KR101312963B1 - 화목연소장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화목 보일러 등 화목 및 고체상태의 땔감을 태워 이익을 얻고자 하는데 있어 보다 고효율의 결과를 얻고자 땔감을 완전 연소시켜 고온의 화력열기를 만들고 그 고온의 열기를 직접 이용하거나 또는 열 교환기를 통해 물 등을 가열하게 하여 보일러 등으로 이용하는 화목 연소 장치 와 화목연소장치에 결합하여 사용되어지는 열교환기에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 일단의 연소장치 에서 화목 등 고체연료의 연소실을 화염이 닿는 주요부를 단열하여 연소실내 연소점 부분이 고온형성에 이롭게하고 연소실의 단면 현상이 상부에서 하부로 갈수록 좌우가 좁아지는 형상으로 하단면에 경사를 두어 연소점이 집중되게 하고 화염이 연소실의 하부에 형성되어 후면으로 유도되도록 연소유도로를 설치하고 그 후방에 일단의 챔버와 단열된 수직연소로를 형성하며 그 내부로 2차 공기급기관이 설치 되게 하여 고온의 화염과 착화점에 도달한 미연소가스가 2차 연소 되어 단열된 수직연소로를 거치면서 더욱 고온이 형성 되게 하여 수직연소로 온도가 착화점 이상의 고온에 이르게 하여 미연소 가스의 완전연소를 이루게 하고 이렇게 하여 형성된 고온의 열기를 전열면적이 극대화된 열교환기를 통하여 거꾸로 역순환하게 하여 난방수 등과 열 교환되게 하고 이로인해 적정하게 식혀진 기체가 연통을 통하여 배기되게 하여 열 효율을 극대화 시키고 화목등의 완전연소로 연소효율을 높여 그 투입량을 획기적으로 저감시키며 연기 및 목초액 등의 발생을 저감시키게 되었다.

Description

화목연소장치{Wood combustor}

본 발명은 화목보일러, 화목열풍기, 건조기, 화목난로 등 화목 및 고체상태의 땔감을 태워 이익을 얻고자 하는데 있어서, 화목 등의 연소장치와 연소장치에 결합 또는 내장되어 그 목적을 구현하는 열교환기에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 일단의 연소기에서 화목 등 고체연료를 태우는 연소실이 외기 또는 열매체에 직접 노출 되지 않게 화염이 닿는 주요부를 단열하여 연소실을 고온에 이르게 하고 연소실의 단면 현상이 상부에서 하부로 갈수록 좌우가 좁아지는 형상으로 하단부에 경사를 주어 연소점이 집중되게 하고 화염이 연소실의 하부에 형성되어 후면으로 유도되도록 연소유도로를 형성하고, 그 후방에 일단의 화염모임통과 단열된 수직연소로를 형성하며, 그 내부로 2차 공기 주입관이 설치 되게 하여 고온의 화염과 미연소 가스가 2차연소 되어 단열된 수직 연소로를 거치면서 더욱 고온이 형성 되게 하여 수직연소로의 온도가 착화점 이상의 고온에 다다르게 하여 미연소 가스의 완전연소를 이루게 하는 화목연소장치와 이렇게 하여 형성된 고온의 열기를 열교환기를 통하여 난방수 또는 공기 등과 열교환 되게 하고 열교환 후 적정하게 식혀진 기체가 연통을 통하여 배기되게 하여 열효율을 극대화 시키고, 화목 등의 완전연소로 연소효율을 향상시켜 그 투입량을 획기적으로 저감시킴과 동시에 연기발생이 없도록 하여 비용절감과 연기발생을 개선시킨 화목연소장치에 관한 것이다.

종래에 사용된 대부분의 화목 보일러 등 화목 연소장치는 연소시의 연소열을 열교환의 목적으로 연소실과 접한 수실 또는 연소장치의 몸체에서 상당부분 열교환 되는 구조이거나, 연통을 보일러 내부에 설치하여 연통의 열기를 최대한 수실의 물이 흡수할 수 있도록 한 후 빠르게 배출되게 하여 결과적으로 연소실의 고온형성이 어려워지고, 외기에 접한 부분이나 수실과 접한 연통 등의 내부에 결로나 목초액 등의 집적이 이루어져 열효율의 감소와 목초액의 다량발생 또는 연통의 막힘이 있었다. 이로 인하여 미연소 가스인 연기발생이 많은데다, 나무가 가지고 있는 열량을 충분히 발현하지 못하게 되어 연소 효율이 낮아 연료인 화목 등의 소비가 크고 연기발생이 잔존하여 왔다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 고체의 땔감 등 화목을 완전 연소시켜 그 화목 등이 가지고 있는 열량을 최대한 발현되게 하여 그 고열의 배기가스를 이용하거나 또는 열교환기를 통하여 가열된 온수 등을 이용하는 난방기기와 더불어 화목 등의 투입 회수와 투입량을 현격하게 줄일 수 있게 하여 연료비를 저감시키고 연기발생이 없는 수단을 강구하는 것이다. 구체적으로 땔감 등이 불타고 있을 때의 화점을 모을 수 있는 방법과 아울러 급격히 연소되지 않게 제어할 수 있는 방안과 미연소 가스인 연기가 지나가는 배연구에 착화점 이상의 고온 환경이 조성되거나 화염이 모일 수 있게 하여 착화 또는 점화되어 지게 하는 수단을 강구하여 연소 효율을 높이고 열교환 효율이 높은 방안을 강구하여 열효율을 높이는 것이다.

직육면체 또는 원통형의 보일러, 연소장치 등에 있어서 화목 연소장치 또는 보일러 몸체 외부에는 전체 또는 일부를 감싸는 수실을 갖으며, 몸체 내부에는 아래로 갈수록 좌우 폭이 좁아지며 전후 방향이 긴 열차단벽이 형성되고, 열차단벽과 몸체 사이에는 50mm이상 두께의 고품질, 고내열성의 단열제가 충진 된다. 이것은 연소실에 투입된 땔감의 연소부가 주위의 수실이나 외부에 연소열을 빼앗기지 않게 하여 연소실과 연소점부분이 고온에 이르기 쉽게 하기 위함이다. 그리고 연소실의 열차단판 하부의 경사면에는 전후 방향으로 길게 홈이 형성된 관을 다수 배열하여 아랫부분에서 점화된 불길이 상부로 향하지 않고 곧 바로 뒤쪽의 화염모임통, 수직연소로로 유도될 수 있도록 하여 화염 집중을 유도하고, 화염유도로를 형성케 하여 화실의 고온형성과 화염이 상부로 번지지 않고 아랫부분만 연소 되게 하여 연소실의 과열을 방지할 뿐 아니라, 새로운 장작투입의 용이함과 연소 후 상부의 땔감이 아래로 자연낙하하게 하여 연료를 자동공급하는 형태를 만들기 위함이다. 그리고 숯받침도 아랫부분이 개방된 형태의 ㄷ형 철판을 용접설치하여 앞에서 뒤로 길게 형성하고, 숯받침과 숯받침 사이와 숯받침 자체의 하부 공간으로도 앞에서 뒤의 방향으로 신선한 공기의 공급과 화염 및 미연소 가스의 이동통로가 되게 하고, 또한 뒤쪽의 하단 부에는 凸형상의 상부에서 하부로 갈수록 넓어지는 개구부를 두어 이곳에 화염이 집중되게 하고 凸형상의 개구부에 맞추어 외부로 돌출된 화염모임통 을 만들고, 그 위에 단열된 수직 연소관을 설치하여 외기 또는 열매체에 열을 빼앗기지 않고 호퍼형태의 연소실로 인하여 생긴 연소점의 집중으로 발생된 고온의 화염과 고열의 기체를 수직연소로 상부에 도달하게 하고, 이 과정에서 착화점 이상의 고온의 미연소 가스(연기)가 화염에 점화되거나 또는 자연착화 할 수 있는 구조를 만들어 완전연소에 이르게 하여 땔감이 가지고 있는 모든 열량 이 발현되게 한다. 그리고 수직연소로 상부의 끝단에 내부가 수개층으로 나누어진 열교환기를 형성하여 열기의 체류시간을 최대한 늘리고 전열면적을 극대화하여 열효율이 향상된 화목연소기기를 구성한다.

상기와 같이 화목 등 땔감이 완전 연소로 인하여 연기발생이 없어져 주위환경에 이롭고 연기 발생 없는 완전연소효과는 연소 효율을 높여 연료 투입량을 획기적으로 줄일 수 있으며, 고온의 수직연소로는 목초액의 발생을 현격히 줄이고 연소 과정에서 생성된 물 등과 함께 증발하여 외기로 방출하게 되어 청결함을 유지하게 하고 연통 및 열교환기 등에 연소 생성물 등의 흡착을 줄이게 되어 청소 및 관리의 편리성을 향상하게 한다.

연소실의 고온형성으로 연소시간을 단축하게 되어 대용량 설계에 유리하며, 연료의 투입회수를 줄일 수 있게 되어 전체적인 관리의 편리성을 제공하며, 연소실내에서 화목 등이 화염유도로 등에 의해 거꾸로 타는 현상을 유발하여 연소중에도 불편 없이 화목의 투입이 용이하며, 급기의 조절방법에 따라 장시간 연소시간을 유지할 수도 있는데다, 제약받지 않는 구조의 설계실시로 인해 열교환기는 열효율을 극대화할 수 있게 되며, 길게 형성된 열기회로는 화재예방과 더불어 결과적으로 경제적인 열기기를 만들 수 있게 된다.

도 1은 수직연소로의 화목보일러의 투시도
도 2는 수직연소로의 화목보일러의 후면 사시도
도 3은 수직연소로의 화목보일러의 측단면도
도 4는 수직연소로의 화목보일러의 열차단판에서의 화염유도로 및 숯받침관 상세도
도 5는 수직연소로의 화목보일러의 급기관 계통도
도 6은 수직연소로의 화목보일러의 화염모임통 상세도
도 7은 전면 사시도
도 8은 자동 소화 스프링클러 관계도

구체적인 내용은 상기 과제의 해결수단에서 밝힌 바와 같이, 연소실내에 단열층을 형성하며 연소실 하단부를 호퍼 형태로 만들어 화목의 흘러내림을 좋게 하고, 단열과 연소점의 집중으로 고온형성을 이루며 연소실 하단부에 화염유도로를 만들어 화염이 뒤로 유도되어 여기에 신선한 공기의 2차급기가 이루어져 고열의 화염과 가스가 수직연소로에서 더욱 고열의 완전연소를 이루게 한 후, 이 고열의 가스를 거꾸로 역순환하는 열교환기를 통하여 열효율을 높이는 것으로서, 이하 도면을 첨부하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

온수난방용의 화목보일러로서의 실시예로서 도 1은 수직연소로의 화목보일러의 전면사시도이고, 도 2는 수직연소로의 화목보일러의 후면사시도이며 도 3은 측단면도로서 구체적 예를 나타낸다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 실시예로서의 수직연소로의 화목보일러는 하부의 연소장치부와 상부의 열교환부가 결합하여 수직연소로의 화목보일러를 이루는 것으로서 연소장치부와 열교환부를 나누어 설명하고자 한다.

하부의 연소장치부는 전방에 땔감을 투입할 수 있는 투입구개폐문(13)이 형성되며 직육면체 형상의 몸체(12)를 감싸고 있는 수실(110), 몸체(12)의 안쪽 상부에서 시작하여 일정한 길이를 내려온 후, 그 좌우 폭이 점차 감소되는 호퍼형태의 열차단판(15)이 형성되고, 열차단판(15)과 몸체(12)사이에는 고내열성의 단열재로 충진 되어진 열차단판(15)내부의 단열층(150)으로 이루어진 연소실(14)과, 상기 연소실(14) 하부에 위치하며 연소된 재를 모아 외부로 배출하기 위한 재받이함(16), 재받이함(16)위에 형성된 숯받침관(17), 상기 연소실(14) 상부의 투입구개폐문(13)쪽에서 시작하여 수평으로 수직연소로(10)에 연통되며 투입구 쪽에 개폐문이 달린 연기배출관(18) 및 연기배출관개폐문(19)과, 연소실(14)에 신선한 공기를 예열 공급하기 위하여 일단이 몸체의 후면 외기와 연통 되고, 보일러 내부 단열층을 관통하여 타단이 전면부 하단 연소실(14)내에 개방되는 1차공기급기관(20), 상기 1차공기급기관(20) 끝에 설치되며 배기가스챔버(39)에서 검출된 전자신호에 따라 개폐되어지는 1차공기급기관개폐문(200), 일단이 연소실(14) 내부의 전면 하단부에서 시작하여 뒤쪽으로 단열층(150)을 관통하여 화염모임통(40)을 지나 타단이 수직연소로(10) 전체높이의 1/2 지점에서 끝나는 2차공기급기관(21), 상기 2차공기급기관(21)은 단열층(150)을 통과하면서 충분히 예열된 공기가 화염모임통(40)에서 부터 수직연소로(10) 높이의 1/2지점까지에 다수개의 타공구멍이 형성되어 고온의 미연소가스에 신선한 공기를 접촉케 하여 2차연소가 이루어지게 한다. 그리고 초기 점화시 수직연소로(10)의 상승기류 발생을 도와주어 화염모임통(40)으로의 화염유도를 용이하게 만드는 것으로 일단이 연소실(14) 후면 상부에서 수평으로 관통되어 타단이 수직연소로(10)에 연통되는, 수직연소로(10)의 단면적의 1/10~1/5크기의 원형관으로 만들어진 열기상승도움관(180)을 포함하여 이루어진다.

상부의 열교환부는 수직연소로(10), 직육면체 형태의 열교환부몸체(30), 몸체를 전체적으로 겉으로 감싸고 있는 열교환부수실함(34), 열교환부수실함(34)의 내부를 분할하는 열기유도판(35), 열기유도판(35)사이에 위치하며 열교환부몸체(33)내부를 가로질러 관통하여 좌우의 열교환부수실(36)과 연통되어 형성되는 다수개의 가열관(32), 전면에 위치하여 내부청소 또는 점검을 위한 열교환부 점검구(31)와 배기가스챔버(39), 배출압력조절문(392)과 배기가스챔버(39)를 일정시간 데워주며 열기의 흐름을 원활하게 도와주는 직접배기개폐문(391), 배기가스를 최종적으로 외부로 배출시키는 연통과 용이하게 연결시키는 연통연결구(394)로 이루어져 있다.

아래에서는 상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명 단열된 수직연소로의 화목연소장치와 열교환기의 바람직한 실시예로서의 수직연소로의 화목보일러에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 몸체(12)의 내부에는 몸체(12)와 접하여 단열층(150)이 형성되고, 단열층(150)의 내측으로 열차단판(15)이 좌,우,하,후면에 단열층(150)을 보호하면서 내부의 열을 효과적으로 차단하며, 그 내부를 연소실(14)의 공간으로 이룬다. 상기 몸체(12)의 외부로는 적당한 이격 거리를 가진 하부수실함(11)이 전체를 감싸고 있어, 그 공간은 수실(110)을 이루어 수실(110)에 채워진 난방수 또는 열매체는 연소실(14)에서 발생되는 연소열에 의해 데워지게 되는 것이다.

투입구개폐문(13)은 몸체에 힌지 결합되어 여닫이 방식으로 설치된다. 상기 투입구개폐문(13)을 열고 연소실(14)에 땔감을 투입하여 화목 등을 연소시킬 수 있다. 한편 투입구개폐문(13)과 연동되는 연기배출관개폐문(19)은 힌지, 로드 등의 연결 고리에 의해 투입구개폐문(13)을 열었을 때는 같이 열림 위치에, 투입구개폐문(13)이 닫혀 있을 때는 투입구개폐문(13)과 같이 닫혀 있는 위치에 있게 된다. 투입구개폐문(13)을 땔감을 연소실(14)에 투입하기 위하여 열었을 때, 연기배출관개폐문(19)이 열리므로, 초기 점화시 쏘시게 등 땔감에서 발생되는 연기가 투입구개폐문(13)의 상단보다 더 위쪽 내부에 있는 연기배출관(18)에 흡입되게 되어 밖으로의 연기 배출을 억제하게 되며, 연기배출관(18)은 수직연소로(10)에 연통되어 있으므로 연기는 수직연소로(10)에서 연소 후 배출되는 구조를 갖는다.

연기배출관(18)은 일단이 연소실(14)의 전면 상부에 연통되어 연소실(14)의 천정면에 결착하여 그 끝단이 수직연소로(10)에 수평으로 연통되는 구조로서 형성된다. 또한, 수직연소로(10)의 단면적의 1/10~1/5 크기의 열기상승유도관(180)은 연소실(14)과 수직연소로(10)에 연통되되, 연소실(14)의 상부의 후면에서 양단이 연통되어 있으므로, 초기 점화시 연소실(14)의 열을 수직연소로(10)에 효과적으로 전달하게 되어, 빠른 시간에 수직연소로(10)의 온도 상승효과를 가져오게 하여 수직연소로(10)에 강한 상승기류를 만들고 화염모임통(40)에 흡인력을 발생하게 한다.

또한, 연소실(14)내의 열차단판(15)은 상기에 기술한 바와 같이, 몸체(12)와 함께 일정한 길이를 내려오고 점점 내려올수록 그 좌우 폭이 좁아지는 형상의 호퍼 형태로서, 도 4에서 "A"로 표시한 바와 같이, 하단부 경사면에 전후 방향으로 ㄷ형 철판의 개구부가 하향된 형태로 화염유도로(170)가 다수개 설치되어, 숯 및 재는 아래 부분의 재받이함(16)으로 흘러 내려가고, 상기 화염유도로(170)는 재 등의 영향을 받지않고 신선한 공기 및 연소불꽃을 화염모임통(40)쪽으로 유도하는 통로 역할을 하게 되어 화염이 꺼짐 없이 화염모임통(40)으로 흐르게 한다.

또한, 열차단판(15)의 하부 경사면은 아래에서 땔감 등이 연소 후 재로 변하여 형성된 공간으로서, 상부의 땔감, 화목 등이 자연 낙하하여 쌓일 수 있게 하며, 좌우의 경사진 열차단판(15)은 연소되고 있는 화목을 숯받침관(17)에 용이하게 놓이게 하는 역할을 하여 연소점 집중을 만드는 결과를 낳아 연소점 집중으로 연소실(14)의 숯받침관(17)부근에는 보다 좋은 연소환경이 이루어지게 된다.

연소실(14) 하부에 전후 방향으로 길게 형성된 열차단판(15) 협곡의 재받이함(16)위에 일예로 높이가 50mm, 폭이 20~30mm이며 아래 부분이 개방되고 길이방향의 좌우면에 다수개의 큰 구멍이 뚤린, 도 4에서 "B"로 표시한 바와 같은 숯받침관(17)이 형성되어 하부의 개방된 홈과 숯받침관(17) 측면의 구멍으로 유입된 공기를 화목의 불타고 있는 화염에 전달하고, 발생된 화염 및 미연소 가스는 단열된 수직연소로(10)에서의 상승기류력과 배기가스챔버(39)의 연통에서 발생하는 상승기류력이 합해져 발생되는 화염모임통(40)의 부압으로 화염유도로(170) 및 숯받침관(17)을 타고 화염모임통(40) 안으로 빨려 들어가게 된다.

상기의 화염모임통(40)은 연소실(14) 후면에 위치되되, 도 6에 도시한 바와 같은 연소실후면개구부(400)가 연소실(14)의 후면에 연소실(14) 높이의 1/2이하의 높이에서 연통된다. 상기 화염모임통(40)의 상부에는 수직연소로(10)가 연통되어 세워진다.

상기와 같은 연소과정으로 연소실(14)에서 발생된 화염 및 미연소가스의 연기는 연소실(14)의 상부로 향하지 않고 뒤쪽의 연소실(14)의 높이의 1/2이하의 높이에 위치한 화염모임통(40)쪽으로만 유도되게 되어, 연소실(14)에 적재된 땔감의 불길은 연소실(14)내에서 위로 타오르지 않고, 아래로 타는(거꾸로 타는)현상이 야기되는 것이다.

숯받침관(17) 하면에는 가로로 환봉 또는 철근이 숯은 거르고 재는 빠질 수 있는 간격으로 다수개가 용접되어 있어 숯받침관(17)과 숯받침관(17)사이 역시 불길과 신선한 공기의 통로 역할을 하게 되며, 이곳에 떨어진 숯을 효과적으로 완전 연소시킬 수 있는 구조가 된다. 여기에 후면의 화염모임통(40)의 개구부의 설치 높이가 숯받침관(17)과 화염유도로(170)와 같은 높이에 형성되어 더욱 상기와 같이 화염은 숯받침관(17)과 화염유도로(170)를 타고 모이게 되어 수실(110)에 단열층(150)으로 차단된 연소실(14)의 열기는 더욱 고온이 되어 화염모임통(40)으로 모이게 된다. 그리고 수직연소로(10)내에서 강한 상승기류를 만들고 미연소가스의 충분한 열분해와 공기와의 혼합 및 연소시간을 확보하기 위한 방법으로서 수직연소로(10)의 길이를 길게 하기 위하여 연소실 높이의 1/2이하의 높이에 화염모임통(40)이 장착되는 것이다.

화염모임통(40)과 접하는 연소실(14)의 개구부는 상부는 좁고 하부로 갈수록 넓어지는 형상이다. 착화점에 이르지 못한 미연소가스를 화염에 점화하기 위하여 용이한 구조를 갖는 연소실후면개구부(400)는 고온의 열기와 화염은 상부로, 상대적으로 저온인 미연소 가스는 아래로 흐르게 유도하여 상부의 좁은 부분으로 화염이 집중되게 함으로써, 화염의 끊김 현상을 없앨 수 있으므로 미연소가스의 점화불씨가 되도록 한다.

화염모임통(40)의 와류유도관(401)은 그 일단이 연소실(14) 후면 개구부의 상부면에서 시작하여 수평으로 수직연소로(10)을 관통하고, 수직연소로(10)의 중심부를 향하다가 수직연소로(10)중심에서 좌 또는 우향하여 타단이 끝나는 U자 형상의 유도로로서, 화염의 방향성을 유도하여 화염모임통(40) 및 수직연소로(10)내에 화염의 와류 현상을 만들어 미연소가스와 공기 및 화염의 혼합을 촉진시켜 미연소 가스의 착화 또는 점화를 돕게 된다.

여기에 1차공기급기관(20)을 통하여 급기된 신선한 공기는 일부 연소실(14)의 연소에 이용되고, 일부는 2차공기급기관(21)의 화염모임통(40)부분에서 2차공기급기관(21)끝까지 타공된 다수의 구멍을 통하여 신선한 공기의 2차 급기가 이루어져 화염모임통(40)에서 와류유도관(401)의 역할과 더불어 완전연소를 촉진하게 되며 이로 인하여 더욱 고온으로 형성된 수직연소로(10)의 가스는 고온의 강한 상승기류를 만들고 더하여 2차공기급기관(21)의 신선한 공기로 점화 또는 착화하여 착화점 이상의 온도에 다다르게 하여 미연소 가스를 완전연소 하게한다.

1차공기급기관(20)은 수직연소로(10)의 직경과 동일한 크기의 직경으로 형성되며, 본 발명의 실시예에서는 일단이 연소실(14)의 하단 후면의 외기에 연통하여 연소실(14)내 단열층(150)을 관통하며, 타단이 몸체(12)의 전면 내측에 일정한 간격을 두고 끝나고, 그 끝 또는 시작점에는 배기가스챔버(39)에서 검출된 전기 신호에 의해 개폐되는 1차공기급기관개폐문(200)을 갖는다.

1차공기급기관(20)의 자동급기 조절방법은 배기가스챔버(39)내의 온도가 설정된 온도 이하일 경우, 배기가스챔버(39)에 설치된 리미트스위치(제2배출가스온도 검출쎈서)에서 검출된 전기신호를 1차공기급기개폐문(200)을 여닫는 1차공기급기관개폐문제어모타(201)에 1회의 정회전 전기를 공급하여 1차공기급기관개폐문(200)을 일정량 열게 하고, 일정시간 후에도 설정 온도 이하일 경우 재반복 되는 방법이며, 설정온도 이상일 경우 1차공기급기개폐문(200)을 여닫는 1차공기급기관개폐문제어모타(201)에 1회의 부회전 전기공급을 하여 일정량 닫게 하고, 일정시간 후에도 같을 경우 재반복 작동하여 1차공기급기개폐문(200)을 닫게 하여 연소실(14), 수직연소로(10), 열교환기의 온도를 항상 일정하게 유지하여 열소효율을 높으며 완전연소가 이루어지게 한다.

상기의 1차공기급기관개폐문(200)의 개폐설정 온도를 배기가스챔버(39)에서100~150℃에 두어 열교환부내에 침적되는 목초액 등이 자연 기화 되게 하여 목초액 발생을 최소화하여 보일러실 내부의 청결을 이루게 한다.

수직연소로(10)는 화염모임통(40)과 수직연소로챔버(101)사이에 수직으로 설치되어 서로 연통되는 관으로서, 내부에 2차공기급기관(21)이 아래에서 올라와 1/2높이까지 형성되고, 그 상부에는 수직연소로(10)의 직경에 대해 1/3크기의 연소로중심관(102)을 설치하여, 연소로중심관(102)의 내부에 열기와 화염의 강력한 상승을 유도하여 수직연소로챔버(101)에서의 미연소가스의 연소를 용이하게 하며, 수직연소로(10)의 외부에는 고내열성의 단열층과 단열층을 보호하는 일반적인 단열보호수단이 강구된 것으로, 수직연소로(10)의 내부에 형성된 고열의 연소열이 외기 또는 수실에 빼앗기지 않고 상부 열교환부의 수직연소로챔버(101)에 도달하게 한다.

수직연소로(10), 화염모임통(40), 숯받침관(17), 화염유도로(170), 열차단판((15) 및 와류유도관(401)은 항상 착화점 이상의 고열에 노출되므로 내열 스텐레스스틸, 내열주철 등의 내열강 또는 세라믹, 토관 등을 사용하여 내열성을 증대하여야 하며 특히 수직연소로(10)는 내부에 케스타블을 처리하여 내열성을 높이는 것이 바람직하다.

또한, 상기 수직연소로(10), 화염모임통(40), 숯받침관(17), 화염유도로(170), 열차단판((15) 및 와류유도관(401)은 고열로 인하여 열팽창과 수축이 심하게 되므로 각 구성품을 수개의 조각으로 형성하여 열변형을 최소화하는 것이 바람직하다.

충분한 단열층을 포함하는 수직연소로(10)는 발생된 고열의 가스를 열손실을 최소화하여 열교환부에 전달하게 된다.

3차공기급기관(22)은 일단이 배기가스챔버(39)의 하단 외기에 연통되고, 배기가스챔버(39)의 내부를 관통하여 상부의 외측을 지나 타단이 수직연소로챔버(101)내에서 끝나는 구조의 공기 급기관으로서, 폐 열기로 배기가스챔버(39)를 관통하는 3차공기급기관(22)의 공기를 예열하여 예열된 신선한 공기를 수직연소로챔버(101)내부의 3차공기급기관(22)에 형성된 다수개의 타공된 구멍을 통하여 수직연소로챔버(101) 내부의 미연소가스에 예열된 신선한 공기를 공급하여 완전 연소를 이루게 된다.

열교환부는 수직연소로(10)의 열팽창을 흡수하기 위한 것으로서, 도 2에서와 같이 측방으로 수직연소로챔버(101)를 연결하고, 수직연소로챔버(101)와 직육면체 형태의 열교환부몸체(33)와 몸체 전체를 일정간격을 두고 감싼 열교환부수실함(34)과 열교환부몸체(33)의 내부를 수개층으로 등분하여 열기를 거꾸로 흐를 수 있도록 한 엇갈린 구조를 갖는 열기유도판(35)으로 구성된다. 상기 열교환부몸체(33)의 내부에 열교환부수실함(34)의 열매체가 유동할 수 있도록 가로방향으로 수개의 가열관(32)을 관통시켜 전열 면적을 극대화하여 수직연소로(10)를 통하여 인입된 고온의 열기를 도 3에 화살표로 표시한 바와 같은, 가스흐름과 같이 수직연소로챔버(101), 제1체류실(381), 제2체류실(382), 제3체류실(383)을 거쳐 저온화한 배기가스를 배기가스챔버(39)를 통과하는 거꾸로 흐름으로 배기함으로써, 열효율을 극대화 시킨다.

점검구(31)는 열교환부 내부의 잔존물 회수 및 수리 등의 정비를 위한 개폐식의 여닫이문으로 형성하고, 열기유도판(35)의 좌우면은 열교환부몸체(33)에 맞대어 용접하며, 전후 길이는 첫 번째 열기유도판(35)의 후면 끝에서 시작하여 전면 점검구(31) 앞의 배기가스의 흐름이 충분할 수 있는, 넓이가 이격된 지점에서 끝나고, 그 아래의 열기유도판(35)은 전면의 점검구(31)와 접해 있는 부분에서 시작하여 가스흐름이 원활할 수 있는 만큼의 공간이 이격된 지점에서 끝나는 방법으로 반복하여, 하단부는 배기가스챔버(39)와 만나는 열교환부의 가스배출구(37)와 접하게 하여 전체적으로 가스의 흐름이 거꾸로 흐르게 하였으며, 각 체류실 1칸의 단면적을 수직연소로(10)의 단면적의 2~3배가 되게 하여 열기의 흐름을 2~3배 둔화시켜 열기의 체류시간을 길게하여 충분한 열교환이 이루어지게 한다. 둔화된 열기의 흐름은 불티, 미립자 등을 낙하시켜 화재위험을 감소시키며 먼지 발생을 효과적으로 억제하게 된다.

연소실(14)에서의 초기 점화시에는 배기가스의 흐름을 원활히 이루어지게 하기 위하여 제1체류실(381)의 열기가 곧바로 배기될 수 있게 직접배기개폐문(391)을 열어 배기가스챔버(39)를 거쳐 연통연결구(394)내로 유입되어 연통과 배기가스챔버(39)를 일정시간 가열하게 하여 상승기류가 발생하게 한 후, 배기가스챔버(39)내의 온도가 설정온도 이상 오르게 된 후, 직접배기개폐문(391)을 닫아, 도 3의 열교환부의 제1체류실(381)에서 곧바로 직접배기개폐문(391) 및 연통연결구(394)을 거쳐 연통을 통하여 외기로 배출하던 경로를, 수직연소로(10)에서 발생된 고열의 열기를 제1체류실(381)에서 열기유도판(35)과 막혀있는 직접배기개폐문(391)에 의해 제2체류실(382) 및 제3체류실(383)로 변경함으로써, 연통에서 발생한 상승기류의 힘과 수직연소로(10)에서의 상승기류력에 의해 무리없이 위에서 아래로의 흐름을 유지하며 가스배출구(37)을 통하여 역순환으로 배출되게 된다.

배출압력조절문(392)은 도 1의 배기가스챔버(39)의 최상단 또는 연통 연결구에서 외부(외기)에 직접 연통되는 구조로 설치되는 것으로서, 배기가스챔버(39)의 온도가 일정시간 일정온도이상 지속될 경우에 한정하여 열림 위치로 전환되게 하여 연통에서 발생하는 상승기류력을 감쇄시켜 보일러 연소장치 전체의 흡기공기 속도를 떨어트려 수직연소로(10)의 온도를 일정부분 하향시키는 결과를 가져오게 하여 열효율을 개선 시킨다.

열기보존바람문(397) 및 그 개폐기구는 연소실(14)에 투입된 화목이 연소되어 소량의 숯 형태로만 남았을 경우, 배기가스챔버(39)의 온도가 연소실(14)에 화목 등이 없는 상태에서 설정온도 이하의 온도를 일정시간이상 유지할 경우 열기보존바람문(397)을 닫힘 위치에 있게 하여, 연소실(14)의 내부 및 열교환부 내부의 열을 더 이상 외기로 배출하지 않고 보존하게 하여 열교환부에서 찬 공기의 유입으로 인한 역 열교류가 발생하지 않게 하며, 그 외의 경우에는 항상 열어두어 원활한 배기가 이루어지게 한다. 연통연결구(394)는 열교환이 완전히 이루어진 폐 배기가스를 외부로 방출 하기 위한 통상의 연통연결구이다.

자동소화장치는 열교환부의 수직연소로챔버(101)의 상부에 형성되는 것으로서, 수직연소로(10)의 과열시에 작동하여 소화할 수 있는 살수헤드(681)와 급수관(682)으로 구성되며, 항상 고열에 노출되어 사용되는 수직연소로챔버(101), 수직연소로(10), 화염모임통(40)에서의 과열로 인한 화재 등을 예방하기 위하여 살수헤드(681)에 적정온도 이상의 열기가 도달하면, 자동 살수되는 구조의 일반적인 자동스프링클러 장치로서 직수관에 연결된 급수관(682)에 의해 급수되어 작동하게 된다.

도 5는 수직연소로(10)의 화목보일러에서의 1차공기급기관(20), 2차공기급기관(21), 3차공기급기관(22)의 사시도로서, 1차공기급기관(20)을 통하여 급기된 공기를 2차공기급기관(21)과 연소실(14)에 공급하는 구조를 보이며, 3차공기급기관(22)의 예열방법을 보여준다.

도 6은 화염모임통(40)의 상세도이며, 도 6의 (b)는 화염모임통(40)의 개구부 형상이며, 도 6의 (c)는 그 단면도이다.

상기의 연소장치부와 열교환부는 각각의 기능으로 분리 또는 결합되어 수직연소로의 화목연소장치, 열교환부, 화목보일러, 열풍기, 난로 등으로 바람직하게 사용되어질 수 있다.

10 : 수직연소로
101 : 수직연소로챔버
102 : 연소로중심관
11 : 하부수실함
110 : 수실
12 : 몸체
13 : 투입구개폐문
14 : 연소실
15 : 열차단판
150 : 단열층
16 : 재받이함
17 : 숯받침관
170 : 화염유도로
18 : 연기배출관
180 : 열기상승유도관
19 : 연기배출관개폐문
20 : 1차공기급기관
200 : 1차공기급기관개폐문
201 : 1차공기급기관개폐문제어모타
21 : 2차공기급기관
22 : 3차공기급기관
31 : 점검구
32 : 가열관
33 : 열교환부몸체
34 : 열교환부수실함
35 : 열기유도판
36 : 열교환부수실
37 : 가스배출구
38 : 체류실
381 : 제1체류실
382 : 제2체류실
383 : 제3체류실
39 : 배기가스챔버
391 : 직접배기개폐문
392 : 배출압력조절문
394 : 연통연결구
397 : 열기보존바람문
40 : 화염모임통
400 : 연소실후면개구부
401 : 와류유도관
60 : 제1가스배출온도검출쎈서
61 : 제2가스배출온도검출쎈서
62 : 제1급기구개폐제어모타
63 : 난방수입구
64 : 난방수출구
67 : 온도계
68 : 안전밸브
681 : 살수헤드
682 : 급수관

Claims (13)

1. 몸체(12)의 전방에는 땔감을 투입할 수 있는 투입구개폐문(13)이 형성되고, 상기 몸체(12)의 내부에는 상부에서 시작하여 일정한 길이를 내려온 후 그 좌우 폭이 점차 감소되는 호퍼형태의 열차단판(15)이 형성되며, 상기 열차단판(15)과 몸체(12)사이에는 고내열성의 단열재(150)로 충진되고, 상기 열차단판(15)으로 둘러싸인 공간은 연소실(14)로 구성되며, 상기 연소실(14)의 하부에는 재받이함(16)이 설치되고, 상기 연소실(14)의 후방에는 화염모임통(40)이 연소실(14)과 연통된 상태로 설치되며, 수직연소로(10)는 상기 화염모임통(40)과 수직연소로챔버(101)사이에 수직하게 설치되고, 상기 호퍼형태를 갖는 열차단판(15)의 하단 경사부에는 개구부가 하향으로 형성된 ㄷ형 화염유도로(170)가 다수개 형성되어, 숯과 재는 상기 재받이함(16)으로 흘러 내리고, 신선한 공기와 연소불꽃은 화염유도로(170)의 안내를 받으면서 상기 화염모임통(40)으로 보내지는 것을 특징으로 하는 화목연소장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 연소실(14) 하단의 재받이함(16)위에는 아래 부분이 개방되고 길이방향의 좌우면에 다수개의 구멍이 타공된 숯받침관(17)이 설치된 것을 특징으로 하는 화목연소장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 화염모임통(40)은 연소실(14)과 연통되는 것으로서, 凸형상의 개구된 입구를 가져 그 입구가 상부는 좁고 하부는 넓게 형성된 것을 특징으로 하는 화목연소장치.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 수직연소로(10)의 내부에는 2차공기급기관(21)이 아래에서 올라와 수직연소로(10)의 1/2높이까지 형성되고, 상기 2차공기급기관(21)의 상부에는 수직연소로(10)의 직경에 대해 1/3크기의 연소로중심관(102)이 설치된 것을 특징으로 하는 화목연소장치.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 수직연소로(10)의 하단 부분에 U자 형태가 거꾸로된 모양으로 일단이 연소실(14)에 연통되고, 타단이 수직연소로(10)를 관통하여 수직연소로(10)의 중앙에서 굽어 형성되는 와류유도관(401)이 설치된 것을 특징으로 하는 화목연소장치.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 연소실(14)의 천정에는 끝단이 수직연소로(10)에 수평으로 연통되는 연기배출관(18)이 설치되고, 상기 연기배출관(18)에는 상기 투입구개폐문(13)에 힌지 또는 로드로 연결되어, 상기 투입구개폐문(13)의 작동과 연동되는 연기배출관개폐문(19)이 장착된 것을 특징으로 하는 화목연소장치.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 연소실(14)의 상부의 후면에는 상기 수직연소로(10)의 단면적의 1/10~1/5 크기의 열기상승유도관(180)이 장착되되, 상기 열기상승유도관(180)은 연소실(14)과 수직연소로(10)에 연통되도록 장착된 것을 특징으로 하는 화목연소장치.
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