KR100519237B1

KR100519237B1 - 배기가스의 폐열 회수장치

Info

Publication number: KR100519237B1
Application number: KR10-2003-0099636A
Authority: KR
Inventors: 김대봉
Original assignee: 김대봉
Priority date: 2003-12-30
Filing date: 2003-12-30
Publication date: 2005-10-07
Also published as: KR20050068348A

Abstract

본 발명은 배기가스의 폐열 회수장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배기가스의 배출을 지연시킴과 동시에 온도가 낮아진 배기가스가 먼저 배출되도록 함으로써 폐열의 회수율을 증가시킬 수 있는 배기가스의 폐열 회수장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 배기가스의 폐열 회수장치는, 피가열 유체가 내부로 유입되기 위한 유입구와 내부로 유입된 피가열 유체가 외부로 유출되기 위한 유출구를 갖는 밀폐된 탱크와, 일단의 입구가 막힌 관체로서, 상기 입구가 막힌 일단의 단부가 상기 탱크의 내부에 수용되어 상기 탱크의 하부에 위치되고, 타단의 단부가 상기 탱크의 외부로 노출되어 그 입구가 보일러의 배기관에 연결된 배기가스 유입관과, 일단의 입구가 막힌 관체로서, 상기 입구가 막힌 일단의 단부가 상기 탱크의 내부에 수용되어 상기 탱크의 하부에 위치되고, 타단의 단부가 상기 탱크의 외부로 노출되도록 설치된 배기가스 배출관과, 상기 가온탱크의 내부에 수용되어 일단은 상기 배기가스 유입관의 소정 위치에 연결되고, 타단은 상기 배기가스 배출관의 소정 위치에 연결되며, 양단부 사이는 양단부 각각으로부터 상방을 향하여 연장된 적어도 하나 이상의 열교환관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배기가스의 폐열 회수장치{DEVICE FOR RECOVERING WASTE HEAT OF EXHAUST GAS}

본 발명은 배기가스의 폐열 회수장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배기가스의 배출을 지연시킴과 동시에 온도가 낮아진 배기가스가 먼저 배출되도록 함으로써 폐열의 회수율을 증가시킨 배기가스의 폐열 회수장치에 관한 것이다.

대한민국 공개실용신안공보 제87-18587호, 대한민국 등록실용신안공보 제20-0320168호, 대한민국 등록실용신안공보 제20-0304492호, 일본 공개특허공보 소59-56601호에는 보일러로부터 배출된 배기가스의 폐열을 이용하여 물과 같은 피가열 유체를 가열함으로써 폐열을 회수하기 위한 다양한 배기가스의 폐열 회수장치가 개시되어 있다.

일반적으로 배기가스의 폐열 회수장치는 기존의 보일러에 간단하게 설치할 수 있고 제작이 용이하도록 구조가 간단한 것이 바람직하다.

또한, 배기가스의 폐열 회수장치는 가능한 폐열의 회수율을 높일 수 있는 구조를 갖는 것이 중요하다.

본 발명의 목적은 기존의 보일러의 배기관에 간단하게 연결되고, 그 구조가 간단할 뿐만 아니라 폐열의 회수율을 높일 수 있는 배기가스의 폐열 회수장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 위한 본 발명에 따른 배기가스의 폐열 회수장치는, 보일러의 배기가스의 폐열을 이용하여 피가열 유체를 가열시키기 위한 배기가스의 폐열 회수장치에 있어서, 피가열 유체가 내부로 유입되기 위한 유입구와 내부로 유입된 피가열 유체가 외부로 유출되기 위한 유출구를 갖는 밀폐된 탱크와, 일단의 입구가 막힌 관체로서, 상기 입구가 막힌 일단의 단부가 상기 탱크의 내부에 수용되어 상기 탱크의 하부에 위치되고, 타단의 단부가 상기 탱크의 외부로 노출되어 그 입구가 보일러의 배기관에 연결된 배기가스 유입관과, 일단의 입구가 막힌 관체로서, 상기 입구가 막힌 일단의 단부가 상기 탱크의 내부에 수용되어 상기 탱크의 하부에 위치되고, 타단의 단부가 상기 탱크의 외부로 노출되도록 설치된 배기가스 배출관과, 상기 가온탱크의 내부에 수용되어 일단은 상기 배기가스 유입관의 소정 위치에 연결되고, 타단은 상기 배기가스 배출관의 소정 위치에 연결되며, 양단부 사이는 양단부 각각으로부터 상방을 향하여 연장된 적어도 하나 이상의 열교환관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 배기가스의 폐열 회수장치는, 상기 배기가스 유입관은 직선형의 관체이고, 지면에 대하여 수평으로 설치되며, 상기 배기가스 배출관은 직선형의 관체이고, 상기 배기가스 유입관과 나란하게 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 배기가스의 폐열 회수장치는, 상기 배기가스 유입관과 상기 배기가스 배출관은 같은 높이로 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 배기가스의 폐열 회수장치는, 상기 열교환관은 원호형으로 만곡된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 배기가스의 폐열 회수장치는, 상기 열교환관은 U자형으로 만곡된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 배기가스의 폐열 회수장치는, 상기 배기가스 배출관은 상기 배기가스 유입관보다 낮은 높이로 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 배기가스의 폐열 회수장치는, 상기 배기가스 배출관은 상기 배기가스 유입관에 연결된 단부로부터 상기 배기가스 배출관에 연결된 단부로 갈수록 곡률반경이 증가하도록 만곡된 것을 특징으로 한다.

이하에서는 도면에 도시된 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 배기가스의 폐열 회수장치를 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배기가스의 폐열 회수장치를 도시한 일부 절개 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 배기가스의 폐열 회수장치를 도시한 단면도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 배기가스의 폐열 회수장치(1)는 탱크(2)와, 배기가스 유입관(3)과, 배기가스 배출관(4)과, 열교환관(5)을 포함한다.

상기 탱크(2)는 밀폐된 용기로서 내부에 상기 배기가스 유입관(3), 열교환관(5) 및 배기가스 배출관(4)이 수용되어 설치된다. 상기 탱크(2)의 내부로는 물과 같은 피가열 유체가 유입되어 상기 배기가스 유입관(3), 열교환관(5) 및 배기가스 배출관(4)과 접촉되어 그 내부를 지나는 배기가스의 열에 의해 가열된다. 상기 탱크(2)에는 내부로 피가열 유체가 유입되기 위한 유입구(2a)가 구비되며, 상기 유입구(2a)로 유입되어 가열된 피가열 유체가 유출되기 위한 유출구(2b)가 구비된다. 일반적으로 피가열 유체의 유출입이 원활하도록 상기 유출구(2b)는 상기 유입구(2a)보다 높은 위치에 구비되는 것이 바람직하다. 도면은 상기 탱크(2)가 원통형으로 형성된 실시예를 도시한 것이다.

상기 배기가스 유입관(3)은 일단(3a)의 입구가 막힌 관체로서 타단(3b)의 입구가 보일러의 배기관(도면에 미도시)에 연결되어 내부로 상기 배기관으로부터 배기가스가 유입된다. 상기 배기가스 유입관(3)의 내부로 유입된 배기가스는 상기 열교환관(5)을 지나 상기 배기가스 배출관(4)을 통해 배출된다. 상기 배기가스 유입관(3)은 상기 입구가 막힌 일단(3a)의 단부가 상기 탱크(2)의 내부에 수용되어 상기 탱크의 하부에 위치되고, 타단(3b)의 단부가 상기 탱크(2)의 외부로 노출되도록 설치된다. 도면은 상기 배기가스 유입관(3)은 직선형이고 상기 원통형의 탱크(2) 일측단 벽의 하부를 관통하여 입구가 막힌 일단(3a)이 상기 탱크(2)의 타측단 벽에 근접되도록 수평으로 연장되어 상기 원통형인 탱크(2)의 축선과 나란하게 설치한 실시예를 도시한 것이다.

상기 배기가스 배출관(3)은 일단(4a)의 입구가 막힌 관체로서 상기 배기가스 유입관(3)으로 유입되어 상기 열교환관(5)을 지나온 배기가스를 배출하기 위한 것이다. 상기 배기가스 배출관(3)은 상기 입구가 막힌 일단(4a)의 단부가 상기 탱크(2)의 내부에 수용되어 상기 탱크의 하부에 위치되고, 타단(4b)의 단부가 상기 탱크의 외부로 노출되도록 설치된다. 도면은 상기 배기가스 배출관(4)은 직선형이고 상기 원통형의 탱크(2)의 타측단 벽의 하부를 관통하여 입구가 막힌 일단(3a)이 상기 탱크(2)의 일측단 벽에 근접되도록 수평으로 연장되어 상기 배기가스 유입관(3)과 같은 높이로 상기 배기가스 유입관(3)과 나란하게 설치된 실시예를 도시한 것이다.

상기 열교환관(5)은 내부를 지나는 배기가스의 열이 피가열 유체로 전달되도록 하기 위한 것으로 상기 탱크(2)의 내부에 수용 설치된다. 상기 배기가스와 피가열 유체사이의 열교환은 상기 배기가스 유입관(3)과 상기 배기가스 유출관(5)에서도 이루어지나 대부분은 상기 열교환관(5)에서 이루어진다. 상기 열교환관(5)의 일단은 상기 배기가스 유입관(3)의 소정 위치에 연결되고, 타단은 상기 배기가스 배출관(4)의 소정 위치에 연결된다. 상기 열교환관(2)은 열교환 효율을 높일 수 있도록 전체적으로 넓은 표면적을 갖도록 많은 개수가 설치되는 것이 바람직하다. 또한, 충분한 열교환을 위해 배기가스의 체류시간을 길게 하기 위하여 상기 열교환관(5)의 전체 단면적은 상기 배기가스 유입관(3)의 단면적보다 상당히 크게 함으로써 배기가스의 유속을 감소시키는 것이 바람직하다.

특히, 본 발명에 따른 배기가스의 폐열 회수장치(1)는 온도가 높은 배기가스가 열교환관(5)의 내부에 충분히 체류되도록 함으로써 열교환 효율, 즉 폐열의 회수율을 높일 수 있도록 한 것을 특징으로 한다. 도면을 참조하면, 상기 열교환관(5)은 상기 배기가스 유입관(3)에 연결된 일단과 상기 배기가스 배출관(4)에 연결된 타단 사이, 즉, 양단부 사이는 상기 양단부 각각으로부터 상방을 향하여 연장되어, 상기 열교환관(5)의 양단부 사이의 전부 또는 일부는 상기 배기가스 유입관(3)과 상기 배기가스 배출관(4)보다 높게 위치된다. 도면에는 상기 배기가스 유입관(3)과 상기 배기가스 배출관(4)이 동일한 높이에 설치되고 상기 열교환관(5)의 양단부 사이 전체가 상기 배기가스 유입관(3)과 상기 배기가스 배출관(4) 모두 보다 높게 설치된 실시예가 도시되어 있다. 이에 따라, 상기 배기가스 유입관(3)으로부터 상기 열교환관(5)의 내부로 유입된 배기가스는 열교환으로 온도가 떨어진 배기가스가 우선적으로 배기가스 배출관(4)으로 이동하게 되며, 상기 배기가스 유입관(3)과 상기 배기가스 배출관(4)보다 보다 높게 위치된 상기 열교환관(5)의 양단부 사이에는 상기 열교환관(5)의 최상부(5a)를 중심으로 비교적 온도가 높은 배기가스가 체류할 수 있게 된다. 특히, 본 발명에 따른 배기가스의 폐열 회수장치(1)는 상기 열교환관(5)의 양단부 사이는 양단부 각각으로부터 상방을 향하여 연장되기 때문에 양단부 사이에는 주위보다 높이가 높은 최상부(5a), 즉 극대 부분만이 형성되고 주위보다 높이가 낮은 부분, 즉 극소 부분은 형성되지 않는다. 따라서, 상기 열교환관(5)에는 온도가 낮은 배기가스가 주위보다 높이가 낮은 부분을 중심으로 모이지 않고 곧바로 상기 배기가스 배출관(4)으로 이동됨으로써 비교적 온도가 높은 배기가스만이 체류하거나 흐르게 된다.

한편, 도면을 참조하면, 상기 열교환관(5)은 원호형으로 만곡된다. 배기가스의 체류시간을 길게 하기 위한 하나의 방법으로 상술한 바와 같이 상기 열교환관(5)의 전체 단면적을 크게 하여 배기가스의 유속을 감소시킬 수 있다. 또한, 배기가스의 체류시간을 길게 하기 위한 다른 방법으로써 상기 열교환관(5)의 길이를 늘리면 된다. 따라서, 상기와 같이 열교환관(5)을 상기 탱크(2)에 수용가능한 최대 반경을 갖는 원호형으로 만곡시킴으로써 열교환관(5)의 길이를 길게 할 수 있다. 이는 열교환관(5)의 길이를 길게 함과 동시에 상기 열교환관(5)의 양단부 사이에 주위보다 높이가 낮은 부분이 형성되지 않도록 한 것이다.

한편, 도 3a 내지 도 3c에는 본 발명에 따른 배기가스의 폐열 회수장치의 다양한 실시예가 도시되어 있다.

도 3a에는 상기 열교환관(5)을 U자형으로 만곡시킨 실시예가 도시되어 있다. 상기와 같이 U자형으로 만곡된 열교환관(5)은 비교적 긴 길이를 가지면서도 직선형 관과 2개의 엘보우(Elbow)를 연결함으로써 간단히 제작할 수 있는 장점을 갖는다.

도 3b는 상기 열교환관(5)이 직선형 관을 연결하여 제작된 실시예를 도시한 것이다.

도 3c에는 상기 배기가스 유입관(3)과 배기가스 배출관(4)이 다른 높이로 설치된 실시예가 도시되어 있다. 도면은 상기 배기가스 배출관(4)이 상기 배기가스 유입관(3)보다 낮은 높이로 설치된 실시예를 도시한 것으로, 이는 열교환관(5)으로부터 낮은 온도의 배기가스 상기 배기가스 배출관(4)으로 원활하게 이동되도록 하기 위한 것이다. 특히, 상기 열교환관(5)은 상기 배기가스 유입관(3)에 연결된 단부로부터 상기 배기가스 배출관(4)에 연결된 단부로 갈수록 곡률반경이 증가하도록 만곡된 것을 특징으로 한다. 이는 높은 위치의 상기 배기가스 유입관(3)과 낮은 위치의 상기 배기가스 배출관(4)이 동일 원주상에 위치되지 않은 경우에 상기 열교환관(5)이 양단부 사이에 주위보다 높이가 낮은 부분을 갖지 않도록 함과 동시에 충분한 길이를 갖도록 하기 위한 것이다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 배기가스의 폐열 회수장치는 다음과 같이 작동된다.

상기 탱크(2)로는 유입구(2a)를 통해 물과 같은 피가열 유체가 유입되어 상기 유출구(2b)를 통해 유출된다. 보일러의 배기가스는 상기 배기가스 유입관(3)을 통해 유입되어 상기 열교환관(5)을 지나 상기 배기가스 배출관(4)을 통해 배출된다. 상기와 같이 배기가스가 상기 배기가스 유입관(3), 열교환관(5) 및 배기가스 배출관(4)을 지나는 동안에 상기 탱크(2) 내부의 피가열 유체가 상기 배기가스의 폐열에 의해 가열된다. 특히, 상기 열교환관(5)의 최상부(5a)를 중심으로 비교적 온도가 높은 배기가스가 체류되면서 충분한 열교환이 이루어진다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 배기가스의 폐열 회수장치는, 열교환관의 양단부 사이에 주위보다 높이가 낮은 부분이 없기 때문에 높은 온도의 배기가스의 체류시간을 늘림으로써 폐열의 회수율을 높일 수 있는 장점을 갖는다.

또한, 본 발명에 따른 배기가스의 폐열 회수장치는 배기가스 유입관을 기존의 보일러의 배기관에 간단하게 연결함으로써 설치될 뿐만 아니라 그 구조가 간단하여 제작이 용이한 장점을 갖는다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 배기가스의 폐열 회수장치는 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 이하의 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 정하여지며, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 개량 및 변경된 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배기가스의 폐열 회수장치를 도시한 일부 절개 사시도

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 배기가스의 폐열 회수장치를 도시한 단면도

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 배기가스의 폐열 회수장치의 다양한 실시예를 도시한 단면도

<주요 도면부호에 대한 간단한 설명>

1 배기가스의 폐열 회수장치 2 탱크

2a 유입구 2b 유출구

3 배기가스 유입관 4 배기가스 배출관

5 열교환관 5a 열교환관의 최상부

Claims

보일러의 배기가스의 폐열을 이용하여 피가열 유체를 가열시키기 위한 배기가스의 폐열 회수장치에 있어서,

피가열 유체가 내부로 유입되기 위한 유입구와 내부로 유입된 피가열 유체가 외부로 유출되기 위한 유출구를 갖는 밀폐된 탱크와,

일단의 입구가 막힌 관체로서, 상기 입구가 막힌 일단의 단부가 상기 탱크의 내부에 수용되어 상기 탱크의 하부에 위치되고, 타단의 단부가 상기 탱크의 외부로 노출되어 그 입구가 보일러의 배기관에 연결된 배기가스 유입관과,

일단의 입구가 막힌 관체로서, 상기 입구가 막힌 일단의 단부가 상기 탱크의 내부에 수용되어 상기 탱크의 하부에 위치되고, 타단의 단부가 상기 탱크의 외부로 노출되도록 설치된 배기가스 배출관과,

상기 가온탱크의 내부에 수용되어 일단은 상기 배기가스 유입관의 소정 위치에 연결되고, 타단은 상기 배기가스 배출관의 소정 위치에 연결되며, 양단부 사이는 양단부 각각으로부터 상방을 향하여 연장된 적어도 하나 이상의 열교환관을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스의 폐열 회수장치.
제1항에 있어서,

상기 배기가스 유입관은 직선형의 관체이고, 지면에 대하여 수평으로 설치되며,

상기 배기가스 배출관은 직선형의 관체이고, 상기 배기가스 유입관과 나란하게 설치된 것을 특징으로 하는 배기가스의 폐열 회수장치.
제2항에 있어서,

상기 배기가스 유입관과 상기 배기가스 배출관은 같은 높이로 설치된 것을 특징으로 하는 배기가스의 폐열 회수장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,

상기 열교환관은 원호형으로 만곡된 것을 특징으로 하는 배기가스의 폐열 회수 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,

상기 열교환관은 U자형으로 만곡된 것을 특징으로 하는 배기가스의 폐열 회수 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 배기가스 배출관은 상기 배기가스 유입관보다 낮은 높이로 설치된 것을 특징으로 하는 배기가스의 폐열 회수 장치.
제6항에 있어서,

상기 배기가스 배출관은 상기 배기가스 유입관에 연결된 단부로부터 상기 배기가스 배출관에 연결된 단부로 갈수록 곡률반경이 증가하도록 만곡된 것을 특징으로 하는 배기가스의 폐열 회수 장치.