薪ボイラー

本発明は薪ボイラーに関し、より詳しくは、木材を主原料にして熱エネルギーを得ることができる薪ボイラーに関する。

一般に、ボイラーはエネルギー源が燃焼しながら発生する燃焼熱を利用して、常温の水を加熱させ、加熱された水を室内の底に埋設されたパイプ内を循環させて暖房させるようにするか、給湯温水を使うことができるようにするためのものである。このように熱エネルギーを得るために燃焼させるエネルギー源によって、電気ボイラー、ガスボイラー、油類ボイラー、油類とガスの長所を有する油類兼用電気ボイラーなどがある。

上記ガスボイラー、電気ボイラー及び油類兼用電気ボイラーなどは、点火、燃焼、消火などの機能を容易に制御することができるので、家庭や施設物などで広く使われている。

しかしながら、最近、電気及び油類などのエネルギー価格が継続的に上昇しており、特に、韓国の場合には、エネルギー資源が乏しくて、大部分を外国から輸入している実情から、上記のように費用の高いエネルギーをエネルギー源として使うボイラーを使うことは経済的負担が大きい。

従って、代替エネルギーの開発が活発に行われており、その中の一つが低費用で容易に手に入れることができる木材などを燃料にして使うことができる薪ボイラーが最近になって注目されている。

ところが、薪ボイラーは主エネルギー源である木材の燃焼特性上、既存の電気や油類、ガスなどのようにエネルギー源の供給及び遮断が自由にできなくて、その点火、燃焼、消火などを容易に制御することができないという不便があった。

このような不便を改善するために、木材の燃焼の時、空気の供給を遮断した薪ボイラーが提案された。しかし、空気の供給を制御しても木材の種類、木材の太さや大きさ及び木材の水気含有程度、火種の保存時間、使用者の性向などの多様な外部要因によってやはり点火、燃焼及び消火時期を制御しにくいという問題点があった。

即ち、木材の消火後、次の燃焼のための点火火種が消えないように保持するための適正酸素供給の基準値を決めにくくて、火種が消えてしまって、再燃焼が困難であったり、酸素の過剰供給によって不必要な燃焼が行われて、過熱及び燃料が無駄使いされる問題があった。

また、木材が燃焼されながら発生する熱エネルギーが大部分煙突を通じて外部に排出されるため、エネルギーの損失が多いという問題点があり、且つ火力の調節が難しくてボイラーの低湯水の温度を一定に保持することが難しいという問題点がある。

本発明の目的は、上述した問題点を解決するためのもので、酸素の供給量を制御して火種が消える現象及び過燃焼を效率的に防止することができる薪ボイラーを提供することにある。

本発明の他の目的は、木材の燃焼の時発生するエネルギーの熱效率を高め、長期間使用しながらも低湯水の温度を制御することができるように改善された薪ボイラーを提供することにある。

上記目的を達するための本発明の薪ボイラーは、木材燃料及び燃焼空気を投入するための投入口と、煙突が連結されるように上部に形成される排煙出口と、上記排煙出口に隣接して形成される空気投入孔と、低湯水が収容される低湯水収容部とを有するボイラー本体と;上記投入口を開閉させるように上記ボイラー本体に設置され、上記投入口を塞いだ状態で上記ボイラー本体内部に外部空気を選択的に供給及び遮断するメイン開閉ユニットと;上記メイン開閉ユニットを通じる外部空気の投入が遮断される場合、外部空気を上記ボイラー本体の内部に供給する補助開閉ユニットと;上記低湯水の温度を感知する温度センサーと;上記温度センサーで感知された温度情報に基づいて上記メイン開閉ユニットを通じる空気の投入及び遮断を制御する制御部とを含み、上記低湯水収容部は上記ボイラー本体の全体にかけて一体に形成され、上記メイン開閉ユニットを通じる外部空気の投入が遮断される場合、上記補助開閉ユニットを通じて外部空気が上記ボイラー本体の内部に供給されて上記木材燃料の火種を保持することを特徴とする。

一実施例によれば、上記ボイラー本体の内部には、その内部空間を上部及び下部に隔離するように設置される火室天井部材がその内部を横切るように設置され、上記ボイラー本体の内部空間は、上記火室天井部材の下部に設けられて、上記木材燃料を燃焼させるための燃焼室と、上記火室天井部材の上部に設けられて、上記燃焼室と上記排煙出口とを連結する連結通路とに分けられることができる。

一実施例によれば、上記火室天井部材は上記ボイラー本体の内部空間で水平方向に横切るように設置され、内部に上記低湯水収容部を有することができる。

一実施例によれば、上記火室天井部材の下面には所定深さに凹まれるように形成されて、上記燃焼室の熱気が留まるようにする陷沒部が形成され、上記火室天井部材の上面は上記排煙出口方へ行くほど上向きに傾斜するように形成されることができる。

一実施例によれば、上記連結通路と上記排煙出口との境界部分に位置されるように、上記連結通路の天井に設置されて、上記連結通路を通じて外部へ排出される燃焼熱気を停滞させる遮断部材をさらに含むことができる。

一実施例によれば、上記低湯水収容部に収容された低湯水が加熱されて、上記低湯水収容部内の圧力が上昇する時、上記低湯水収容部内の圧力によって回動されながら圧力を下降させるように、上記ボイラー本体の上部に回動可能に設置される圧力調節部材をさらに含むことができる。

一実施例によれば、上記メイン開閉ユニットは、上記投入口を開閉させるように、上記ボイラー本体に設置され、上記投入口側に外部空気を注入するように形成される空気注入口を有するメイン開閉ドアと;上記メイン開閉ドアの内部に設置されて、上記制御部によって駆動制御され、駆動の時、外部空気を上記空気注入口を通じて上記ボイラー本体の内部空間に供給する送風機と;上記空気注入口を遮断する遮断位置と開放させる開放位置との間を移動可能に上記メイン開閉ドアに結合される通風口開閉部材と;上記制御部の制御信号によって駆動されて、上記通風口開閉部材を上記開放位置と遮断位置との間で移動させる開閉モーターと;を含むことができる。

一実施例によれば、上記補助開閉ユニットは、上記空気投入孔を開閉させるように、上記ボイラー本体に設置され、空気が流入される中間流入口と、空気が排出される中間排出口が互いに離間されるように形成された補助開閉ドアと;上記補助開閉ドアの前面に結合されて、外部空気が流入される外側流入口が形成された外側ドアと;上記補助開閉ドアの背面に結合され、上記中間排出口を通じて排出された空気を上記ボイラー本体の内部に流入させる内側流出口が形成された内側ドアとを含むことができる。

一実施例によれば、上記外側流入口は上記外側ドアの下部領域に配置され、上記中間流入口は上記補助開閉ドアの下部領域に配置され、上記中間排出口は上記補助開閉ドアの上部領域に配置され、上記内側流出口は上記内側ドアの下部領域に配置され、外部空気は上記ボイラー本体の内部に流入され、上記ボイラー本体の内部の燃焼ガスは上記ボイラー本体の外部へ排出されることができない。

本発明の薪ボイラーによれば、メイン開閉ユニットと補助開閉ユニットの制御によって空気量が制御されて、火種は保存されるが過燃焼されないように保持されることができる。

特に、メイン開閉ユニットが閉鎖された状態で、内部圧力によって補助開閉ユニットを通じて微細量の外部空気が吸入されながら流入されて、火種が消えないで保持されることができる。

火種が消えないで保持されるので、木材燃料の燃焼、消火、点火を容易に制御することができる。従って、木材燃料の特性を克服して、木材燃料の使用を最小化しながら、低湯水を所定温度に保持させることができ、火種を長時間保持させることによってボイラーの管理が容易になるという長所がある。

従って、既存の薪ボイラーで暖房のために一日に数回ずつ木材燃料を投入しなければならないが、これに対して、本発明の場合には、一日1回木材燃料を投入しても、必要な時点だけ選択的に燃焼させ、火種のみを長時間保存させることができることによって、燃料を一回投入するだけで、一日またはそれ以上暖房を保持することができるという長所があって、保持管理が容易であるという長所がある。

また、低湯水が加熱されて低湯水収容部の内部圧力が上昇しても、圧力調節部材が圧力によって移動されて開放されながら圧力を調節することによって爆発などを防止して安全性を高めることができる。

本発明の実施例による薪ボイラーの外部構成を示す斜視図である。

図1に示す薪ボイラーの燃焼中止状態と燃焼状態の断面構成を概略的に示した断面図である。

図1に示す薪ボイラーの燃焼中止状態と燃焼状態の断面構成を概略的に示した断面図である。

本発明による薪ボイラーのメイン開閉部の構成を示した図面である。

本発明による薪ボイラーのメイン開閉部の構成を示した図面である。

本発明によるメイン開閉部の通風口開閉部材の動作過程を示した例示図である。

本発明によるメイン開閉部の通風口開閉部材の動作過程を示した例示図である。

本発明による薪ボイラーの補助開閉部の構成を示した図面である。

本発明による薪ボイラーの補助開閉部の構成を示した図面である。

本発明による薪ボイラーの補助開閉部の構成を示した図面である。

以下添付された図面を参照して本発明の実施例による薪ボイラーを詳しく説明する。

図1、図2及び図3によれば、本発明の実施例による薪ボイラー1は、ボイラー本体10と、ボイラー本体10の下部領域に設置されるメイン開閉ユニット20と、上記ボイラー本体10にメイン開閉ユニット20の上部領域に設置される補助開閉ユニット30と、ボイラー本体10内部の低湯水の温度を感知する温度センサー40と、低湯水の温度によってメイン開閉ユニット20の開閉を制御する制御部50とを備える。

ボイラー本体10は、その内部に木材燃料を燃焼させて熱エネルギーを発生させるための内部空間11を有する。そして、ボイラー本体10の前面には木材燃料を投入するための投入口12と空気投入孔13が上下に形成され、上部には煙突70が連結される排煙出口14が形成される。投入口12は空気投入孔13より低い位置に形成され、空気投入孔13より大きい大きさに形成される。

また、ボイラー本体10は低湯水Wが収容されるように低湯水収容部15を有し、低湯水収容部15はボイラー本体10の全体にかけて一体に形成される。低湯水収容部15に収容された低湯水は、内部空間11で燃焼される木材燃料の燃焼熱によって加熱されて、必要な使用先(暖房のための場所または給湯使用先を含む)に供給されることができる。この時、低湯水収容部15内には暖房配管Aが備えられることができる。

そして、低湯水収容部15の低湯水Wは、低湯水収容部15を100%満たさないで、所定余裕空間15aを有するように満たされる。余裕空間15aは適切に設計されることができる。低湯水収容部15の内部にはボールタップ19aが移動軸19bに沿って回動可能に設置されて、低湯水Wの水位を感知する。ボールタップ19aで感知された水位によって自動給水装置19cが低湯水を補充する。自動給水装置19cは給水供給ライン(図示しない)と連結される。

また、排煙出口14に隣接して空気投入孔13が形成され、空気投入孔13は投入口12が完全に閉められた状態で、内部空間11内で火種が完全に消火されないで、長時間保存されることができるように補助開閉ユニット30を通じて最小限の外部空気を供給するために形成される。

ボイラー本体10の上部には低湯水収容部15の低湯水Wが加熱されて内部圧力が上昇される場合、ボイラー本体10の爆発などを防止するように、低湯水収容部15の圧力を外部へ抜き取るための圧力調節部材60が設置される。圧力調節部材60はボイラー本体10の上部に形成された圧力排出口16に回動可能に設置され、好ましくは、所定圧力以上の圧力が発生する時に圧力によって強制的に回動されて、圧力が外部に排出されるようにし、所定圧力以下に落ちると、自重によって復帰されて圧力排出口16を閉めるようになる。

このように、自重によって回動して復帰されるように圧力調節部材60を設置することによって、長時間使用する際に蒸気に露出されても故障や作動不良が発生されなくなる。即ち、例えば、圧力タンクなどに用いられる安全弁を設置する場合には、低湯水Wが水であることから、長時間使用すると蒸気に安全弁が露出されて酸化されることによって故障の原因になり、この場合、圧力調節が正常に行われなくて、爆発の危険性が高い。一方、本発明のように、重量を有する圧力調節部材60を設置することによって、爆発危険からボイラー本体10を安全に保護して、安全事故を防止することができる。

ボイラー本体10の内部空間11は下部の燃焼室11aと上部の連結通路11bと分けられる。燃焼室11aと連結通路11bを区切るように、ボイラー本体10の内部には火室天井部材17が設置される。上記火室天井部材17は上記内部空間11を上部及び下部に隔離するようにボイラー本体10の内部で水平方向に設置され、低湯水Wが収容される低湯水収容部15を有する。火室天井部材17の下部には木材燃料を燃焼させるための燃焼室11aが形成され、火室天井部材17の上部には燃焼室11aと排煙出口14とを連結する連結通路11bが形成される。

火室天井部材17はその下面が所定深さに凹まれて形成されて、燃焼室11aに燃焼の際発生される熱気、即ち、熱エネルギーが留まるように陷沒部17aが形成される。そして、上記火室天井部材17の上面は上記排煙出口14の方へ行くほど上向きに傾斜されるように形成された傾斜面17bであれば良い。傾斜面17bによって上記連結通路11bは火室天井部材17の端部から排煙出口14の方へ行くほどその幅が漸進に減少する。そして、連結通路11bの端部に排煙出口14と空気投入孔13がそれぞれ形成される。このように、上記傾斜面17bを形成することによって、燃焼室11aで生成されて、連結通路11bで移動していた木草液を煤と一緒に再び燃焼室11aに流して灰再燃焼させることができて、燃料の效率を高め、且つ木草液のボイラー外部への排出による使用者の不便を防止することができる。

また、木草液と煤の発生を最小化させることによって、連結通路11bはもちろん煙突70内部の汚染を抑制して、使用者がボイラー本体10の内部及び煙突70を掃除するなどの管理費用及び労動力を減らすことができて、メンテナンス費用を低減することができるようになる。

一方、陷沒部17aの内部には燃料によって生成された火炎の移動を妨害して、燃焼室11aの内部で火炎の停滞時間を増加させる干渉棒Bが複数備えられる。干渉棒Bによって、火炎は、図3に示したように、干渉棒Bを越えて移動するので、燃焼室11aの内部での滞留時間が増加され、高熱を受ける電熱面積が増加されて燃焼熱の回収率を大幅に高めることができる。

これによって、燃焼室11aで燃焼する際に発生した熱気の大部分は火室天井部材17の下部の陷沒部17aに留まりながら、火室天井部材17を充分加熱し、その冷えた熱気は、図3の矢印方向に移動して連結通路11bを通じて排煙出口14から排出される。

この時、完全に燃焼されていない燃焼ガスが連結通路11bに暫く留まりながら2次的に燃焼されることができるように、連結通路11bと排煙出口14との境界部分には遮断部材18が設置される。遮断部材18は連結通路11bの天井に設置されることによって、連結通路11bを通じて移動する燃焼ガス及び熱気などが高温で留まりながら不完全燃焼ガスに酸素が供給されて、2次燃焼とともに木草液を燃やし、熱エネルギーが排煙出口14から排出されることを引き延ばすことによって熱效率を高めることができる。

図4a〜図4cは本発明の薪ボイラー1のメイン開閉ユニット20の構成を示した斜視図、断面図及び概路図を示した図面である。

図示したように、メイン開閉ユニット20は投入口12を開閉させるようにボイラー本体10の外側に設置される。メイン開閉ユニット20は制御部50の制御によって開閉され、ボイラー本体10の内部への酸素供給を制御する。メイン開閉ユニット20はメイン開閉ドア21と、メイン開閉ドア21の内側に結合された結合板23と、第2空気注入口22aを選択的に開閉する通風口開閉部材24と、第2空気注入口22aを通じて酸素を供給する送風機25と、通風口開閉部材24を駆動させる開閉モーター27とを含む。

メイン開閉ドア21は投入口12の全体を選択的に開閉させることができるように、ボイラー本体10の外側に回動可能に設置される。メイン開閉ドア21は投入口12側に外部の空気を注入するようにする第1空気注入口21aを有し、内部に送風機25と通風口開閉部材24及び開閉モーター27が設置されることができる空間を有する。

メイン開閉ドア21は少なくとも二重ロッキング装置(図示しない)によって安全に投入口12を閉鎖させた状態を保持することができるように設置され、木材燃料を燃焼室11aに投入しようとする際にはメイン開閉ドア21を回動させて投入口12を開放させることができる。

メイン開閉ドア21の外側面には外部から空気が流入される第1空気注入口21aが形成され、メイン開閉ドア21の内側面には第1空気注入口21aを通じて供給された空気をボイラー本体10内部に流入させる第2空気注入口22aが備えられる。

第2空気注入口22aに流入された空気はメイン開閉ドア21の内側に結合された結合板23上に形成された空気排出口23aを通じてボイラー本体10に流入される。

送風機25はメイン開閉ドア21の内部に設置され、駆動の時、外部空気を上記空気注入口21a、22a、23aを通じて燃焼室11aの内部に供給することができる。このような送風機25は制御部50の駆動信号によって駆動及び停止されるように制御される。送風機25が駆動されながら外部空気を燃焼室11aに供給すると、燃焼室11aの木材燃料が外部空気を受けて燃焼状態を保持して、燃焼エネルギーを発生させることができる。そして、送風機25の停止時には、第2空気注入口22aが通風口開閉部材24によって密閉されて、外部空気が供給されないので、燃焼室11a内の木材燃料は燃焼されなくなる。

通風口開閉部材24はメイン開閉ドア21と隣接して配置された複数の空気注入口21a、22a、23a中の何れか一つ、好ましくは中間に位置した空気注入口22aを選択的に開放及び閉鎖させるようにメイン開閉ドア21に設置される。

通風口開閉部材24は、図5a及び図5bに示したように、開閉モーター27によって回動可能に備えられる。通風口開閉部材24は第2空気注入口22aを遮断する遮断位置(図5bの状態)と、第2空気注入口22aを開放させる開放位置(図5aの状態)との間で移動可能に設置される。

通風口開閉部材24の板面には第2空気注入口22aと位置整列されるように備えられた開閉口24aが貫通形成される。通風口開閉部材24は、ボイラー本体10の内部に空気を流入させる場合、開閉モーター27によって開閉口24aと第2空気注入口22aとが一列に配置されるように開放位置に回動される。これによって空気が連通して移動することができる。

一方、空気流入を遮断する場合、通風口開閉部材24は、図5bに示したように、開閉モーター27によって遮断位置に回動されて開閉口24aと第2空気注入口22aの位置が相互ズレながら通風口22aを閉鎖する。これによって、ボイラー本体10の内部への空気流入が遮断される。

開閉モーター27は通風口開閉部材24を開放位置と遮断位置との間で移動されるように駆動させる両方向駆動モーターを備える。開閉モーター27は制御部50の制御信号によって、回転駆動及び停止されることによって、第2空気注入口22aを開放及び閉鎖させることができる。

通風口開閉部材24が摺動可能に設置される場合、開閉モーター27は両方向駆動モーターの代りにソレノイドまたは油圧シリンダーユニットであってもよく、その外にも多様な駆動装置が適用されることができることは当然である。

一方、メイン開閉ドア21と結合板23との結合領域にはパッキング部材22が備えられて気密が保持される。

図6a〜図6cは本発明による補助開閉ユニット30の構成を示した斜視図、分解斜視図及び断面図である。

補助開閉ユニット30はメイン開閉ユニット20によってボイラー本体10への空気流入が遮られた場合、最小量の空気をボイラー本体10の内部に供給して、火種が消えないで保持されるようにする。

補助開閉ユニット30は、投入孔13に開閉可能に設置される補助開閉ドア31と、補助開閉ドア31の外側に設置される外側ドア32と、補助開閉ドア31の内側に設置される内側ドア34とを含む。

補助開閉ドア31の両側壁には外側ドア32から空気が流入される中間流入口31aと、中間流入口31aに流入された空気を排出する中間排出口33aとが備えられる。

外側ドア32の板面には外部空気を流入する外側流入口32aが備えられ、内側ドア34の板面には補助開閉ドア31を通過した空気をボイラー本体10内部に流出させる内側流出口34aが備えられる。

ここで、外側流入口32aと中間流入口31aは補助開閉ドア31の下部領域に配置され、中間排出口33aは補助開閉ドア31の上部領域に備えられる。また、内側流出口34aは下部領域に備えられる。

即ち、外側から内側に至る空気移動経路が、矢印に示すように、上下にジグザグ形態に配置されて、外部の空気はボイラー本体10内部の吸入圧力によって自然に流入されるが、ボイラー本体10内部の燃焼ガスは外部に排出されない。

このように補助開閉ユニット30を設置すれば、上記メイン開閉ユニット20によって投入口12が遮断されて、投入口12を通じて外部空気の供給が中止された状態で、空気投入孔13及び連結通路11bを通じて最小限の外部空気を燃焼室11aに供給することができる。このように、投入口12が遮断された状態では、木材燃料は燃焼されなくなり、空気投入孔13を通じて最小限の外部空気が供給されることによって、燃焼室11aで燃焼された木材燃料の火種が完全に消火されないで、長時間火種の状態に保持されることができる。

温度センサー40はボイラー本体10の低湯水収容部15に収容された低湯水Wの温度を感知するように設置される。この温度センサー40で感知された情報は制御部50に伝達される。

制御部50は温度センサー40で感知された温度情報に基づいて、メイン開閉ユニット20を通じる燃焼室11aへの外部空気の供給及び遮断を制御する。メイン開閉ユニット20を通じる外部空気の供給を遮断の時には補助開閉ユニット30を通じて最小限の外部空気がボイラー本体10の内部、即ち、燃焼室11aに供給されることができるようにすることによって、燃焼室11aでの薪の消火状態で火種を長時間保存させることができる。

制御部50は温度センサー40で感知された温度が基準温度以下になると、上記開閉モーター27を駆動制御して第2空気注入孔22aを開放させ、送風機25を駆動させて外部空気を投入口12を通じて燃焼室11aに投入されるようにすることによって、木材燃料の火力を大きくし、低湯水Wが基準温度になるまで木材燃料を燃焼させる。

そして、温度センサー40で感知された温度が基準温度に到逹すれば、制御部50は送風機25の駆動を中止させ、開閉モーター27を制御して空気投入孔13を閉鎖させることによって、投入口12を通じる外部空気の供給を遮断する。

この時、燃焼室11a内部の酸素不足で吸入力が発生されて補助開閉ユニット30を通じて内部に流入された酸素が燃焼室11aに拡散して移動される。それで、燃焼室11aでは木材燃料の燃焼が中止されてこれ以上の熱エネルギーが発生しなくなり、補助開閉ユニット30を通じて供給された最小限の外部空気によって燃焼室11aに残っていた火種が消えないで、火種状態で長時間保持されることができる。従って、火種状態で再び投入口12を通じて外部空気を大量供給すれば、再び燃焼が起きることによって、木材燃料にも関らず燃焼及び消火を容易に制御することができ、不必要な燃料の無駄使いを防止することができる。

本発明の薪ボイラーによれば、メイン開閉ユニットと補助開閉ユニットの制御によって空気量が制御されて火種は保存されるが、過燃焼が発生しないように保持されることができる。

特に、メイン開閉ユニットが閉鎖された状態で、内部圧力によって補助開閉ユニットを通じて微細量の外部空気が吸入されながら流入されて火種が消えないで保持されることができる。

火種が消えないで保持されるので、木材燃料の燃焼、消火、点火を容易に制御することができる。従って、木材燃料の特性を克服して、木材燃料の使用を最小化しながら低湯水を所定温度に保持させることができ、火種を長期間保持させることによってボイラーの管理が容易になるという利点があるので、産業上の利用可能性が十分である。

1:薪ボイラー 10:ボイラー本体 11a:燃焼室 11b:連結通路 12:投入口 13:空気投入孔 14:排煙出口 17:火室天井部材 17a:陷沒部 17b:傾斜部 18:遮断部材 19a:ボールタップ 19b:移動軸 19c:自動給水装置 20:メイン開閉ユニット 21:メイン開閉ドア 21a:第1空気注入口 22:パッキング部材 22a:第2空気注入口 23:結合板 23a:空気排出口 24:通風口開閉部材 24a:開閉口 25:送風機 27:開閉モーター 30:補助開閉ユニット 31:補助開閉ドア 31a:中間流入口 31b:中間排出口 32:外側ドア 32a:外側流入口 33:パッキング 34:内側ドア 34a:内側流出口 40:温度センサー 50:制御部 60:圧力調節部材 70:煙突