수단, 외기를 공급하기 위한 송풍기, 배기가스 처리장치, 고체 연료 연소 후 남은 재를 처리하기 위한 재 처리장치 등을 구비한다. 그리고 버너는 고체 연료에 불을 붙이기 위한 수단으로 전열히터, 가스히터 등을 구비한다.

그런데 수분을 많이 포함하고 있는 고체 연료, 예를 들어, 음식물 쓰레기를 건조 및 가공하여 제조한 펠릿과 같은 고체 연료를 사용하는 경우에는 이와 같은 종래의 고체 연료 연소장치의 고체 연료 연소장치로는 고체 연료의 완전 연소를 유지하기 어렵다는 문제가 있었다. 음식물 쓰레기 펠릿은 함수율이 15% 정도인 저급 연료로서 완전 연소를 유지하기 어렵다.

등록특허 제10-0873034호 등록특허 제10-0917787호 등록특허 제10-1772907호

본 발명은 상술한 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 함수율이 높은 저급 고체 연료의 완전 연소를 유지할 수 있는 고체 연료 연소장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 단열케이스와, 상기 단열케이스 내부에 설치되는 연소실과, 상기 단열케이스 일 측에 설치되고, 고체 연료를 지지하는 화격자를 구비하며, 고체 연료를 공기와 섞어 연소시키며, 고체 연료가 연소되면서 발생한 화염을 상기 연소실 내부로 방사하는 버너와, 상기 화격자의 상부의 적어도 일부를 덮도록, 상기 단열케이스의 버너가 설치된 일 측의 반대 측 측벽에서 상기 일 측의 측벽을 향해서 연장된 반전 벽을 포함하는 고체 연료 연소장치를 제공한다.

또한, 상기 반전 벽과 상기 단열케이스의 측벽은 유체가 채워져 있는 중공의 벽이며, 서로 연통되어 있는 고체 연료 연소장치를 제공한다.

또한, 상기 연소실의 측면을 통해서 화격자의 아래쪽으로 공기를 공급하는 제1공기공급장치와, 상기 연소실의 측면을 통해서 화격자 위쪽으로 공기를 공급하는 제2공기공급장치를 포함하는 고체 연료 연소장치를 제공한다.

또한, 상기 제2공기공급장치는 공기에 수증기를 공급하도록 구성된 웨터(wetter)를 더 포함하며, 공기는 웨터를 통과한 후에 상기 연소실로 유입되는 고체 연료 연소장치를 제공한다.

본 발명에 따른 고체 연료 연소장치는 버너에서 방사되는 화염의 경로를 가로막는 반전 벽을 통해서, 화염을 고체 연료를 지지하는 화격자 방향으로 반전시킴으로써, 함수율이 높은 고체 연료도 완전 연소시킬 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고체 연료 연소장치의 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 버너의 개략도이다.
도 3은 도 1에 도시된 고체 연료 연소장치의 개략적인 단면도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고체 연료 연소장치의 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 고체 연료 연소장치(100)는 단열케이스(20)와, 단열케이스(20) 내부에 설치되는 연소실(40)과, 단열케이스(20) 내부에 설치되며 연소실(40)과 연통된 연관(50)과, 단열케이스(20) 일 측에 설치되어 고체 연료를 공기와 섞어 연소시키며, 연료가 연소되면서 발생한 화염을 연소실(40) 내부로 방사하는 버너(60)와, 상기 단열케이스(20)의 버너(60)가 설치된 일 측의 반대 측 측벽에서 일 측의 측벽을 향해서 연장된 반전 벽(30)과, 연관 청소장치(80)를 포함한다.

단열케이스(20)는 연소실(40), 연관(50) 등이 설치되는 내부공간을 제공하는 역할과, 열교환이 일어나는 공간을 제공하는 역할을 한다.

본 실시예와 같이, 보일러용 고체 연료 연소장치로 사용되는 경우에는 단열케이스(20)의 측벽들은 중공의 벽으로 이루어지며, 그 내부공간은 물이 순환하는 수실로서의 역할을 할 수 있다.

또한, 열풍기용 고체 연료 연소장치로 사용되는 경우에는 단열케이스(20)에 송풍기와 열풍 토출구가 형성될 수 있다. 이때, 송풍기를 통해서 단열케이스(20)로 유입된 외기는 연관(50)과의 열교환 및 연소실(40)과의 열교환을 통해서 가열된 후 단열케이스(20)에 형성된 열풍 토출구를 통해서 배출될 수 있다.

연소실(40)은 단열케이스(20)의 하부에 배치된다. 연소실(40)은 대체로 직육면체 형태이다. 연소실(40)에서는 고체 연료가 연소한다. 고체 연료로는 음식물쓰레기를 건조 가공하여 제조한 펠릿이나 목재 칩과 같은 목재 바이오 매스 연료가 사용될 수 있다. 연소실(40)의 상면 일 측에는 고체 연료의 연소에 따른 고온의 가스가 모이는 제1연실(55)이 결합되어 있다. 도시된 바와 같이, 제1연실(55)은 버너(60)가 설치된 연소실(40) 우측의 상면에 설치되는 것이 바람직하다. 고온의 가스가 이동하는 경로가 길어져서 열효율이 향상되기 때문이다.

연관(50)은 단열케이스(20)의 상부에 배치된다. 연관(50)은 연소실(40)에서 배출되는 고온의 가스가 통과하는 통로이다. 본 실시예에서는 연관(50)이 2열로 배치되며, 각 열에는 복수의 연관(50)이 일정한 간격으로 지그재그로 배치된다(도 3 참조).

본 실시예에 있어서, 아래 열의 연관인 제1연관(51)들은 제1연실(55)로부터 수평으로 연장된다. 그리고 제1연관(51)들의 타단은 단열케이스(20)의 좌측 내벽에결합된 제2연실(56)과 연통된다. 제1연관(51)들을 통과한 배기가스는 제2연실(56)에 유입된다. 그리고 제2연실(56)에 유입된 배기가스는 윗 열의 연관인 제2연관(52)들을 통해서 단열케이스(20)의 우측에 설치된 제3연실(57)로 이동한다.

버너(60)는 단열케이스(20)의 측면에 설치된다. 버너(60)는 고체 연료를 공기와 섞어 연소시키는 장치이다. 연료가 연소함으로써 발생하는 화염은 연소실(40) 내부로 방사된다. 버너(60)는 고체 연료 연소장치(100)의 열원으로서 작용한다.

도 2는 도 1에 도시된 버너의 개략도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 버너(60)는 고체 연료를 지지하는 화격자(61)와, 화격자(61) 위에 고체 연료를 공급하는 연료 공급관(62)과, 개방된 일단이 고체 연료를 향하도록 배치되는 착화용 화염 안내관(63)과, 착화용 화염 안내관(63) 내부에 설치되어 고체 연료 방향으로 착화용 연료를 방사하는 노즐(64)과, 노즐(64)에서 분사된 착화용 연료를 점화하는 점화플러그(65)와, 착화용 화염 안내관(63) 내부 노즐(64)의 하류 측에 설치되는 확산판(65)을 포함한다. 버너(60)의 화격자(61), 착화용 화염 안내관(63)의 끝단, 연료 공급관(62)의 끝단 등의 구성은 연소실(40)의 내부에 배치된다.

화격자(61)는 공기가 통과할 수 있으며, 고체 연료가 연소되면서 생긴 재가 빠질 수 있는 복수의 통기공이 형성되어 있는 복수의 조각으로 이루어진다. 본 실시예에서 화격자는 계단식 화격자이며, 또한, 일부 화격자가 좌우로 이동하면서 재를 떨어뜨리는 이동식 화격자이다.

연료 공급관(62)은 화격자(61)에 고체 연료를 공급하는 역할을 한다. 연료 공급관(62)에는 연료 공급구(69)가 형성된다. 연료 공급구(69)는 연료가 저장되는 사일로와 연결될 수 있다. 연료 공급관(62)의 출구는 화격자(61) 위에 배치된다. 연료 공급관(62)에는 연료 이송스크루(70)가 설치된다. 연료 공급관(62)의 연료 공급구(69)를 통해서 유입된 고체 연료는 연료 이송스크루(70)에 의해서 출구로 이송된 후 화격자(61) 위에 떨어진다. 연료 공급관(62)의 출구 반대쪽 일단에는 역화 방지 송풍기가 설치될 수 있다.

착화용 화염 안내관(63)은 착화용 연료의 연소에 필요한 공기를 공급하고, 발생한 화염을 고체 연료 쪽으로 안내하는 역할을 한다. 착화용 화염 안내관(63)의 입구 쪽에는 공기 공급을 위한 압입 송풍기(미도시)가 설치된다.

노즐(64)은 착화용 화염 안내관(63)의 내부에 설치된다. 노즐(64)은 기름이나 가스와 같은 분사형 연료를 분사하는 역할을 한다. 분사되는 착화용 연료가 기름과 같은 액체일 경우에는 펌프와 필터 등의 장치가 설치된다. 가스일 경우에는 차단밸브 등의 장치가 설치될 수 있다.

점화플러그(65)는 착화용 연료를 점화하는 역할을 한다. 점화플러그(65)는 착화용 화염 안내관(63) 내부에 노즐(64)의 끝단 바로 앞에 설치될 수 있다. 착화용 연료의 점화에 의해서 발생한 화염은 화격자(61) 위에 배치된 주연료인 고체 연료를 점화하는데 사용된다.

확산판(66)은 착화용 화염 안내관(63)의 내부 노즐(64)의 하류 측에 설치된다. 본 발명에서 상류 측과 하류 측은 공기가 흐르는 방향을 기준으로 한다. 확산판(66)은 착화용 연료가 완전 연소할 수 있도록 착화용 연료와 공기가 혼합되도록 하는 역할을 한다.

도 3은 도 1에 도시된 고체 연료 연소장치의 개략적인 단면도이다. 도 3에서는 버너(60)와 연관(50) 등 도 1에 도시되어 있는 일부 구성이 생략되어 있다.

도 1과 3을 참고하면, 반전 벽(30)은 단열케이스(20)의 우측 측벽에서 좌측 측벽을 향해서 연장되어, 화격자(61)의 상부의 적어도 일부를 덮는다. 반전 벽(30)은 중공의 아치형이다. 반전 벽(30)의 내부공간에는 물이 채워진다. 반전 벽(30)의 내부공간은 단역케이스(20)의 측벽의 내부공간과 연통된다.

반전 벽(30)은 버너에서 우측으로 방사된 화염이 지나갈 수 있는 경로를 차단하여, 화격자(61) 쪽으로 반전되도록 하는 역할을 한다. 반전된 화염은 화격자(61) 위에 놓인 고체 연료를 다시 연소시켜서, 함수율이 높은 고체 연료를 완전히 연소시킨다.

계속, 도 1과 3을 참고하여, 제1공기공급장치(90)와 제2공기공급장치(95)에 대해서 설명한다.

제1공기공급장치(90)는 연소실(40)의 측면을 통해서 화격자(61)의 아래쪽으로 공기를 공급하는 역할을 한다. 제1공기공급장치(90)는 연소실의 하부 측면의 제1공기공급구(25)와 연결된 제1공기공급관(91)을 포함한다. 제1공기공급관(91)은 인입송풍기(92)를 통해서 유입되는 공기를 제1공기공급구(25)에 전달한다.

제2공기공급장치(95)는 연소실(40)의 측면을 통해서 화격자(61) 위쪽으로 공기를 공급하는 역할을 한다. 제2공기공급장치(95)는 연소실(40)의 상부 측면의 다수의 제2공기공급구(26)들과 연통된 공기통(96)과 이 공기통(96)과 연결된 제2공기공급관(97)을 포함한다. 제2공기공급관(97)은 인입송풍기(98)를 통해서 유입되는 공기를 공기통(96)에 전달한다. 공기통(96)에 전달된 공기는 제2공기공급구(26)를 통해서 연소실(40) 내부로 공급된다.

또한, 제2공기공급관(97)에는 웨터(wetter, 99)가 설치될 수 있다. 웨터(99)는 제2공기공급장치(95)를 통해서 공급되는 공기에 수증기를 공급하는 역할을 한다. 웨터(99)는 물을 일정한 온도로 유지시키는 항온조이다. 웨터(99)로 공급된 공기가 물을 통과한 후에 배출되도록 구성된다. 예를 들어, 웨터(99)는 웨터(99)의 하부에 형성된 입구를 통해서 공급된 공기가 거품을 일으키며 물을 통과한 후 웨터(99)의 상부에 형성된 출구를 통해서 배출되도록 구성될 수 있다. 이때, 웨터(99)에 저장된 물의 온도가 높을수록 웨터(99)를 통과한 공기의 수증기량이 증가한다. 공기에 포함된 수증기는 그을음이나 재의 연소를 촉진할 수 있다는 장점이 있다.

웨터(99)를 통과한 공기가 통과하는 웨터(99)의 하류 측 제2공기공급관(97)은 적어도 웨터(99)에 저장된 물의 온도에 비해서 높게 유지되어야 한다. 제2공기공급관(97) 내에서 수증기가 응축되어 공기 내의 수증기 함량이 줄어드는 것을 방지하기 위함이다. 따라서 필요한 경우에는 제2공기공급관(97)에 히터를 설치하여 제2공기공급관(97)의 온도를 수증기를 포함한 공기의 이슬점 이상의 온도로 유지할 수 있다.

연관 청소장치(80)는 횡으로 배치된 연관(50)에 쌓이는 분진을 압축 공기를 이용하여 자동으로 제거하는 역할을 한다.

또한, 고체 연료 연소장치는 배기구(85)를 더 포함한다. 배기구(85)는 제3연실(57)과 연결되어, 가스를 외부로 배출시킨다. 배기구(85)에는 분진 및 재를 제거하기 위한 집진기와 제거된 분진 및 재를 모으는 포집통 등이 연결될 수 있다.

이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: 고체 연료 연소장치
20: 단열케이스 30: 반전 벽
40: 연소실 41: 방열판
50: 연관 51: 제1연관
52: 제2연관 55: 제1연실
56: 제2연실 57: 제3연실
60: 버너 61: 화격자
62: 연료 공급관 63: 착화용 화염 안내관
64: 노즐 65: 점화플러그
66: 확산판 67: 실린더
68: 화염가이드 69: 연료 공급구
70: 연료 이송스크루 73: 공기 투입 파이프
80: 연관 청소장치 85: 배기구
90: 제1공기공급장치 95: 제2공기공급장치

Claims (4)

1. 단열케이스와,
   상기 단열케이스 내부에 설치되는 연소실과,
   상기 단열케이스 일 측에 설치되고, 고체 연료를 지지하는 화격자를 구비하며, 고체 연료를 공기와 섞어 연소시키며, 고체 연료가 연소되면서 발생한 화염을 상기 연소실 내부로 방사하는 버너와,
   상기 화격자의 상부의 적어도 일부를 덮도록, 상기 단열케이스의 버너가 설치된 일 측의 반대 측 측벽에서 상기 일 측의 측벽을 향해서 연장된 반전 벽을 포함하는 고체 연료 연소장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 반전 벽과 상기 단열케이스의 측벽은 유체가 채워져 있는 중공의 벽이며, 서로 연통되어 있는 고체 연료 연소장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 연소실의 측면을 통해서 화격자의 아래쪽으로 공기를 공급하는 제1공기공급장치와,
   상기 연소실의 측면을 통해서 화격자 위쪽으로 공기를 공급하는 제2공기공급장치를 포함하는 고체 연료 연소장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제2공기공급장치는 공기에 수증기를 공급하도록 구성된 웨터(wetter)를 더 포함하며, 공기는 웨터를 통과한 후에 상기 연소실로 유입되는 고체 연료 연소장치.

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