KR101809896B1

KR101809896B1 - 고체연료용 보일러

Info

Publication number: KR101809896B1
Application number: KR1020160054172A
Authority: KR
Inventors: 문상원
Original assignee: 문상원
Priority date: 2016-05-02
Filing date: 2016-05-02
Publication date: 2017-12-20
Also published as: KR20170124366A

Abstract

본 발명은 고체연료용 보일러에 관한 것으로, 본 발명은 물을 저장하여 가열 순환시킬 수 있는 외통케이스(101) 및 내통케이스(102)로 이루어진 보일러몸체부(110)와, 상기 내통케이스(102)와 연통되는 연소실(122)내에서 고체연료(140)를 연소시키는 로스톨(121)을 갖춘 고체연료연소부(120)를 포함하고, 상기 내통케이스(102)에는 삼각의 부메랑 형태로 상부삼각변(103a)에 폐쇄 연결된 하부삼각변(103b) 사이에 물이 유입될 수 있는 통로가 형성된 하나의 열교환관부(103)가 상하로 일정 간격을 두고 내통케이스(102)의 내부 면적에 맞춰 구비된 고체연료용 보일러를 제공함으로써, 내통케이스(102) 및 외통케이스(101)에 저장된 물을 가열하는 과정에서 열 접촉면적 및 열 접촉시간을 증대시켜 보일러의 열효율을 크게 개선할 수 있도록 한 것이다.

Description

고체연료용 보일러{Solidfuel of boiler}

본 발명은 고체연료용 보일러에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 물을 저장하여 가열 순환시키는 수조 및 수관 역할을 하면서 보일러의 연소실에 연통되게 보일러몸체부를 형성하는 내통케이스 및 외통케이스의 형상 구조를 변경 개선함으로써, 보일러의 연소실에서 발생하는 연소열에 의해 내통케이스 및 외통케이스에 저장된 물을 가열하는 과정에서 열 접촉면적 및 열 접촉시간을 증대시켜 보일러의 열효율을 크게 개선할 수 있도록 한 고체연료용 보일러에 관한 것이다.

일반적으로 보일러는 전기 점화방식 등의 제어시스템에 의하여 버너가 점화된 채 운전되면서 온수 및 난방을 위해 순환되는 물탱크를 가열시키는 수단으로서, 연료는 주로 기름이나 가스를 사용한다.

그러나, 기름이나 가스 등을 연료로 사용하는 보일러의 경우, 연료의 구입에 따른 비용이 과다하게 소요되는 등 유지비가 많이 들기 때문에 소득수준이 낮은 농촌 등에서는 보일러 사용에 따른 부담이 가중되고 있는 것이 현실이다. 이러한 특성을 감안하여 농촌 등에는 석탄, 나무, 조개탄, 펠렛(이하 "고체연료"라 통칭함) 등의 연료로 사용하는 보일러가 많이 보급되고 있는 것이 최근의 추세이다.

상기와 같은 고체연료를 사용하는 종래 대부분의 보일러들은 온수통의 하부에서 단순히 연료를 연소시키는 방식으로 되어있기 때문에 연소실의 외벽을 통한 열손실이 크고, 이로 인해 전반적인 열효율이 낮은 단점이 있으며, 또한 연소실 주변의 부재들이 고온에 노출되는 관계로 화재 및 화상의 위험이 있다.

예를 들어, 대한민국 등록특허공보 제0926653호(2009.12.7. 공고), 대한민국 공개특허공보 제2011-42928호(2011.4.27. 공개), 대한민국 공개특허공보 제2011-45510호(2011.5.4. 공개)에는 고체 연료용 보일러에 관련된 기술이 개시되어 있다.

한편, 상기 등록특허공보 제0926653호에는 종래 기술에 따른 고체연료 보일러의 일 실시예가 도 1에 도시된 바와 같이 개시되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 고체연료 보일러는 내부케이스(61) 및 외부케이스(62)로 구성되어 그 사이로 물이 저장되는 보일러본체(60)와, 상기 내부케이스(61)의 내부를 구획하여 상측으로 화실(61a)을 형성하고 하측으로 집진실(61b)을 형성하는 로스톨(63)과, 상기 화실(61a)로 코크스를 공급하는 코크스 공급수단(64)과, 상기 화실(61a)로 공급된 코크스를 로스톨(63)의 하측에서 치솟는 불길로 연소시켜 물을 데우는 버너(65)와, 상기 로스톨(63)을 회전시켜 연소 완료된 코크스 재를 로스톨(63)의 구멍(63a)을 통하여 집진실(61b)로 강제 낙하시키는 로스톨 회전수단(64)과, 상기 집진실(61b)로 낙하된 코크스 재를 외부로 내보내는 코크스 재 배출수단(67)을 포함한다.

상기 로스톨(63)은 내부케이스(61)로 공급되는 코크스를 받쳐 이 코크스가 화실(61a)에 쌓여 있도록 하는 것으로서, 상기 로스톨(63)과 내부케이스(61) 사이의 틈새가 크면 이 틈새를 통해 코크스가 집진실(61b)로 낙하되므로 로스톨(63)의 회전을 위한 최소의 틈새만이 형성되는 구조로 설치된다.

상기 코크스 공급수단(64)은 코크스가 저장되는 코크스 저장호퍼(64a)와, 상기 코크스 저장호퍼의 하측과 화실(61a)을 통하도록 연결하는 코크스 이송드럼(64b)과, 상기 코크스 이송드럼의 내부에 설치되어 코크스 저장호퍼의 코크스를 화실(61a)로 이송하는 코크스 이송스크루(64c)와, 상기 코크스 이송스크루에 동력을 가하는 구동모터(64d)로 구성된다.

상기 로스톨 회전수단(66)은 로스톨(63)의 하측에 수직으로 설치되는 로스톨 회전축(66a)과, 외부에 설치되는 구동모터(66b)와, 상기 구동모터의 동력이 로스톨 회전축으로 전달될 수 있도록 구동모터의 모터축과 로스톨 회전축을 연결하는 베벨기어세트(66c)로 구성된다.

상기 코크스 재 배출수단(67)은 집진실(61b)의 하측을 외부와 통하도록 연결하는 코크스 재 이송드럼(67a)과, 상기 코크스 재 이송드럼의 내부에 설치되어 집진실(61b)의 코크스 재를 외부로 이송하는 코크스 재 이송스크루(67b)와, 상기 로스톨 회전수단(66)을 구성하는 구동모터의 동력이 코크스 재 이송스크루로 함께 전달될 수 있도록 모터축과 코크스 재 이송스크루를 연결하는 평기어셋트(67c)로 구성된다.

또한, 대한민국 공개특허공보 제2011-45510호에는 본 출원인에 의해 특허 출원되어 공개된 고체연료 자동공급 보일러에 관한 기술이 개시되어 있다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 출원인에 의해 개시된 고체연료 자동공급 보일러는, 내부에 연소로(20)가 형성된 상부에 수관(12)이 여러 개로 구성된 외벽에 수조(11)를 형성하고, 연소로(20)의 저면을 형성하는 로스톨(21)과 이 로스톨(21)을 받치는 사각의 받침대(22)와 버너(25)가 형성된 보일러몸체(10)와, 보일러몸체(10)의 일 측에 설치된 연료통(30)과 연료통(30)의 하부에 호퍼가 형성되며, 호퍼의 저면에 연료공급기(33)가 형성된 구성을 갖고 있다.

그리고, 상기 보일러 몸체(10)의 외부에 수조(11)를 관통하여 연소로(20)의 분진을 청소하는 청소구(24)가 형성되고, 연소로(20)에서 생성되는 가스와 분진이 배기되는 연통(40)이 형성되며, 수조와 수관에 물을 공급하는 유입구(14)와, 연소로(20)에서 수관(12)과 수조(11)의 물이 가열된 뒤에 배수구(13)를 통하여 공급되어 회수되도록 되어 있다.

따라서, 사용자가 연료통(30)의 뚜껑(31)을 열고 연료통(30)에 연료(32)를 투입하면 호퍼 저면의 연료공급기(33)가 모터(34)와 캠의 가동에 의하여 피스톤 운동으로 연소로(20)에 연료(32)를 공급하게 되고, 공급된 연료(32)는 버너(25)에 의하여 점화되어 연소가 되며, 연소 과정에서 연료공급기(33)는 적정 시간에 가동되어 조금씩 연료(32)를 밀어 넣으면 연료(32)가 밀리면서 로스톨(21)의 상단면을 이동하게 됨에 따라 연소되게 되는 것이다.

이때, 종래의 고체연료 보일러는, 통상의 보일러와 마찬가지로, 도 2에 도시된 바와 같이 연소로(20) 상부에 위치한 수조(11) 및 수관(12) 내의 물을 가열하여 온수를 공급하는 구조를 갖추고 있는 바, 보일러의 효율을 높이기 위해서는 연소로(20)의 연소열이 수조(11) 및 수관(12) 내의 물에 최대한 많은 열이 전달될 수 있도록 접촉면적을 최대한 넓게 확보하거나 열 접촉시간을 최대한 길게 가져가는 것이 매우 중요하다고 할 수 있다.

그런데, 종래의 고체연료 보일러는 사각의 외통 구조로 이루어진 수조(11)가 내통을 감싸는 구조를 가지고 있고, 상기 수관(12)은 원통형의 파이프 형태를 가지고 있으면서 이러한 원통형 수관(12) 다수개가 내통의 내부에 일정한 간격을 두고 상하로 배열되는 형태를 가지고 있다.

그러나, 이러한 원통형 수관(12)은 형상구조 특성상 열 접촉면적을 확대하는 데 한계가 있을 뿐만 아니라 외부로 빠져나가는 연기 및 연소열을 지연시켜 열 접촉시간을 늘리는데에도 일정정도 한계를 가지고 있다.

상기 원통형 수관(12)을 통해 열 접촉면적을 증대시키기 위해서는 수관(12)의 설치 갯수를 늘리는 방안 및 연소열 및 연기가 지나가는 경로 상에서 수조 및 수관과의 열 접촉시간을 최대 길게 유지할 수 있는 구조로 설계하는 방안이 있을 수 있다.

이와 같은 수관(12)의 설치 갯수를 늘리고 수조(11) 및 수관(12)과의 열 접촉시간을 길게 유지할 수 있는 방안은, 열 접촉면적을 증대시킬 수는 있다는 장점은 있으나, 내통의 제한적인 면적에 따라 수관(12)의 설치 갯수를 늘리는 데 한계가 있을 뿐만 아니라 수조(11) 및 수관(12)의 형상 구조로 인해 열 접촉시간을 늘리는 데 한계가 있었다.

특히, 상기 수관(12)의 설치 갯수를 늘리는 경우, 수관(12)의 설치 갯수 증가에 따른 제조 원가의 상승이 초래되어 제품의 제조 원가가 상승할 뿐만 아니라 생산 조립성이 떨어지면서 경제성 및 생산성 측면에서 바람직하지 않고 제품 경쟁력을 떨어뜨리는 요인이 될 수 있다.

대한민국 등록특허공보 제0926653호(2009.12.7. 공고, 명칭: 고체연료용 보일러) 대한민국 공개특허공보 제2011-42928호(2011.4.27. 공개, 명칭: 연료센서가 형성된 고체연료 자동공급 보일러) 대한민국 공개특허공보 제2011-45510호(2011.5.4. 공개: 고체연료 자동공급 보일러)

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 기술에 따른 고체연료용 보일러의 문제점을 개선하여 열 접촉면적 및 열 접촉시간을 향상시킬 수 있는 수조 및 수관 구조를 제공함으로써, 보일러의 열 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 데 그 목적을 두고 있다.

즉, 본 발명은 보일러의 연소실에 연통되게 보일러몸체부를 형성하는 내통케이스 및 외통케이스의 형상 구조를 열 접촉면적 및 열 접촉시간을 증대시키는 형상으로 변경하는 데 그 목적을 두고 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 물을 저장하여 가열 순환시킬 수 있는 외통케이스(101) 및 내통케이스(102)로 이루어진 보일러몸체부(110)와, 상기 내통케이스(102)와 연통되는 연소실(122)내에서 고체연료(140)를 연소시키는 로스톨(121)을 갖춘 고체연료연소부(120)를 포함하는 고체연료용 보일러에 있어서, 상기 내통케이스(102)에는 삼각의 부메랑 형태로 상부삼각변(103a)에 폐쇄 연결된 하부삼각변(103b) 사이에 물이 유입될 수 있는 통로가 형성된 하나의 열교환관부(103)가 상하로 일정 간격을 두고 내통케이스(102)의 내부 면적에 맞춰 구비된 고체연료용 보일러를 제공하는 데 그 특징을 갖는다.

여기서, 상기 내통케이스(102)의 내외벽이 수평면과 경사면으로 이루어진 쐐기 형태가 연속적으로 이어진 쐐기부(103c)로 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 물을 저장하여 가열 순환시키는 수조 및 수관 역할을 하면서 보일러의 연소실에 연통되게 보일러몸체부를 형성하는 내통케이스 및 외통케이스의 형상 구조를 변경 개선함으로써, 보일러의 연소실에서 발생하는 연소열에 의해 내통케이스 및 외통케이스에 저장된 물을 가열하는 과정에서 열 접촉면적 및 열 접촉시간을 증대시켜 보일러의 열효율을 크게 개선할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따른 내통케이스에 형성된 열교환관부는 내통케이스의 면적에 맞춰 동일 규격 내에서 설치갯수를 최소화시키더라도 구조적으로 열접촉면적을 향상시킴은 물론 열접촉시간을 지연시킬 수 있는 효과가 있어, 종래 내통케이스에 물을 가열하는 수관 통로로 원통형 파이프를 사용할 때에 비해 상대적으로 설치갯수를 줄일 수 있고, 이렇게 설치갯수를 줄여 줄 수 있음에 따라 종래에 비해 상대적으로 생산성 및 조립성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 고체연료 보일러의 일 실시예를 보여주는 도면.
도 2는 종래 기술에 따른 고체연료 자동공급 보일러를 보여주는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 고체연료용 보일러의 구성을 개략적으로 보여주는 도면
도 4는 본 발명에 따른 고체연료용 보일러의 구성 중 내통을 보여주는 사시도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

이때, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위해 첨부된 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의성을 위해 과장되거나 생략될 수 있으며, 도면에 병기된 도면부호에 따라 부여되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고체연료용 보일러(100)는, 크게 보일러몸체부(110), 고체연료연소부(120), 고체연료공급부(130), 연료공급수단(150)으로 구성되어 있다.

여기서, 상기 보일러몸체부(110)는 물을 가열하여 온수(혹은 난방수)를 순환시키기 위한 물을 저장하여 연소실의 연소열에 의해 열교환이 일어나는 부위로써, 순환 공급되는 물을 저장하는 수조 역할을 하는 외통케이스(101)와, 상기 외통케이스(101)로 감싸진 상태로 후술하는 고체연료연소부(120)와 연통되게 배치됨과 아울러 수관 역할을 하는 다수의 열교환관부(103)가 일정 간격을 두고 상하로 형성되어 연소실(122)의 연소열로 물을 가열할 수 있는 내통케이스(102)로 이루어져 있다.

상기 고체연료연소부(120)는 고체연료(140)를 연소시켜 연소열을 발생시키는 부위로써, 고체연료(140)를 연소시킬 수 있는 로스톨(121)을 갖추고 있다.

상기 고체연료공급부(130)는 연료탱크에 고체연료를 저장하는 공급하는 부위로써, 고체연료연소부의 일측에 마련되게 된다.

상기 연료공급수단(150)은 고체연료공급부(130)의 고체연료(140)를 고체연료연소부(120)로 실어날라 공급하는 수단이다.

이러한 고체연료용 보일러(100)에 있어서, 상기 외통케이스(101)에는 물을 순환시키기 위한 물순환유입구(105) 및 물순환배출구(104)가 형성되어 있고, 외통케이스(101)는 보일러몸체부(110)의 외관을 형성하게 된다.

상기 내통케이스(102)는 외통케이스(101)의 내측에 조립 배치되어 연소통로를 제공하게 되는바, 상기 고체연료연소부(120)의 로스톨(121)의 상부에서 연소열 및 연기가 지나가는 통로를 제공하면서 물과 연소열 사이에 열교환이 이루어지는 부위인 것이다.

상기 고체연료연소부(120)의 로스톨(121)부위에서 고체연료(14)를 연소시켜 발생된 연소열은 연소실(122)에 연통된 내통케이스(102)로 전달되어 물을 가열할 수 있게 되면, 연소과정에서 발생한 연기는 연도부(106)를 통해 외부로 배출되게 된다.

상기 로스톨(121)의 하방에는 고체연료(140)가 연소된 후 남은 재와 같은 연소물을 수거할 수 있는 집진실(125)이 마련되어 있고, 상기 집진실(125)의 전방에는 집진실(124)을 개방하여 재, 분진과 같은 연소물을 제거할 수 있는 집진실개폐도어(124)가 구비되어 있다.

그리고, 상기 로스톨(121)이 설치된 연소실(122)의 전방에는 연소실(122) 상태를 살펴볼 수 있는 상태창 및 이 상태창을 개폐할 수 있는 상태창도어(123)가 마련되어 있다.

한편, 상기 고체연료연소부(120)의 일측에는 고체연료(140)를 저장공급하는 연료탱크(131)를 갖춘 고체연료공급부(130)가 설치되어 있다.

상기 고체연료공급부(130)의 연료탱크(131)는 호퍼 형태로 연료를 저장 공급할 수 있는바, 연료탱크(131)의 상단부위에 탱크뚜껑(132)이 마련되어, 이 탱크뚜껑(132)을 개방하여 연료탱크(131) 내로 고체연료(140)를 투입 저장할 수 있고, 상기 연료탱크(131)의 저면에는 호퍼 형태로 고체연료(140)가 흘러 내려갈 수 있는 배출구가 마련되어 있다.

이때, 본 발명에 따르면, 상기 연료탱크(131)의 저면에 배치되어 흘러내리는 고체연료(140)를 공급받아 로스톨(121)쪽으로 원활하게 이송시켜주는 연료공급수단(150)이 연료탱크(131)의 배출구 쪽에 설치되어 있다.

상기와 같은 구성을 갖고 있는 고체연료용 보일러(100)에 있어서, 본 발명은 보일러의 열효율을 향상시킬 수 있도록 하기 위해 연소실(122)의 연소열과 접촉하게 되는 내통케이스(102)의 형상구조를 설계 변경하는 데 그 구성적 특징을 갖는다.

즉, 본 발명은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 고체연료용 보일러(100)에 적용되는 내통케이스(102)의 형상 구조를 열 접촉면적을 최대한 확대하고, 연소열 및 연기가 내통케이스(102) 내부를 거쳐 연도부(106)로 빠져나가는 과정에서 최대한 열접촉시간을 지연시켜 보다 우수한 열효율을 갖는 고체연료용 보일러(100)를 제공하고자 하는 것이다.

이를 위해, 상기 외통케이스(101)에 순환 공급됨에 따라 저장되는 물이 유입되어 수관 역할을 함으로써, 연소열과 열교환을 통해 물이 가열되는 내통케이스(102)의 내주면 상에 마련된 열교환관부(103)의 형상구조를 최대한 열접촉면적을 넓힐 수 있는 방향으로 변경하고 있다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 내통케이스의 열교환관부(103)는 대략 삼각의 부메랑 형태를 갖도록 설계함으로써, 하나의 열교환관부(103)를 구성하는 상부삼각변(103a)에 폐쇄 연결된 하부삼각변(103b) 사이에 물이 유입될 수 있는 통로가 형성되는 구조를 갖고 있다.

이러한 삼각의 부메랑 형태를 갖는 열교환관부(103)는 내통케이스(102)의 내주 면적에 맞춰 상하로 일정간격을 두고 다수개 형성되는 바, 연소실(122)에서 연소열 및 연기가 올라와 연도부(106)로 빠져나갈 때 열교환관부(103)의 하부삼각변에 부딪치는 연소열은 하부삼각변(103b)을 따라 상향 방향에서 하향 방향으로 유도되어 돌아나가는 경로를 가질 수밖에 없기 때문에 열접촉면적이 최대한 확보됨은 물론, 연소열이 빠져나가는 시간이 지연되어 열접촉시간이 지연되는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상기 내통케이스(102)의 내외벽은 수평면과 경사면으로 이루어진 쐐기 형태가 연속적으로 이어진 쐐기부(103c)로 형성함으로써, 상기 내통케이스(101)의 외주면과 접촉하여 열교환이 이루어지게 되는 외통케이스(101) 내부의 물을 가열하는 데 있어서, 열교환 효율을 높일 수 있는 형상구조를 제공하고 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수가 있고, 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수가 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다. 따라서, 상기 기재 내용은 하기의 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

100 : 보일러 110 : 보일러몸체부
101 : 외통케이스 102 : 내통케이스
103 : 열교환관부 104 : 물순환배출구
105 : 물순환유입구 106 : 연도부
120 : 고체연료연소부 121 : 로스톨
122 : 연소실 123 : 상태창도어
124 : 집진실개폐도어 125 : 집진실
130 : 고체연료공급부 131 : 연료탱크
132 : 탱크뚜껑 140 : 고체연료
150 : 연료공급수단 M : 모터

Claims

물을 저장하여 가열 순환시킬 수 있는 외통케이스(101) 및 내통케이스(102)로 이루어진 보일러몸체부(110)와, 상기 내통케이스(102)와 연통되는 연소실(122)내에서 고체연료(140)를 연소시키는 로스톨(121)을 갖춘 고체연료연소부(120)를 포함하는 고체연료용 보일러에 있어서,
상기 내통케이스(102)에는 삼각의 부메랑 형태로 상부삼각변(103a)에 폐쇄 연결된 하부삼각변(103b) 사이에 물이 유입될 수 있는 통로가 형성된 하나의 열교환관부(103)가 상하로 일정 간격을 두고 내통케이스(102)의 내부 면적에 맞춰 구비되고, 상기 내통케이스(102)의 내외벽이 수평면과 경사면으로 이루어진 쐐기 형태가 연속적으로 이어진 쐐기부(103c)로 형성된 것을 특징으로 하는 고체연료용 보일러.
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