KR101007860B1

KR101007860B1 - 보일러 배기가스와 보일러 응축수에 포함된 열에너지회수장치

Info

Publication number: KR101007860B1
Application number: KR1020080067360A
Authority: KR
Inventors: 정진혁
Original assignee: 정진혁
Priority date: 2008-07-11
Filing date: 2008-07-11
Publication date: 2011-01-14
Also published as: KR20100006977A

Abstract

본 발명은 보일러에서 생산되어 공급된 온수와 스팀이 열로 소비된 후 회수되는 응축수에 남아 있는 폐열과 보일러 연소가스 중에 남아 있는 폐열을 회수하여 보일러에 재공급하여 줌으로서 연료비의 절감을 이룰 수 있도록 한 보일러 배기가스와 보일러 응축수에 포함된 열에너지 회수장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 보일러 연료 연소가스의 통로가 되는 연도의 일부가 응축수 탱크의 내공간에 내설되어 연도의 외면이 응축수 탱크의 응축수중에 잠겨지도록 형성하여 배기가스 중에 함유된 폐열이 응축수를 가열시켜 회수하고 응축수 탱크의 응축수면 상부에는 응축수 냉각용 열회수기를 하부에 배치하여 응축수와 증기의 폐열을 동시에 회수할 수 있도록 한 것이다.

응축수탱크, 연도, 전열관, 응축수용 열교환기, 온수가열 열교환기

Description

보일러 배기가스와 보일러 응축수에 포함된 열에너지 회수장치{Apparatus of Recovery of thermal energy in Boiler exhaust gas and condensation water}

본 발명은 보일러의 배기가스와 보일러 응축수에 포함된 열 회수장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 보일러에서 생산되어 공급된 온수와 스팀이 열로 소비된 후 회수되는 응축수에 남아 있는 폐열과 보일러 연소가스 중에 남아 있는 폐열을 회수하여 보일러에 재공급하여 줌으로서 연료비의 절감을 이룰 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 보일러는 공급받은 연료를 연소시켜 물을 가열하고 가열된 물은 증기(steam)와 온수로 생산되어 사용처로 공급되고 사용처에서는 소비된 후 회수되어 보일러로 재공급되어지거나 응축수 탱크에 저장되었다가 보일러 용수로 재사용되어진다.

응축수 탱크에 저장되어진 응축수는 보일러에서 만들어진 스팀이나 온수가 배관을 통해 사용처로 공급된 후 열이나 에너지로 소비된 후 온도가 낮아져 액체로 응축되어 회수되어지는 것으로 회수된 응축수는 응축수 저장탱크에 저장되어 있다가 보일러 등에 재공급되고 재차 고온으로 가열되어 온수와 증기로 재사용되어진 다.

난방이나 사우나 등 사용처에 공급되어 열이나 에너지로 사용되고 회수되는 응축수의 온도는 통상 섭씨 90~110도에 이르고 상당한 양의 증기(steam)를 포함하고 있으나 많은 열에너지를 가지고 있는 증기는 연도를 통하거나 응축수탱크의 개방된 상부 면을 통해 대기중으로 방출됨으로서 보일러에 공급되는 보일러 용수를 보충하여야 할 뿐만 아니라 보충된 보일러 용수의 가열을 위한 연료비의 소비가 증가되는 문제점이 있었다.

특히 보일러에 공급된 연료의 연소시 발생하는 배기가스 중에 포함되어 있는 폐열은 별도의 열교환 시설을 갖추지 못할 경우 대기중으로 방출되어 버려짐으로서 열원으로서 활용되지 못한다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 첫 번째 목적은 보일러의 가동을 위하여 연료를 연소할 때 발생하는 배기가스 중에 포함되어 있는 폐열을 별도의 열교환 시설을 갖추지 않고도 유용하게 회수할 수 있도록 하기 위한 것이고,

본 발명의 두 번째 목적은 보일러에서 발생한 스팀과 온수가 사용처에 공급되어 사용된 후 회수되는 응축수에 남아 있는 폐열을 회수하여 연료비의 절감을 이룰 수 있도록 하기 위한 것으로,

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 보일러 배기가스와 보일러 응축수에 포함된 열에너지 회수장치는 보일러 연료 연소가스의 통로가 되는 연도의 일부가 응축수 탱크의 내공간에 내설되어 연도의 외면이 응축수 탱크의 응축수중에 잠겨지도록 형성하여 배기가스 중에 함유된 폐열이 응축수를 가열시켜 회수하고 응축수 탱크의 응축수면 상부에는 응축수 냉각용 열회수기를 하부에 배치하여 응축수와 증기의 폐열을 동시에 회수할 수 있도록 함으로서 이루어진다.

본 발명에 의하면 대기중으로 버려지던 연소 가스의 폐열을 별도의 열교환시설을 갖추지 않고도 회수하여 보일러 용수로 사용되는 응축수를 가열함으로서 연료비의 절감을 이룰 수 있고, 회수되는 응축수에 남아 있는 열에너지를 효율적으로 회수할 수 있도록 하는 효과가 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 보일러 배기가스와 보일러 응축수에 포함된 열에너지 회수장치는 난방 온수배관 또는 급탕 온수배관 등에 사용되거나 발생되는 온수와 증기가 열로 소비된 후 온도가 낮아진 물로 응축되어 회수되는 응축수를 저장하는 응축수 탱크(1)의 내공간에 배기가스의 배출 통로가 되는 연도(2)의 일부가 내설되어 상기 응축수 탱크(1)로 저장된 응축수에 잠겨져 열교환이 일어나게 되는 구성이다.

본 발명의 제1실시 예에 따르면, 응축수 탱크(1)에 내설되어지는 상기 연도(2)의 일부에는 배기가스의 이송속도를 늦춰 충분한 열교환이 이루어질 수 있도록 확관부(21)가 더 형성된다.

상기 확관부(21)는 단면적이 연도의 단면적보다 넓게 형성하여 배기가스의 배출속도를 줄이면서 체류시간을 길게 함으로서 배기가스와 응축수간의 열교환 시간이 늘어나게 함으로서 열교환이 충분히 이루어지도록 할 수 있다.

본 발명의 제2실시 예에 따르면, 상기 확관부(21)에는 배기가스의 진행 방향과 직각을 이루도록 배치되고 양단부가 개방되어 응축수 탱크(1)에 저장된 응축수의 통수를 이루어지는 다수의 전열관(22)이 배치되어 열교환 능력의 상승을 유발한다.

이때, 상기 전열관(22) 내부에 유입된 응축수는 배기가스와의 열교환에 따라 주위 응축수와 온도차가 발생하고 발생된 온도차에 따라 응축수의 순환이 일어나게 됨으로서 강제 순환에 따라 형성되는 과압에 의한 재질 선정의 제한을 해소하고 두께의 증대와 열응력 발생 및 가경경화 등의 해소할 수 있게 된다.

본 발명의 제3실시 예에 따르면, 회수되는 응축수에 포함된 열에너지를 회수하기 위한 응축수용 열교환기(3)가 더 구비되어지는 구성이다.

상기 응축수용 열교환기(3)는 본체를 형성하는 외관(31)의 내공간으로 다수의 작은 관인 내관(32)으로 이루어진 투관 형식을 갖는 통상의 열교환기로 형성할 수 있는 것으로서 내관(32)의 외면으로는 회수된 응축수를 유입하고 내관(32)의 관내에는 가온이 필요한 원수를 공급하여 열교환이 이루어지게 하는 것이다.

이때, 상기 응축수용 열교환기(3)는 응축수 탱크(1)를 밀폐된 함체로 형성하고 응축수 탱크(1)에 저장된 응축수면의 상부측에 위치되도록 내설하여 회수된 응축수와 응축수에 포함된 증기를 응축수용 열교환기(3)에 모두 유입시켜 열교환을 이룰 수 있도록 하거나 응축수 탱크(1)의 상부면에 접속 형성된 응축증기 유도관(33)에 응축수용 열교환기(3)를 접속시켜 회수된 응축수가 응축수 탱크(1)의 상부에 형성된 응축수 유입구(11)를 통해 응축수 탱크(1)에 유입될 때 액체 상태의 응축수는 응축수 탱크(1)로 낙하되어 저장되고 응축수중에 포함되어 있던 증기만이 상승하여 응축증기 유도관(33)을 통해 응축수용 열교환기(3)로 유입되어 열교환이 이루어지도록 할 수 있는 것이다.

또한, 응축수용 열교환기(3)에 형성된 응축수 유입구(11`)를 통해 유입된 액체 상태의 응축수는 응축증기 유도관(33)을 통해 응축수 탱크(1)로 유입되고 응축수 중 포함된 증기는 열교환에 이용된다.

상기 응축수용 열교환기(3)를 응축수 탱크(1)의 내공간에 설치할 경우에는 별도의 보온을 행하지 않더라도 노출로 인한 방열손실을 최소화 할 수 있고, 응축수 탱크(1)의 상부에 응축수용 열교환기(3)를 형성할 경우에는 설치 면적을 최소화 할 수 있을 뿐만 아니라 공간의 활용이나 근접배관에 의해 공사비를 줄일 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 제4실시 예에 따르면, 회수되는 증기에 포함된 열에너지를 회수하기 위한 온수가열 열교환기(4)가 더 구비되어지는 구성이다.

상기 온수가열 열교환기(4)는 외관(41)의 내공간에 열교환에 필요한 전열면적을 갖는 코일관(42)을 형성하여 코일관(42)의 관내로 회수증기를 유입하고 코일관(42)의 외면과 외관(41)의 내부에는 응축수용 열교환기(3)를 통해 열교환이 일어난 원수를 통과시켜 열교환을 이룸으로서 원수의 온도를 충분히 가온할 수 있도록 하는 것이고 가열된 원수는 필요한 용처로 공급하여 사용하면 되는 것이다.

이때, 상기 코일관(42)은 여러 개로 분할시켜 형성할 수 있는 것으로 분할된 코일관(42)의 선단에는 증기헤더(header)(43)를 형성하여 분할된 코일관(42)으로 회수증기를 분배하여 공급토록 할 수 있는 것이다.

상기 코일관(42)은 필요한 열량의 가열 전열면적을 여러 개로 분할하여 설치할 수 있고 분할된 코일관은 단관을 코일의 형상을 이루도록 벤딩 가공하여 형성할 수 있는 것으로 선단 관 입구로 유입된 증기는 말단 관 출구로 이동하면서 열교환이 이루어지고 온도가 낮아지면서 포화증기 및 응축수의 혼합상태로 변한 뒤 응축수용 열교환기(3)로 유입된다.

응축수용 열교환기(3)로 유입된 포화증기는 비등하면서 내관(32)으로 유입된 원수와 열교환이 이루어지면서 온도가 낮아져 액화되면서 유도관(33)을 통해 응축수탱크(1)로 유입된다.

상기 다수 개로 분할된 코일관(42)은 여름철 등의 비수기에는 밸브 조작이나 전자제어 등의 방법을 통해 필요한 만큼의 코일관(42)만을 사용토록 함으로서 저부하 운전에 따른 연료절감 효과와 트랩을 설치하지 않고도 응축수로 회수할 수 있도록 함으로서 방열손실을 최소로 하고 인건비와 설치비 및 유지보수비의 절감을 이룰 수 있게 된다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 보일러 배기가스와 보일러 응축수에 포함된 열에너지 회수장치의 동작상태를 보면 보일러의 가동을 위해 연소된 연료의 배기가스에 남아 있는 폐열은 일부가 응축수 탱크 내로 내설되어진 연도와 연도 내에 마련된 전열관에 의해 응축수와 열교환이 일어나 회수되어지고 용처에서 사용되고 회수되는 응축수는 응축수 탱크에 모여지고 응축수에 포함된 증기는 응축수용 열교환기(3)로 유입되어 열교환을 통해 비점 이하로 응축되어 물로 변하면서 하부에 위치한 응축수 탱크로 저장된다.

한편, 회수 증기는 온수가열 열교환기(4)로 유입되어 가온이 필요한 원수와 열교환을 이룬 후 응축수용 열교환기(3)로 유입되어 재차 열교환이 이룸으로서 물로 변해 응축수 탱크에 저장된 후 보일러 용수 등으로 재사용되어지게 된다.

도 1은 본 발명에 개략적인 구성을 보이는 개략도.

도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 구성을 보이는 개략도.

도 3은 본 발명의 제2실시 예에 따른 구성을 보이는 개략도.

도 4는 본 발명의 제3실시 예에 따른 구성을 보이는 개략도.

도 5는 본 발명의 제3실시 예에 따른 다른 구성을 보이는 개략도.

도 6은 본 발명의 제4실시 예에 따른 구성을 보이는 개략도.

<도면의주요부분에대한부호의설명>

1 : 응축수 탱크 2 : 연도

3 : 응축수용 열교환기 4 : 온수가열 열교환기

11, 11` : 응축수 유입구 21 : 확관부

22 : 전열관 31 : 외관

32 : 내관 33 : 응축증기 유도관

41 : 외관 42 : 코일관

43 : 증기헤더

Claims

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난방 온수배관 또는 급탕 온수배관 등에 사용되거나 발생되는 온수와 증기가 열로 소비된 후 온도가 낮아진 물로 응축되어 회수되는 응축수를 저장하는 응축수 탱크(1)의 내공간으로 형성되고 배출가스의 배출 통로가 되는 연도(2)의 중간부 일부로 배기가스의 이송속도를 늦춰 열교환 시간이 늘어나게 하기 위해 배기가스의 진행 방향과 직각을 이루도록 배치되고 양단부가 개방되어 응축수 탱크(1)에 저장된 응축수의 통수가 이루어지는 다수의 전열관(22)이 배치되어진 확관부(21)가 형성되어 상기 응축수 탱크(1)로 저장된 응축수에 잠겨져 열교환이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 보일러 배기가스와 보일러 응축수에 포함된 열에너지 회수장치.
제3항에 있어서, 상기 응축수 탱크(1)는 밀폐된 함체상으로 형성되고 유입되는 응축수의 폐열을 회수하기 위한 응축수용 열교환기(3)가 더 구비되어지는 것을 특징으로 하는 보일러 배기가스와 보일러 응축수에 포함된 열에너지 회수장치.
제4항에 있어서, 상기 응축수용 열교환기(3)는 응축수면의 상부에 위치되도록 응축수 탱크(1)의 내공간에 형성되는 것을 특징으로 하는 보일러 배기가스와 보일러 응축수에 포함된 열에너지 회수장치.
제4항에 있어서, 상기 응축수용 열교환기(3)는 응축수 탱크(1)의 상부 면으로 접속된 응축증기 유도관(33)의 외측으로 접속되어지는 것을 특징으로 하는 보일러 배기가스와 보일러 응축수에 포함된 열에너지 회수장치.
제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 응축수용 열교환기(3)는 응축수와 별도로 회수되는 증기 중에 포함된 열에너지를 회수하기 위한 온수가열 열교환기(4)와 관접속 되어지는 것을 특징으로 하는 보일러 배기가스와 보일러 응축수에 포함된 열에너지 회수장치.
제7항에 있어서, 상기 온수가열 열교환기(4)는 외관(41)의 내공간에 열교환에 필요한 전열면적을 갖는 코일관(42)을 형성하여 코일관(42)의 관내로 증기를 유입하고 코일관(42)의 외면과 외관(41)의 내부에는 응축수용 열교환기(3)를 통해 열교환이 일어난 원수를 통과시켜 열교환을 이루도록 한 것을 특징으로 하는 보일러 배기가스와 보일러 응축수에 포함된 열에너지 회수장치.
제8항에 있어서, 상기 코일관(42)은 복수로 분할되어 형성되고 각각의 코일관(42)으 선단에는 증기의 분배 공급을 위한 증기헤더(43)가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 보일러 배기가스와 보일러 응축수에 포함된 열에너지 회수장치.