WO2016129892A1 - 연소기 - Google Patents

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WO2016129892A1
WO2016129892A1 PCT/KR2016/001303 KR2016001303W WO2016129892A1 WO 2016129892 A1 WO2016129892 A1 WO 2016129892A1 KR 2016001303 W KR2016001303 W KR 2016001303W WO 2016129892 A1 WO2016129892 A1 WO 2016129892A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
combustion
fuel
grate
outer case
combustor
Prior art date
Application number
PCT/KR2016/001303
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
권혁만
Original Assignee
세너지 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23B—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
    • F23B30/00—Combustion apparatus with driven means for agitating the burning fuel; Combustion apparatus with driven means for advancing the burning fuel through the combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23B—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
    • F23B1/00—Combustion apparatus using only lump fuel
    • F23B1/16—Combustion apparatus using only lump fuel the combustion apparatus being modified according to the form of grate or other fuel support
    • F23B1/24—Combustion apparatus using only lump fuel the combustion apparatus being modified according to the form of grate or other fuel support using rotating grate
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23B—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
    • F23B40/00—Combustion apparatus with driven means for feeding fuel into the combustion chamber
    • F23B40/02—Combustion apparatus with driven means for feeding fuel into the combustion chamber the fuel being fed by scattering over the fuel-supporting surface
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23B—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
    • F23B2101/00—Adaptation of combustion apparatus to boilers in which the combustion chamber is situated inside the boiler vessel, e.g. surrounded by cooled surfaces

Definitions

  • the present invention relates to a combustor, and more particularly, to a vertical combustor applied to a small boiler and the like, which facilitates the discharge of combustion products and inflow of air in the process of combusting a fuel, which is a heat source, and is generated by impurities of a solid fuel. It relates to a solid combustor that minimizes the residual of clinkers.
  • boilers have a variety of structures and characteristics from industrial to domestic use.
  • boilers heat water or air by using heat of combustion of fuel such as oil or gas such as kerosene and gasoline.
  • solid fuels such as briquettes and coal are used, but solid fuels such as coal are not only limited in stores, and gases generated by burning the solid fuels are not only harmful to the human body but also cause global warming problems.
  • pellet fuel to be used is increasing.
  • the pellet fuel is made of wood as a material and pulverized into fine sawdust close to powder, mixed, extruded, cut and dried, and then used as fuel in a boiler or a stove.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a vertical combustor in Korean Patent No. 1160053 (hereinafter referred to as 'prior art 1').
  • the vertical combustor of the prior art 1 has a hollow interior, a base 200 having a perforated plate 210 formed therethrough with a plurality of perforations 211 thereon, and one side of the base 200.
  • a burner 220 installed at the base 200 and supplying a flame to the inside of the base 200, and installed at the other side of the base 200, and introducing external air into the base 200 to burn the burner 220.
  • Blower 230 for raising the flame supplied from the above through the perforated plate 210 and the base 200, the lower end is coupled to the perforated plate 210 so that the inside is in communication with the inside of the base 200
  • a first combustion chamber 300 which is primarily combusted by a rising flame of the solid fuel introduced therein, and a lower end of the first combustion chamber 300 to communicate with an interior of the first combustion chamber 300.
  • the second combustion chamber 400 secondaryly burned by the rising flame of the fuel, the flame discharge pipe 500 coupled to communicate with the upper end of the second combustion chamber 400, and the rising flame is discharged
  • the second combustion chamber A fuel injection pipe 420 for injecting the solid fuel into the second combustion chamber 400 through one side of the 400, the second combustion chamber 400, the cylindrical shape, the upper end in the center And an enlarged diameter portion 410 extending from a diameter of a lower end, and the fuel injection pipe 420 injects external air together with the solid fuel into the second combustion chamber 400 and injects the external air.
  • the air is installed in a tangential direction on one side of the enlarged portion 410 of the second combustion chamber 400 so that air rotates along the inner peripheral surface of the enlarged diameter portion 410 of the second combustion chamber 400.
  • the vertical combustor according to the prior art 1 is combusted by a flame passing through a plurality of perforations 211 formed in the perforated plate 210 in the solid fuel supplied to the first combustion chamber 300, the perforated plate 210 in the combustion process
  • the combustion by-products increase in size over time, and thus there is a problem of removing the combustor after stopping the operation of the combustor.
  • the combustion apparatus of the related art 2 accommodates fuel supplied from a fuel supply chamber 80 installed at an upper portion thereof, and includes a fuel loading chamber 70 for generating a primary combustion gas by evaporating the fuel. Fuel installed in one side of the chamber 70 and installed between the primary combustion gas suction chamber 40, through which the primary combustion gas moves, the fuel loading chamber 70, and the primary combustion gas suction chamber 40.
  • the air amplifier 53 is connected to a high-pressure air supply pipe 83 for controlling the combustion rate by controlling the amount of air supplied, and the primary combustion gas inlet 51 to the primary combustion gas suction chamber 40 ) By sucking the first combustion gas and then by the external air supplied from the external air supply unit 10.
  • the fuel is evaporated to secondary combustion in the combustion nozzle (52).
  • the combustion apparatus according to the related art 2 has a clinker generated by impurities such as minerals contained in the fuel remaining on the fuel support 60 during the combustion of the fuel supported by the fuel support 60. If the clinker is not removed on a regular basis, there is a need for a solution because the size of combustion by-products increases.
  • the present invention has been made to solve the above problems, while smoothing the discharge of ash and inflow of air in the process of whipping the fuel and ash by the eccentric rotating grate while increasing the discharge and combustion rate of ash
  • the aim is to produce clinkers and release them before they grow.
  • the outer case is formed with a receiving space therein; An inner case provided in the accommodation space of the outer case and having an air inlet connected to one side thereof; A ash discharge passage configured to discharge ash scattered between the outer case and the inner case; A combustion furnace provided in the inner case to combust the injected fuel; A flame guide provided inside the upper end of the outer case to collect the flame when the solid fuel is combusted in the combustion furnace; A grate provided with an eccentric upper end on the lower side of the combustion furnace to stir the fuel and combustion byproducts during rotation; And a driving module for rotating the grate, wherein the ash moved upwardly of the outer case prevents the heat of the flame by the flame guide and descends along the outer case to the combustion by-product collecting part through the ash discharge passage. It may include the configuration to be collected.
  • the combustion furnace is provided in an upright form, the radial air inlet hole may be formed through the outer peripheral surface.
  • the eccentric protrusion of the grate may be formed in a cone or cylinder shape.
  • the drive module the motor for providing power to the grate; And it may include a power transmission unit for transmitting the driving force of the motor to the grate.
  • the lower inner circumferential surface of the combustion furnace may be provided with a fuel discharge prevention port to prevent the fuel from being discharged into a gap between the grate and the inner circumferential surface of the combustion furnace.
  • a fuel supply module may be provided to supply the fuel to the upper side of the combustion furnace.
  • the eccentrically rotated grate stirs the solid fuel and ash such as wood pellets (ash) to facilitate the discharge of ash and inflow of air, thereby increasing the emission and combustion rate of combustion by-products, As the impurities in the fuel are fixed during combustion, there is an effect to minimize the clinker phenomenon that hardens.
  • ash wood pellets
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a vertical burner according to the prior art 1.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a combustion apparatus according to the prior art 2. As shown in FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a combustor according to the present invention.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view showing a combustor according to the present invention.
  • FIG. 5 is a plan view showing a combustor according to the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 5.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 5.
  • Figure 3 is a perspective view showing a combustor according to the present invention
  • Figure 4 is an exploded perspective view showing a combustor according to the present invention
  • Figure 5 is the present invention 6 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 5
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG. 5.
  • Combustor 100 is a vertical combustor, the outer case 110, the inner case 120, the combustion furnace 130, grate 140, the drive module 150, the fuel supply module 160 and Combustion byproduct collection unit 170 is included.
  • the raw material supplied to the combustor 100 is exemplified as a solid fuel such as wood pellet (wood pellet) is used.
  • the outer case 110 has an accommodating space therein, the upper end 110a of the accommodating space is provided with a fuel supply module 160, the intermediate stage (110b) the combustion furnace 130 and the drive module 150 It is provided, the bottom 110c is provided with the combustion by-product collection unit 170.
  • the outer case 110 has a middle end (110b) formed in a cylindrical shape, a cylindrical upper end (110a) formed with a diameter larger than the diameter of the intermediate end and the lower end of a cylindrical or rectangular parallelepiped (step shape) 110c).
  • a cylindrical guide 116 for collecting the flame when the solid fuel is burned in the combustion furnace 130 is installed through the radial bracket.
  • the upper end (110a) of the outer case 110 is opened and a boiler (heat exchanger) is installed above.
  • a heat exchanger can be utilized as a combustor of a hot air fan.
  • the inner case 120 is provided inside the accommodation space of the outer case 110, the air inlet 122 penetrating the outer case 110 on the outer circumferential surface thereof, and the inspection window 124 to visually check the internal state. These are each provided. At this time, the number and area of the air inlet is determined based on the theoretical amount of air required for combustion of the fuel.
  • the outer case 110 and the inner case 120 may be formed in a different shape according to the environment and purpose, in addition to the cylindrical shape shown.
  • the ash discharge passage 110d is formed between the inner circumferential surface of the outer case 110 and the outer circumferential surface of the inner case 120 so that the ashes scattered are discharged. That is, the ash discharge passage 110d is scattered to the upper end of the outer case 110 by ash reheating generated by combustion of solid fuel in the combustion furnace 130 and then falls along the inner surface of the edge of the outer case 110. While it is a passage to be collected into the combustion by-product collection unit 170.
  • Combustion furnace 130 is provided in the inner case 120 is formed in a cylindrical shape of an upright form with a hollow inside to burn the injected solid fuel, the radial air inlet hole 132 on the outer peripheral surface at the top It is formed through the slope of the bottom.
  • the combustion furnace 130 has a hole is formed in the center of the upper and lower surfaces, in particular, the hole formed on the lower surface in consideration of the eccentric amount of the eccentric protrusion 132 provided on the grate 130, the eccentric projection during the rotation of the grate 140 142 is formed to have an inner diameter that does not interfere.
  • the combustion furnace 130 is preferably formed to have a length larger than the inner diameter. If the length is shorter than the inner diameter of the combustion furnace 130, the solid fuel is discharged in an unburned state, and if the length is longer than the inner diameter of the combustion furnace 130, the length of the injected flame is shortened to utilize heat. Because of difficulty.
  • the air inlet hole 132 is formed to be inclined to inject air in a set angle direction with respect to the tangent of the combustion furnace 130. That is, the air inlet hole 132 is formed at a predetermined interval to facilitate the formation of the vortex while being formed at regular intervals on the inner surface and the inner diameter direction, forming a vortex so that the combustible gas can rotate in the outer direction of the inner diameter during combustion To make it work.
  • the grate 140 has an eccentric protrusion 142 eccentrically provided at an upper end thereof while allowing the combustion of the solid fuel injected into the lower portion of the combustion furnace 130 to be performed, and a combustion furnace at the bottom of the eccentric protrusion 142.
  • the flange portion 144 is formed larger than the diameter of the hole formed on the lower surface of the 130, the shaft is provided at the center of the bottom surface of the flange portion 144.
  • the eccentric protrusion 142 is illustrated as having a conical shape, but is not limited to this can be changed to the shape of a cylinder or the like.
  • the bearing is mounted at the lower end and the middle end of the grate 140, respectively, and is fixed to the lower inner wall of the outer case 110 through a bracket or the like.
  • the grate 140 rotates the eccentric protrusion (142) formed at the top during rotation to whip the combustion by-products, such as solid fuel or ash and clinker inside the combustion furnace 130, so that the discharge of ash and inflow of air smoothly Allow the clinker to drain before growing.
  • the size of the flange portion 144 of the grate 140 to form a larger size of the solid fuel is not discharged before being burned due to the air introduced.
  • the driving module 150 rotates the grate 140 to smoothly discharge the combustion by-product and inflow of air by eccentric rotation, and includes a motor 152 and a power transmission unit.
  • the motor 152 is a deceleration motor for reducing power to the grate 140 and is fixed to an upper surface of the lower end 110c of the outer case 110. At this time, for example, the motor 152 is set to rotate once per hour.
  • the power transmission unit functions to transmit the driving force of the motor 152 to the grate 140, a drive pulley 154 coupled to the drive shaft of the motor 152, the driven coupled to the shaft of the grate 140
  • a pulley 156, the drive pulley 154 and the driven pulley 156 are interconnected to each other and a belt 158 for transmitting the power of the drive pulley 154 to the driven pulley 156.
  • the power transmission unit is illustrated to transfer power by the pulley and the belt method, but is not limited to this may be transferred to the power in a variety of ways, such as a sprocket and chain (chain) or gear method.
  • the fuel supply module 160 is a component for supplying a solid fuel, such as pellets, to the transverse direction at the top of the outer case 110, the housing 162, the hopper 164, the screw 166 and the drive motor. 168.
  • the housing 162 is formed in a cylindrical shape connected to the upper end of the outer case 110 in the transverse direction. In the lower portion of the housing 162, the injection guide 162a is inclined to guide the injection direction of the solid fuel into the combustion furnace 130.
  • the hopper 164 is installed at the rear of the housing 162 to open the funnel-shaped outlet to continuously supply solid fuel into the housing 162.
  • the screw 166 is disposed inside the housing 162 to move the solid fuel forward while interlocking when the driving motor 168 rotates.
  • the drive motor 168 is axially connected to the screw 166 to provide rotational force to the screw 166.
  • the combustion by-product collecting unit 170 is a lower hole of the combustion furnace 130 and the ash discharge passage 110d in the combustion by-product collecting space 112 that is opened and closed by the door 114 at the bottom 110c of the outer case 110. It is provided to collect the combustion by-products falling through the, is provided with a handle on the front.
  • the door 114 is sealed with the combustion by-product collection space 112 formed at the lower end 110c of the outer case 110 by a gasket (114 g).
  • the operation process of the combustor 100 according to the present invention is as follows.
  • the solid fuel flows into the fuel through an ignition rod (not shown in the drawing) and the like to be combusted, and some of the ash generated in the combustion process of the fuel moves to the inside of the outer case 110 by heat. Done.
  • the motor 152 of the drive module 150 is operated and the grate 140 is rotated through the power transmission unit to eccentrically rotate the eccentric protrusion 142 formed on the top of the grate 140 to solid fuel and ash (ash).
  • the stirring process to facilitate the combustion of the solid fuel by allowing the air to flow while the ash is discharged into the gap between the hole formed in the lower end of the combustion furnace 130 and the eccentric protrusion 142 to facilitate the combustion of the clinker Can be discharged before growth.
  • combustion by-products such as a clinker, which is formed while the solid fuel is burned and fixed to smaller than the size of the solid fuel during combustion, are collected by the combustion by-product collecting unit 170, and the combustion by-products of the outer case 110 are collected.
  • the door 114 provided at the bottom is opened and then discharged to the outside for processing.

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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
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.
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, 본 발명은, 내부에 수용 공간이 형성되는 외부 케이스; 상기 외부 케이스의 수용 공간 내에 구비되며, 일측에 공기 주입구가 연통되는 내부 케이스; 상기 외부 케이스와 상기 내부 케이스의 사이에 비산된 재가 배출되도록 형성된 재 배출 통로; 상기 내부 케이스의 내부에 구비되어 투입된 연료를 연소시키는 연소로; 상기 외부 케이스의 상단 내부에 구비되어 상기 연소로에서 고체 연료가 연소될 때 화염을 모아주는 화염 가이드; 상기 연소로의 하측에 상단이 편심된 상태로 구비되어 회전시 상기 연료와 연소 부산물을 휘젓는 화격자; 및 상기 화격자를 회전 구동시키는 구동모듈을 포함하며, 상기 외부 케이스의 상측으로 이동한 재는 상기 화염 가이드에 의해 화염의 열기를 막아주어 상기 외부 케이스를 따라 하강하면서 상기 재 배출 통로를 통해 연소 부산물 수집부로 수집되는 구성을 포함할 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.

Claims (5)

  1. 내부에 수용 공간이 형성되는 외부 케이스;
    상기 외부 케이스의 수용 공간 내에 구비되며, 일측에 공기 주입구가 연통되는 내부 케이스;
    상기 외부 케이스와 상기 내부 케이스의 사이에 비산된 재가 배출되도록 형성된 재 배출 통로;
    상기 내부 케이스의 내부에 구비되어 투입된 연료를 연소시키는 연소로;
    상기 외부 케이스의 상단 내부에 구비되어 상기 연소로에서 고체 연료가 연소될 때 화염을 모아주는 화염 가이드;
    상기 연소로의 하측에 상단이 편심된 상태로 구비되어 회전시 상기 연료와 연소 부산물을 휘젓는 화격자; 및
    상기 화격자를 회전 구동시키는 구동모듈을 포함하며,
    상기 외부 케이스의 상측으로 이동한 재는 상기 화염 가이드에 의해 화염의 열기를 막아주어 상기 외부 케이스를 따라 하강하면서 상기 재 배출 통로를 통해 연소 부산물 수집부로 수집되는 연소기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 연소로는 직립 형태로 구비되며, 외주면에 방사상의 공기 유입공이 관통 형성되는 연소기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 화격자의 편심돌기는 원뿔 또는 원기둥 형상으로 형성되는 연소기.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 구동모듈은,
    상기 화격자에 동력을 제공하는 모터; 및
    상기 모터의 구동력을 상기 화격자에 전달하는 동력 전달부를 포함하는 연소기.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 연소로의 상측에 상기 연료를 공급하도록 연료 공급모듈이 구비되는 연소기.
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