고체 연료 점화용 히터{Heater for solid fuel ignition}
본 발명은 고체 연료 점화용 히터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 적어도 하나의 홀이 형성되고 절연성의 열전도성 세라믹 재질로 이루어진 수용부의 내부에 발열부가 삽입됨으로써, 내구성이 향상되고 수용부의 길이 변화 없이 발열량을 높일 수 있는 고체 연료 점화용 히터에 관한 것이다.
보일러(boiler)는 연료를 연소시켜 그 연소열을 물에 전하여 증기를 발생시키는 장치이다. 화력발전용·선박 등의 동력장치로서 사용되고 있는 증기터빈에 고온고압의 증기를 공급하기 위해서나 각종 공장의 작업용으로, 또는 일반의 난방용 등에 증기를 공급하기 위하여 널리 사용되고 있다. 보일러의 주요부는 물과 증기를 담는 강철제용기(보일러 본체)와 연료의 연소장치 및 화로로 되어 있다. 상술된 보일러에서 연소되는 연료로는 화석 연료인 석탄, 액체인 석유, 그리고 기체인 도시 가스 등이 사용되고 있다. 그러나, 석탄 및 석유는 그 매장량이 제한되어 있어 지속적인 사용에 따른 가격 상승이 예상되고, 끝내는 그 자원이 고갈되어 사용할 수 없게 된다. 또한, 도시 가스에 경우에는 기체임에 따라 이송 및 보관이 어렵고, 각 가정이나 사용처로 공급하기 위해서는 배관 등의 시설물이 필요함에 따라 많은 비용이 필요하며, 폭발 등의 위험이 항상 상존한다. 이에, 왕겨, 톱밥, 잡목, 그리고 목재 칩 등의 값이 싸고 탈 수 있는 고체 연료를 이용한 보일러가 개발되고 있다. 고체 연료는 열량이 석탄, 석유 등과 비교하여 떨어지고, 연소가 어려워 연소에 따른 많은 에너지가 소요되는 문제점이 있었다. 이에 최근에는 목재를 압축하여 발열량이 높은 우드팰릿(wood pellet)이 개발되어 사용되고 있다. 우드 팰릿은 폐목재 등을 톱밥 형태로 분쇄한 후에 압축 가공하여 사용하는 것으로, 일반 나무보다 발열량이 높고 연소율도 95%에 달해 잔해를 거의 남기지 않는다. 탄소 배출량도 일반 경유의 12분의 1 수준에 불과해 친환경 연료로 각광받고 있다. 이와 같이, 고체 연료도 발열량을 높이면서 재의 발생을 줄일 수 있어 이에 대한 보일러가 지속적으로 개발되고 있다. 이때 고체 연료를 이용한 보일러 는 연소 장치에 투입된 고체 연료를 가열된 공기를 이용하여 점화시키는 히터가 설치되어 있어야 한다. 종래의 고체 연료 점화용 히터는 외부로부터 인가되는 전류에 의해 발열되는 발열체의 보호를 위해 금속으로 피복되며, 금속과 발열체 사이에 절연재가 충진되어 사용되고 있다. 그러나 고체 연료 점화용 히터는 연소 장치의 내부에서 고열에 장시간 노출되므로 금속 피복이 산화되어 벗겨져서 내구성이 약한 문제점이 있다. 따라서, 적어도 하나의 홀이 형성되고 절연성의 열전도성 세라믹 재질로 이루어진 수용부의 내부에 발열부가 삽입됨으로써, 내구성이 향상되고 수용부의 길이 변화 없이 발열량을 높일 수 있는 고체 연료 점화용 히터가 요구된다.
본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위해 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 적어도 하나의 홀이 형성되고 절연성의 열전도성 세라믹 재질로 이루어진 수용부의 내부에 발열부가 삽입됨으로써, 내구성이 향상되고 수용부의 길이 변화 없이 발열량을 높일 수 있는 고체 연료 점화용 히터를 제공하는 것이다. 본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 고체 연료 점화용 히터는, 고체 연료 보일러의 연소 장치에 투입된 고체 연료를 가열된 공기를 이용하여 점화시키는 고체 연료 점화용 히터에 있어서, 외부로부터 인가되는 전류에 의해 가열되어 열을 발생시키는 발열체가 구비된 발열부 및 내부에 상기 발열부가 삽입되는 적어도 하나의 홀이 형성되고, 상기 발열부에서 발생된 열을 전달받아 상기 공기를 가열시키는 수용부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 수용부는 절연성의 열전도성 세라믹 재질인 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 수용부는 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화규소 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 적어도 하나의 홀은 상기 수용부의 양단부를 관통하도록 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 적어도 하나의 홀은 상기 수용부의 길이 방향으로 길게 형성되고, 적어도 2개 이상이 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 발열부는 상기 2개 이상의 홀 각각을 순차적으로 관통하도록 삽입되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 수용부는 상기 적어도 하나의 홀과 연통되는 적어도 하나의 홈부가 측면에 형성되며, 상기 수용부의 외부로 노출된 상기 발열부는 상기 적어도 하나의 홈부를 통과하여 상기 수용부의 측면에 지지되는 것을 특징으로 한다. 기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 고체 연료 점화용 히터에 따르면, 절연성의 열전도성 세라믹 재질로 이루어진 수용부의 내부에 발열부가 삽입됨으로써, 고열에 장시간 노출되어도 산화되거나 피복이 벗겨지지 않기 때문에 내구성이 향상될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따른 고체 연료 점화용 히터에 따르면, 적어도 하나의 홀은 수용부의 양단부를 관통하도록 형성됨으로써, 수용부 외부의 공기를 가열시키는 것뿐만 아니라 적어도 하나의 홀의 내부를 통과하는 공기 또한 가열시킬 수 있으므로 점화 효율이 향상될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따른 고체 연료 점화용 히터에 따르면, 적어도 하나의 홀은 수용부의 길이 방향으로 길게 형성되고, 적어도 2개 이상이 형성됨으로써, 적어도 하나의 홀의 개수가 늘어남에 따라 수용부의 길이 변화 없이 발열량이 높아질 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따른 고체 연료 점화용 히터에 따르면, 적어도 하나의 홀이 일정한 간격을 두고 평행하게 형성됨으로써, 2개 이상의 홀 각각을 순차적으로 관통하도록 삽입되는 발열부는 서로 접촉되는 부분이 생기지 않으므로 쇼트와 같은 현상이 발생하지 않는다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따른 고체 연료 점화용 히터에 따르면, 적어도 하나의 홀과 연통되는 적어도 하나의 홈부가 측면에 형성됨으로써, 수용부의 외부로 노출된 발열부가 공기 유입 통로인 적어도 하나의 홀을 가리지 않으면서 수용부의 측면에 안정적으로 지지될 수 있으므로 점화 효율이 향상될 수 있다. 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고체 연료 점화용 히터가 연소 장치에 설치된 상태를 나타내는 설치 상태도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고체 연료 점화용 히터의 구조를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 고체 연료 점화용 히터를 나타내는 사시도 및 배면을 나타내는 부분 확대 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 고체 연료 점화용 히터를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 고체 연료 점화용 히터를 나타내는 종단면도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 고체 연료 점화용 히터의 배면을 나타내는 부분 확대 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 고체 연료 점화용 히터를 나타내는 정면도 및 배면도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다. 이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 고체 연료 점화용 히터를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고체 연료 점화용 히터가 연소 장치에 설치된 상태를 나타내는 설치 상태도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고체 연료 점화용 히터의 구조를 나타내는 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 고체 연료 점화용 히터(1)는 고체 연료 보일러의 연소 장치(10)에 투입되는 고체 연료를 가열된 공기를 이용하여 점화시키도록 설치될 수 있다. 고체 연료는 펠릿 연료 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 공기는 연소 장치(10)의 일측에 설치된 송풍기(20)로부터 공급될 수 있으며, 고체 연료 점화용 히터(1)에 의해 가열될 수 있다. 한편, 도 1에서는 고체 연료 점화용 히터(1)가 고체 연료 보일러에 사용된 예를 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 당업자에 의해 얼마든지 변경 가능하다. 예를 들어, 고체 연료 점화용 히터(1)는 난로 등의 다양한 가열 장치에 사용될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 고체 연료 점화용 히터(1)는 발열부(100) 및 수용부(200)를 포함하여 구성될 수 있다. 발열부(100)는 외부로부터 인가되는 전류에 의해 가열되어 열을 발생시키는 발열체(111)가 구비될 수 있다. 발열부(100)의 발열체(111)는 후술할 수용부(200)의 적어도 하나의 홀(210)의 내부에 삽입될 수 있다. 이때 수용부(200)의 내부에 위치한 발열체(111)는 니켈-크로뮴 합금(니크롬선), 철-크로뮴-알루미늄 합금, 니켈-크로뮴-철 합금 등과 같이 전기 저항이 큰 합금 저항선을 나선형으로 구부린 스프링 형상으로 형성될 수 있다. 한편, 발열체(111)의 일단부(111a) 및 타단부(111b)는 수용부의 외부로 노출되어 외부로부터 전류를 인가받을 수 있다. 본 발명에서는 하나의 발열체(111)가 동일한 재질로 구성된 예를 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 당업자에 의해 얼마든지 변경 가능하다. 예를 들어, 수용부(200)의 내부에 수용된 발열체(111)와 수용부(200)의 외부에 노출된 일단부(111a) 및 타단부(111b)는 서로 다른 재질로 이루어져서 납땜(Soldering), 용접(Welding) 등의 다양한 공지 기술에 의해 연결되어 형성될 수도 있다. 수용부(200)는 내부에 발열부(100)가 삽입되는 적어도 하나의 홀(210)이 형성되고, 발열부(100)에서 발생된 열을 전달받아 공기를 가열시킬 수 있다. 즉, 수용부(200)는 열을 발생시키는 발열부(100)를 감싸 외부와 격리시켜 발열부(100)를 보호하는 역할을 수행함과 동시에, 전류에 의해 발열부(100)에서 발생한 열을 외부로 전달하는 역할을 수행할 수 있다. 이러한 수용부(200)는 절연성의 열전도성 세라믹 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 예를 들어 수용부(200)는 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화규소 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 이와 같이, 금속으로 피복된 종래의 고체 연료 점화용 히터와는 달리 본 발명의 고체 연료 점화용 히터는 열전도성 세라믹 재질로 이루어지기 때문에 고열에 장시간 노출되어도 산화되거나 피복이 벗겨지지 않는다. 따라서 내구성이 향상될 수 있다. 발열부(100)가 삽입되는 적어도 하나의 홀(210)은 수용부(200)의 양단부를 관통하도록 형성될 수 있다. 이때 적어도 하나의 홀(210)은 스프링 형상의 발열부(100)를 감쌀 수 있도록 스프링 형상의 발열부(100)의 직경보다 크거나 같은 직경을 가지고 관통된 중공 홀의 형상을 가질 수 있다. 이러한 구조로 인해, 발열부(100)는 수용부(200) 외부의 공기를 가열시키는 것뿐만 아니라 적어도 하나의 홀(210)의 내부를 통과하는 공기 또한 가열시킬 수 있으므로 점화 효율이 향상될 수 있다. 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 고체 연료 점화용 히터를 나타내는 사시도 및 배면을 나타내는 부분 확대 사시도이다. 도 3를 참고하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 고체 연료 점화용 히터는 도 1 및 도 2에 따른 고체 연료 점화용 히터와 일부 구성이 유사함에 따라 차이가 있는 구성을 위주로 설명하면 다음과 같다. 수용부(200)는 적어도 하나의 홀(210)과 연통되는 적어도 하나의 홈부(220)가 측면에 형성될 수 있다. 이때 수용부(200)의 외부로 노출된 발열체(111)의 일단부(111a) 및 타단부(111b)는 적어도 하나의 홈부(220)를 통과하여 수용부(200)의 측면에 지지될 수 있다. 이러한 구조로 인해, 발열체(111)의 일단부(111a) 및 타단부(111b)가 공기 유입 통로인 적어도 하나의 홀(210)을 가리지 않으면서 수용부(200)의 측면에 안정적으로 지지될 수 있으며, 점화 효율이 향상될 수 있다. 본 발명에서는 적어도 하나의 홈부(220)가 2개인 예를 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 적어도 하나의 홈부(220)의 개수는 당업자에 의해 얼마든지 변경 가능하다. 도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 고체 연료 점화용 히터를 나타내는 사시도이고, 도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 고체 연료 점화용 히터를 나타내는 종단면도이며, 도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 고체 연료 점화용 히터의 배면을 나타내는 부분 확대 사시도이다. 도 4 내지 도 6을 참고하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 고체 연료 점화용 히터는 도 1 내지 도 3에 도시된 고체 연료 점화용 히터와 달리 2개의 홀(210)이 형성된다. 2개의 홀(210)은 수용부(200)의 길이 방향으로 길게 형성되고, 발열부(100)는 2개의 홀(210) 각각을 순차적으로 관통하도록 삽입될 수 있다. 예를 들어 발열부(100)는 제1 홀(211)의 일단으로부터 타단으로 삽입된 후, 제2 홀(212)의 타단으로부터 일단으로 삽입될 수 있다. 이와 같이, 적어도 하나의 홀(210)의 개수가 1개에서 2개로 늘어나면서 수용부(200)에 삽입되는 발열체(111)의 길이 또한 연장되기 때문에, 수용부(200)의 길이가 변화되지 않더라도 발열량이 높아질 수 있다. 또한 적어도 하나의 홀(210)은 일정한 간격을 두고 평행하게 형성되므로 발열부(100)는 서로 접촉되는 부분없이 2개의 홀(210) 각각을 순차적으로 관통하도록 삽입될 수 있다. 따라서 불필요한 접촉 등으로 인해 전류가 루트 밖으로 흐르는 쇼트(short)와 같은 현상이 발생하지 않는다. 본 발명에서는 수용부(200)가 원통 형상을 가지고, 적어도 하나의 홀(210)이 2개인 예를 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 수용부(200)의 형상 및 적어도 하나의 홀(210)의 개수는 당업자에 의해 얼마든지 변경 가능하다. 도 7a은 본 발명의 제4 실시예에 따른 고체 연료 점화용 히터를 나타내는 정면도이고, 도 7b는 본 발명의 제4 실시예에 따른 고체 연료 점화용 히터를 나타내는 배면도이다. 도 7를 참고하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 고체 연료 점화용 히터는 도 4 내지 도 6에 도시된 고체 연료 점화용 히터와 달리 4개의 홀(210)이 형성된다. 4개의 홀(210)은 수용부(200)의 길이 방향으로 길게 형성되고, 제1 홀(211), 제2 홀(212), 제3 홀(213), 제4 홀(214)로 구성될 수 있다. 이때 발열부(100)는 제1 홀(211)의 일단으로부터 타단으로 삽입된 후, 제2 홀(212)의 타단으로부터 일단으로 삽입된다. 그 후 발열부(100)는 제3 홀(213)의 일단으로부터 타단으로 삽입되고, 마지막으로 제4 홀(214)의 타단으로부터 일단으로 삽입될 수 있다. 이와 같이, 적어도 하나의 홀(210)의 개수가 2개에서 4개로 늘어날 경우, 2개일 때보다 수용부(200)에 삽입되는 발열부(100)의 길이가 더 연장될 수 있으므로, 수용부(200)의 길이 변화 없이 발열량이 높아질 수 있다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 고체 연료 점화용 히터의 경우, 절연성의 열전도성 세라믹 재질로 이루어진 수용부의 내부에 발열부가 삽입됨으로써, 고열에 장시간 노출되어도 산화되거나 피복이 벗겨지지 않기 때문에 내구성이 향상될 수 있다. 한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 고체 연료 점화용 히터
10: 연소 장치 20: 송풍기
100: 발열부 111: 발열체
111a: 발열체의 일단부 111b: 발열체의 타단부
200: 수용부 210: 적어도 하나의 홀
211: 제1 홀 212: 제2 홀
213: 제3 홀 214: 제4 홀
220: 적어도 하나의 홈부 |
