KR101013150B1

KR101013150B1 - 폐열 회수 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101013150B1
Application number: KR1020100023863A
Authority: KR
Inventors: 이인섭
Original assignee: 나노이엠(주)
Priority date: 2010-03-17
Filing date: 2010-03-17
Publication date: 2011-02-10

Abstract

본 발명은 배기 가스의 수트(soot:그을음) 등 이물질이 히트 파이프에 부착되지 않고 배기 가스의 유동 경로를 연장시키도록 배기 가스의 통로에 격벽을 설치함으로써, 히트 파이프의 내구성을 향상시키고 열교환 성능을 극대화할 수 있는 폐열 회수 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일면에 따른 폐열 회수 장치는, 열 에너지를 갖는 가스를 유입하고 배기하기 위한 가스 통로, 상기 가스 통로 주위에 설치되고, 열 흡수 대상물을 공급하고 배출하는 탱크, 각각의 일단이 상기 탱크에 위치하고 각각의 타단이 상기 가스 통로에 위치하도록 결합된 복수의 열교환 히트 파이프, 및 상기 복수의 열교환 히트 파이프가 상기 가스 통로로 연장된 부분들의 위 또는 아래에 설치된 격벽을 포함한다.

Description

폐열 회수 장치 및 방법{Apparatus and Method for Recovering Waste Heat}

본 발명은 폐열 회수 장치 및 방법에 관한 것으로서, 배기 가스의 수트(soot:그을음) 등 이물질이 히트 파이프에 부착되지 않고 배기 가스의 유동 경로를 연장시키도록 배기 가스의 통로에 격벽을 설치함으로써, 히트 파이프의 내구성을 향상시키고 열교환 성능을 극대화할 수 있는 폐열 회수 장치 및 방법에 관한 것이다.

폐열 회수 장치란 경유, 가스, 휘발유 등 연료를 연소시켜 난방, 급탕, 취사, 산업용 동력 전달, 자동차 구동 등을 위한 열을 발생하는 보일러, 소각장치, 자동차 엔진 등의 주위에 장착되어, 위와 같은 열의 발생 시에 버려지는 배기 가스의 열을 회수하는 장치이다. 예를 들어, 위와 같이 버려지는 배기 가스의 열을 흡수하여 저온의 물을 고온의 물로 변환하여 난방, 급탕 등에 재활용할 수 있다. 폐열 회수 장치는 이와 같은 물 이외에도 산업상 열 흡수가 필요한 대상물의 온도를 높여 산업상 필요한 장치에 공급할 수도 있다.

도 1은 종래의 폐열 회수 장치의 일례를 도시한 도면이다. 도 1과 같이, 종래의 폐열 회수 장치는 배기 가스의 통로를 둘러싸는 수조(물탱크) 사이에 설치된 물결 형태의 원통형 열교환부를 이용한다. 고온의 배기 가스가 상부로 올라가는 동안 열교환부에 의해 배스 가스의 열이 수조의 물로 전달되고, 수조로 급수되는 물은 열교환부에 의해 전달된 열을 흡수하여 온도가 상승되고 상부로 배수된다. 이와 같이 수조에서 온도가 상승된 물은 난방, 급탕 등에 이용될 수 있다.

그러나, 이와 같은, 종래의 폐열 회수 장치는, 배기 가스가 일직선으로 빠져나가는 구조이므로 배기가스의 지체시간이 짧아 열교환 성능이 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 종래의 폐열 회수 장치는 물결 형태의 원통형 열교환부에 배기 가스의 수트(soot:그을음) 등 이물질을 부착시킬 수 있으므로, 이로 인해 열교환부의 열전달 효율을 떨어뜨리며 심각한 경우에는 그 기능을 발휘하지 못하여 교체되어야만 하는 경우가 발생할 수 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 배기 가스의 통로에 격벽을 설치하여 히트 파이프에 배기 가스의 수트 등 이물질이 부착되지 않고 배기 가스의 유동 경로를 지그재그 형태로 연장시킴으로써, 히트 파이프의 내구성을 향상시키고 열교환 성능을 극대화할 수 있는 폐열 회수 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

또한, 복수 레이어로 설치되는 상하 레이어 간의 히트 파이프 설치 각도가 60도가 되도록 하여 배기가스의 열이 최대한으로 히트 파이프를 통해 전달되도록 하여 최적의 열 전달 효율을 실현할 수 있는 폐열 회수 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 폐열 회수 장치는, 열 에너지를 갖는 가스를 유입하고 배기하기 위한 가스 통로; 상기 가스 통로 주위에 설치되고, 열 흡수 대상물을 공급하고 배출하는 탱크; 각각의 일단이 상기 탱크에 위치하고 각각의 타단이 상기 가스 통로에 위치하도록 결합된 복수의 열교환 히트 파이프; 및 상기 복수의 열교환 히트 파이프가 상기 가스 통로로 연장된 부분들의 위 또는 아래에 설치된 격벽을 포함한다.

또한, 본 발명의 다른 일면에 따른 폐열 회수 장치는, 중앙 관통부에 가스 통로를 갖고, 열 흡수 대상물을 공급하고 배출하는 탱크; 각각의 일단이 상기 탱크의 내부에 위치하고 각각의 타단이 상기 가스 통로에 위치하도록 결합된 복수의 열교환 히트 파이프; 및 상기 복수의 열교환 히트 파이프가 상기 가스 통로로 연장된 부분들의 위 또는 아래에 설치된 격벽을 포함한다.

상기 폐열 회수 장치는, 상기 탱크와 일정 간격을 유지하며 상기 탱크를 둘러싸도록 형성되며, 일단이 밀폐되고 타단이 가스 배기구를 가지는 외벽; 및 상기 외벽과 상기 탱크 사이의 공간에 설치되고, 상부면이 상기 탱크의 상부면과 일정 간격을 유지하고 상기 상부면에서 연장된 측면이 상기 탱크의 측면과 일정 간격을 유지하면서 둘러싸도록 설치된 가스 경로 연장용 덮개를 더 포함하고, 상기 중앙 관통부의 가스 통로로부터 유출된 가스가 상기 가스 경로 연장용 덮개의 상부면과 상기 탱크의 상부면 사이 공간 및 상기 가스 경로 연장용 덮개의 측면과 상기 탱크의 측면 사이 공간을 통과하고, 상기 외벽과 상기 가스 경로 연장용 덮개 사이의 공간을 통과한 후 상기 가스 배기구로 배기되도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 가스 경로 연장용 덮개의 측면은 복수의 관통홀들을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 일면에 따른 폐열 회수 장치는, 열 흡수 대상물을 공급하고 배출하는 탱크; 상기 탱크를 둘러싸도록 형성되며, 가스 통로가 형성되도록 상기 탱크와 일정 간격을 유지하고, 일단에 가스 유입구와 타단에 가스 배기구를 가지는 외벽; 각각의 일단이 상기 탱크의 내부에 위치하고 각각의 타단이 상기 가스 통로에 위치하도록 결합된 복수의 열교환 히트 파이프; 및 상기 복수의 열교환 히트 파이프가 상기 가스 통로로 연장된 부분들의 위 또는 아래에 설치된 격벽을 포함한다.

상기 복수의 열교환 히트 파이프는 복수의 레이어로 설치될 수 있다.

상기 격벽은 적어도 한 레이어 이상의 열교환 히트 파이프 마다 상기 가스 통로에 지그재그 형태로 위치를 바꾸어 설치될 수 있다.

상기 복수 레이어의 히트 파이프들은 수평 방향에 대하여 상기 가스 통로쪽에서 일정각도로 내려가도록 비스듬하게 설치될 수 있다.

상기 복수 레이어의 히트 파이프들의 설치는, 하부 레이어의 두 히트 파이프 사이의 위로 상부 레이어의 히트 파이프가 교대로 위치하도록 설치될 수 있다.

상기 상부 레이어의 히트 파이프들과 상기 하부 레이어의 히트 파이프들 중 상하로 이웃하는 어느 3개의 히트 파이프들이 위치하는 점들은 정삼각형(3점 간에 60도 각도)을 이룰 수 있다.

상기 열교환 히트 파이프는 금속으로 이루어지고, 상기 가스 통로에 위치하는 부분 또는 상기 탱크의 내부에 위치하는 부분에 열 방출 면적을 증가시키기 위한 복수의 금속판들이 결합될 수 있다.

그리고, 본 발명의 또 다른 일면에 따른 폐열 회수 방법은, 열 에너지를 갖는 가스를 유입하고 배기하기 위한 가스 통로의 주위에 열 흡수 대상물을 공급하고 배출하는 탱크를 설치하여 폐열을 회수하는 방법으로서, 각각의 일단이 상기 탱크에 위치하고 각각의 타단이 상기 가스 통로에 위치하도록 결합된 복수의 열교환 히트 파이프를 이용하여 상기 가스 통로로 이동하는 가스의 열을 흡수하여 상기 대상물로 전달하되, 상기 복수의 열교환 히트 파이프가 상기 가스 통로로 연장된 부분들의 위 또는 아래에 설치된 격벽을 이용하여 상기 가스 통로에서 상기 가스의 유동 경로가 연장되도록 하고 상기 격벽에 상기 가스의 이물질이 부착되도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 폐열 회수 장치 및 방법에 따르면, 배기 가스의 통로에 격벽을 설치하여 히트 파이프에 배기 가스의 수트 등 이물질이 부착되지 않고 배기 가스의 유동 경로를 지그재그 형태로 연장시킴으로써, 히트 파이프의 내구성을 향상시키고 열교환 성능을 극대화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 폐열 회수 장치 및 방법에 따르면, 복수 레이어로 설치되는 상하 레이어 간의 히트 파이프 설치 각도가 60도가 되도록 하여 배기가스의 열이 최대한으로 히트 파이프를 통해 전달되도록 하여 최적의 열 전달 효율을 실현할 수 있다.

도 1은 종래의 폐열 회수 장치의 일례를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 폐열 회수 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2의 폐열 회수 장치의 중간의 좌우를 가로지르는 단면도이다.
도 4는 도 2의 가스 통로에서 본 탱크의 옆면에 대한 펼친 도면의 일부이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐열 회수 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폐열 회수 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폐열 회수 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 7의 폐열 회수 장치의 중간의 좌우를 가로지르는 단면도 중에서 격벽의 설치 위치를 나타낸다.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 폐열 회수 장치(10)를 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 폐열 회수 장치(10)는, 가스 통로(11), 탱크(12), 외벽(13), 열교환 히트 파이프(14), 및 격벽(15)을 포함한다.

탱크(12)는 가스 통로의 주위에 설치되어 열 흡수 대상물을 공급하고 배출하기 위한 용기로서, 도 2와 같이, 탱크(12)의 중앙 관통부에 가스 통로(11)가 포함될 수 있다. 탱크(12)의 외형은 원통형, 사각기둥형 등 다양한 형태일 수 있으며, 다만, 중앙에 가스 통로를 위한 중앙 관통부(원형, 사각형 등)를 갖는다. 여기서, 열 흡수 대상물은 도 2와 같이 물(water)인 것으로 예를 들어 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라서는 산업상 열 흡수가 필요한 각종의 액체나 기체 등일 수도 있다. 도 2와 같이, 탱크(12)의 하부 급수구를 통하여 물이 공급되고, 열교환 히트 파이프(14)에 의하여 전달된 열 에너지를 흡수한 탱크(12) 내의 물은 탱크(12)의 상부 배수구를 통하여 배수될 수 있다. 도 2에서 급수구가 탱크(12)의 하부에 포함되고, 배수구가 탱크(12)의 상부에 포함되는 것으로 예시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 반대로, 즉, 급수구가 탱크(12)의 상부에 포함되고, 배수구가 탱크(12)의 하부에 포함될 수도 있고, 경우에 따라서는 탱크(12)의 측면부 상하에 적절히 급수구와 배수구가 포함되도록 할 수도 있다.

열교환 히트 파이프(14)는 가스 통로(11)로 이동하는 가스의 열을 흡수하여 탱크(12) 내의 물로 전달하기 위하여, 각각의 일단은 탱크(12)의 내부에 위치하고 각각의 타단은 가스 통로(11)에 위치하도록 복수개가 결합되어 있다. 도 2와 같이 열교환 히트 파이프(14)는 각 레이어 마다 복수개가 설치되며, 하기하는 바와 같이 일정 형태로 복수의 레이어에 결합될 수 있다. 여기서 열교환 히트 파이프들(14)은 수평 방향에 대하여 가스 통로(11)쪽에서 일정각도로 내려가도록 비스듬하게 설치될 수 있다.

가스 통로(11)로 이동하는 가스는 경유, 가스, 휘발유 등 연료를 연소시킬 때, 난방, 급탕, 취사, 산업용 동력 전달, 자동차 구동 등을 위한 열을 발생하는 보일러, 소각장치, 자동차 엔진 등에서 발생되어 버려지는 배기 가스일 수 있다. 예를 들어, 탱크(12)의 상부 배수구를 통하여 배수되는 물은 열교환 히트 파이프(14)에 의하여 배기 가스의 열에너지를 흡수한 고온의 물로 변환되어, 난방, 급탕 등에 재활용될 수 있다.

특히, 본 발명에서는 격벽(15)이 가스 통로(11)에 설치됨으로써, 가스 통로(11)로 이동하는 가스의 유동 경로(19)가 연장되도록 하고 격벽(15)에 가스의 이물질이 부착되도록 한다. 복수의 열교환 히트 파이프(14)가 가스 통로(11)로 연장된 부분들의 위 또는 아래에 격벽(15)이 설치될 수 있다. 격벽(15)은 가스 통로(11)에 복수개가 설치될 수 있으며, 적어도 한 레이어 이상의 열교환 히트 파이프(14) 마다 가스 통로(11)에 지그재그(zigzag) 형태로 위치를 바꾸어 설치될 수 있다. 이와 같이 배기 가스의 통로에 격벽(15)을 설치함으로써, 히트 파이프(14)에 배기 가스의 수트 등 이물질이 부착되지 않고 배기 가스의 유동 경로를 지그재그 형태로 연장시킴으로써, 히트 파이프의 내구성을 향상시키고 열교환 성능을 극대화할 수 있게 된다.

도 3a 및 도 3b는 도 2의 폐열 회수 장치(10)의 중간의 좌우를 가로지르는 단면도이다. 열교환 히트 파이프(14)는 금속으로 이루어진다. 또한, 도 3a와 같이, 열교환 히트 파이프(14)에는 가스 통로(11) 쪽에 위치하는 부분에 열 방출 면적을 증가시키기 위하여 방열판 또는 라지에터(radiator) 형태로 복수의 금속판들이 결합될 수 있다. 여기서, 가스 통로(11) 쪽이 탱크(12)의 내부 보다 밀도가 적으므로 가스 통로(11) 쪽에 위치하는 부분에 복수의 금속판들이 결합됨으로써, 열 전달 효율을 극대화할 수 있다. 다만, 이외에도, 경우에 따라서는, 도 3b와 같이, 열교환 히트 파이프(14)에는 탱크(12)의 내부에 위치하는 부분에도 열 방출 면적을 증가시키기 위하여 위와 유사한 방열판 또는 라지에터(radiator) 형태의 복수의 금속판들이 결합될 수도 있다. 열교환 히트 파이프(14)는 열 교환을 위한 금속 섬유인 윅(wick)을 내부에 내장하고 메탄올 또는 에탄올과 같은 알코올, DI 워터(Deionized Water), 프레온 가스, 암모니아, 아세톤, 나프탈렌, 유황, 세슘, 칼륨, 네온, 질소, 산소, 수은 등 소정 열교환 매체를 채워 봉함함으로써, 열교환 매체가 윅(wick)의 증발부에서 증발하여 윅(wick)의 응축부에서 응축되는 싸이클이 반복되도록 함으로써 열 전달이 더욱 잘 되게 할 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 위와 같은 윅(wick)과 열교환 매체를 내장하지 않는 윅 리스(wick less)한 형태로서도 실현될 수 있다. 외벽(13)은 보온 또는 탱크(12)를 보호하기 위하여 소정 단열재(예를 들어, 유리섬유, 스티로폼, 우레탄 등)가 채워진 형태일 수 있다.

특히, 복수의 열교환 히트 파이프(14)가 가스 통로(11)로 연장된 부분들의 위 또는 아래에 설치되는 격벽(15)은, 도 3과 같이, 반원형 형태로 가스 통로(11)의 가장자리에 부착되어 가스 통로(11)의 중심부 근처까지 연장되도록 설치될 수 있다. 여기서, 격벽(15)은 반원판형인 경우를 예로 들었으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라서는 가스 통로(11)의 가장자리 부착면의 반대쪽인 가스 통로(11)의 중심부 쪽의 모양이 다른 다각형 형상일 수도 있으며, 또한 가스 통로(11)가 사각형인 경우에는 가스 통로(11)의 가장자리 부착면이 일직선이며 가스 통로(11)의 중심부 쪽의 모양도 일직선인 사각형 모양이거나 다른 다각형 모양으로 할 수 있다.

이와 같은 격벽(15)은 가스 통로(11)에 복수개가 설치될 수 있으며, 예를 들어, 열교환 히트 파이프의 각 레이어의 위에 설치하되 지그재그(zigzag) 형태로 위치를 바꾸어 설치(인접 격벽과 180도 위치에 부착)될 수 있으며, 또는 열교환 히트 파이프의 복수 레이어 마다 한번씩 설치하되 지그재그(zigzag) 형태로 좌우로 위치를 바꾸어 가면서 설치(인접 격벽과 180도 위치에 부착)될 수 있다. 또한, 격벽(15)은 적어도 하나 이상의 열교환 히트 파이프의 레이어 마다 한번씩 설치하되 소정 각도, 예를 들어, 30도, 60도 등으로 인접 격벽과의 부착 위치가 달라지도록 설치될 수도 있다. 격벽(15)은 금속 등 불연성 또는 내열성 재질로 이루어진다.

도 4는 도 2의 가스 통로(11)에서 본 탱크의 옆면(17)에 대한 펼친 도면의 일부이다.

도 4와 같이, 복수의 레이어로 설치되는 열교환 히트 파이프들(14)은 하부 레이어의 두 히트 파이프 사이의 위로 상부 레이어의 히트 파이프가 교대로 위치하도록 설치될 수 있다. 예를 들어, 상부 레이어의 히트 파이프들과 하부 레이어의 히트 파이프들 중 상하로 이웃하는 어느 3개의 히트 파이프들이 위치하는 점들은 정삼각형(3점 간에 60도 각도)을 이룰 수 있다. 일례로, 제1 레이어의 이웃하는 2개의 히트 파이프들이 위치하는 점들과 이 2개의 히트 파이프들 사이의 위로 위치하는 최근접의 제2 레이어의 히트 파이프가 위치하는 점은 정삼각형이 된다.

이와 같이 복수 레이어로 설치되는 상하 레이어 간의 히트 파이프 설치 각도가 60도가 되도록 함으로써, 배기 가스의 열이 최대한으로 히트 파이프(14)를 통해 전달되도록 하여 최적의 열 전달 효율을 실현할 수 있게 된다.

위와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 폐열 회수 장치(10)에 시용되는 탱크(12), 외벽(13), 열교환 히트 파이프(14), 및 격벽(15) 등의 재질, 형상, 설치 형태 등은 하기하는 다른 실시예들에서도 유사하게 적용될 수 있으며, 중복되는 내용에 대하여는 간략히 설명하거나 설명을 생략하기로 한다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐열 회수 장치(20)를 설명하기 위한 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐열 회수 장치(20)는, 가스 통로(21), 탱크(22), 외벽(23), 열교환 히트 파이프(24), 격벽(25), 및 가스 경로 연장용 덮개(26)를 포함한다.

여기서, 가스 통로(21), 탱크(22), 열교환 히트 파이프(24), 및 격벽(25)은 각각 도 2의 가스 통로(11), 탱크(12), 열교환 히트 파이프(14), 및 격벽(15)와 유사한 구조로 이루어진다. 다만, 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐열 회수 장치(20)는, 가스 경로 연장용 덮개(26)를 포함하며, 외벽(23)의 한쪽 끝 상부면(28)에 가스 배기구(27)를 가지며 외벽(23)의 측면에 단열재가 채워진다.

도 5와 같이, 외벽(23)은 탱크(22)와 일정 간격을 유지하며, 탱크(22)를 둘러싸도록 형성되며, 한쪽 끝 하부면(30)이 탱크(22)와 연결되어 밀폐되고 다른 쪽 끝 상부면(28)에 가스 배기구(27)를 가진다.

가스 경로 연장용 덮개(26)는 가스의 유동 경로를 더욱 더 연장시켜서 열 전달 효율을 극대화하기 위한 것으로서, 외벽(23)과 탱크(22) 사이의 공간에 설치된다. 가스 경로 연장용 덮개(26)는 금속 등 불연성 또는 내열성 재질로 이루어질 수 있다. 가스 경로 연장용 덮개(26)는 탱크(22)의 상부와 측면을 둘러싸도록 설치되는 데, 그 상부면이 탱크(22)의 상부면과 일정 간격을 유지하고 가스 경로 연장용 덮개(26)의 상부면에서 연장된 측면이 탱크(22)의 측면과 일정 간격을 유지하도록 설치된다.

이에 따라, 탱크(22)의 중앙 관통부의 가스 통로(21)로부터 유출된 가스가 가스 경로 연장용 덮개(26)의 상부면과 탱크(22)의 상부면 사이 공간 및 가스 경로 연장용 덮개(26)의 측면과 탱크(22)의 측면 사이 공간을 통과하고, 이와 같이 통과되어 나온 가스는 외벽(23)과 가스 경로 연장용 덮개(26) 사이의 공간을 다시 통과한 후 가스 배기구(27)로 배기되도록 할 수 있다. 여기서, 가스 경로 연장용 덮개(26)의 측면은 탱크(22)의 최하단으로부터 일정 거리 떨어진 위치까지 연장될 수 있다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폐열 회수 장치(30)를 설명하기 위한 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폐열 회수 장치(30)는, 가스 통로(31), 탱크(32), 외벽(33), 열교환 히트 파이프(34), 격벽(35), 및 가스 경로 연장용 덮개(36)를 포함한다. 여기서, 가스 경로 연장용 덮개(36)는 탱크(32)의 최하단까지 연장될 수 있고, 그 측면에 복수의 관통홀들을 포함한다. 이외에, 폐열 회수 장치(30)의 다른 구성은 도 5와 유사하다.

여기서, 탱크(32)의 중앙 관통부의 가스 통로(31)로부터 유출된 가스가 가스 경로 연장용 덮개(36)의 상부면과 탱크(32)의 상부면 사이 공간 및 가스 경로 연장용 덮개(36)의 측면과 탱크(32)의 측면 사이 공간을 통과하고, 이와 같이 통과되어 나온 가스는 외벽(33)과 가스 경로 연장용 덮개(36) 사이의 공간을 다시 통과한 후 가스 배기구(37)로 배기되도록 할 수 있다. 이때, 가스 경로 연장용 덮개(36)의 측면에 형성되는 관통홀들을 통해 가스가 가스 배기구(37) 쪽으로 원활하게 빠져 나가게 할 수 있으며, 다만, 열 에너지의 유출을 방지하기 위하여, 가스 경로 연장용 덮개(36)의 측면 중 위쪽으로는 직경이 작은 관통홀들을 형성하고 아래로 내려갈수록 직경이 점점 커지는 관통홀들을 형성하는 것이 바람직하다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폐열 회수 장치(40)를 설명하기 위한 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폐열 회수 장치(40)는, 중심부에 설치된 탱크(42), 탱크(42)와 일정 거리 이격되어 탱크(42)를 둘러싸는 외벽(43), 열교환 히트 파이프(44), 및 격벽(45)을 포함한다.

여기서, 탱크를 둘러싸도록 형성되는 외벽(43)은 탱크(42)와의 사이 공간이 가스 통로가 되도록 탱크(42)와 일정 간격을 유지하도록 설치되며, 그 한쪽 끝에 배기 가스의 유입을 위한 가스 유입구(41)와 다른 쪽 끝에 배기 가스의 배기를 위한 가스 배기구(47)를 가진다. 외벽(43)의 측면에는 단열재가 채워진다.

열교환 히트 파이프(44)는 외벽(43)과 탱크(42) 사이의 가스 통로로 이동하는 가스의 열을 흡수하여 탱크(42) 내의 물로 전달하기 위하여, 각각의 일단은 탱크(42)의 내부에 위치하고 각각의 타단은 가스 통로에 위치하도록 복수개가 결합되어 있다. 위에서도 기술한 바와 같이 열교환 히트 파이프(44)는 각 레이어 마다 복수개가 설치될 수 있며, 일정 형태로 복수의 레이어에 결합될 수 있다. 열교환 히트 파이프들(14)은 수평 방향에 대하여 가스 통로쪽에서 일정각도로 내려가도록 비스듬하게 설치될 수 있다.

한편, 이와 같은 격벽(45)은 열교환 히트 파이프(44)가 외벽(43)과 탱크(42) 사이의 가스 통로로 연장된 부분들의 위 또는 아래에 설치하는 방식으로 가스 통로에 복수개가 설치될 수 있다.

다만, 여기서 격벽(45)이 외벽(43)과 탱크(42) 사이의 가스 통로에 설치되는데, 도 5와 다른 것은, 도 8과 같이, 격벽이 한번은 탱크(42)의 바깥쪽에 부착되고, 인접하는 다른 격벽은 외벽(43)의 안쪽에 부착된다. 격벽(45)은 판형이며 부착 부분으로부터 가스 통로의 중심부 근처까지 연장되도록 설치된다.

이와 같은 격벽(45)은 열교환 히트 파이프의 각 레이어의 위에 설치하되 지그재그(zigzag) 형태로 위치를 바꾸어 설치될 수 있으며, 또는 열교환 히트 파이프의 복수 레이어 마다 한번씩 설치하되 지그재그(zigzag) 형태로 위치를 바꾸어 설치될 수 있다. 또한, 격벽(45)은 도 8과 같이, 열교환 히트 파이프의 하나의 레이어 상에서 탱크(42)의 주위로 같은 높이에 여러 개(예를 들어, 30도, 60도 등 다른 각도의 위치에)가 설치될 수 있으며, 이때, 히트 파이프의 다른 레이어 상에서 위로 인접하는 격벽들은 각각 하부의 두 격벽들 사이 사이에 설치될 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 폐열 회수 방식에서는, 열 에너지를 갖는 가스를 유입하고 배기하기 위한 가스 통로의 주위에 열 흡수 대상물(예를 들어, 물)을 공급하고 배출하는 탱크(예를 들어, 수조)를 설치하여 폐열을 회수할 수 있는데, 특히, 가스 통로로 이동하는 가스의 열을 흡수하여 대상물로 열에너지를 전달하는 복수의 열교환 히트 파이프가 가스 통로로 연장된 부분들의 위 또는 아래에 지그재그 형태로 설치된 격벽을 이용하여 가스 통로에서 배기 가스의 유동 경로가 연장되도록 하고 격벽에 가스의 이물질이 부착되도록 함으로써, 히트 파이프의 내구성을 향상시키고 열교환 성능을 극대화할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 폐열 회수 방식에서는 복수 레이어로 설치되는 상하 레이어 간의 히트 파이프 설치 각도가 60도가 되도록 하여 배기가스의 열이 최대한으로 히트 파이프를 통해 전달되도록 함으로서 최적의 열 전달 효율을 실현할 수 있게 하였다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

11, 21, 31: 가스 통로
12, 22, 32, 42: 탱크
13, 23, 33, 43: 외벽
14, 24, 34, 44: 열교환 히트 파이프
15, 25, 35, 45: 격벽
41: 가스 유입구
47: 가스 배기구

Claims

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중앙 관통부에 가스 통로를 갖고, 열 흡수 대상물을 공급하고 배출하는 탱크;
각각의 일단이 상기 탱크의 내부에 위치하고 각각의 타단이 상기 가스 통로에 위치하도록 결합된 복수의 열교환 히트 파이프;
상기 복수의 열교환 히트 파이프가 상기 가스 통로로 연장된 부분들의 위 또는 아래에 설치된 격벽;
상기 탱크와 일정 간격을 유지하며 상기 탱크를 둘러싸도록 형성되며, 일단이 밀폐되고 타단이 가스 배기구를 가지는 외벽; 및
상기 외벽과 상기 탱크 사이의 공간에 설치되고, 상부면이 상기 탱크의 상부면과 일정 간격을 유지하고 상기 상부면에서 연장된 측면이 상기 탱크의 측면과 일정 간격을 유지하면서 둘러싸도록 설치된 가스 경로 연장용 덮개를 포함하고,
상기 중앙 관통부의 가스 통로로부터 유출된 가스가 상기 가스 경로 연장용 덮개의 상부면과 상기 탱크의 상부면 사이 공간 및 상기 가스 경로 연장용 덮개의 측면과 상기 탱크의 측면 사이 공간을 통과하고, 상기 외벽과 상기 가스 경로 연장용 덮개 사이의 공간을 통과한 후 상기 가스 배기구로 배기되도록 하는 것을 특징으로 하는 폐열 회수 장치.
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제2항에 있어서,
상기 가스 경로 연장용 덮개의 측면은 복수의 관통홀들을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐열 회수 장치.
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제2항에 있어서,
상기 복수의 열교환 히트 파이프가 복수의 레이어로 설치된 것을 특징으로 하는 폐열 회수 장치.
제6항에 있어서,
상기 격벽은 적어도 한 레이어 이상의 열교환 히트 파이프 마다 상기 가스 통로에 지그재그 형태로 위치를 바꾸어 설치된 것을 특징으로 하는 폐열 회수 장치.
제6항에 있어서,
상기 복수 레이어의 히트 파이프들은 수평 방향에 대하여 상기 가스 통로쪽에서 일정각도로 내려가도록 비스듬하게 설치된 것을 특징으로 하는 폐열 회수 장치.
제6항에 있어서,
상기 복수 레이어의 히트 파이프들의 설치는, 하부 레이어의 두 히트 파이프 사이의 위로 상부 레이어의 히트 파이프가 교대로 위치하도록 설치된 것을 특징으로 하는 폐열 회수 장치.
제9항에 있어서,
상기 상부 레이어의 히트 파이프들과 상기 하부 레이어의 히트 파이프들 중 상하로 이웃하는 어느 3개의 히트 파이프들이 위치하는 점들은 정삼각형을 이루는 것을 특징으로 하는 폐열 회수 장치.
제2항에 있어서,
상기 열교환 히트 파이프는 금속으로 이루어지고, 상기 가스 통로에 위치하는 부분 또는 상기 탱크의 내부에 위치하는 부분에 열 방출 면적을 증가시키기 위한 복수의 금속판들이 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 폐열 회수 장치.
열 에너지를 갖는 가스를 유입하고 배기하기 위한 가스 통로의 주위에 열 흡수 대상물을 공급하고 배출하는 탱크를 설치하여 폐열을 회수하는 방법에 있어서,
각각의 일단이 상기 탱크에 위치하고 각각의 타단이 상기 가스 통로에 위치하도록 결합된 복수의 열교환 히트 파이프를 이용하여 상기 가스 통로로 이동하는 가스의 열을 흡수하여 상기 대상물로 전달하되,
상기 복수의 열교환 히트 파이프가 상기 가스 통로로 연장된 부분들의 위 또는 아래에 설치된 격벽을 이용하여 상기 가스 통로에서 상기 가스의 유동 경로가 연장되도록 하고 상기 격벽에 상기 가스의 이물질이 부착되도록 하며,
여기서, 상기 탱크와 일정 간격을 유지하며 상기 탱크를 둘러싸도록 형성되며 일단이 밀폐되고 타단이 가스 배기구를 가지는 외벽과 상기 탱크 사이의 공간에, 상부면이 상기 탱크의 상부면과 일정 간격을 유지하고 상기 상부면에서 연장된 측면이 상기 탱크의 측면과 일정 간격을 유지하면서 둘러싸도록 경로 연장용 덮개를 설치하여,
상기 가스 통로로부터 유출된 가스가 상기 가스 경로 연장용 덮개의 상부면과 상기 탱크의 상부면 사이 공간 및 상기 가스 경로 연장용 덮개의 측면과 상기 탱크의 측면 사이 공간을 통과하고, 상기 외벽과 상기 가스 경로 연장용 덮개 사이의 공간을 통과한 후 상기 가스 배기구로 배기되는 것을 특징으로 하는 폐열 회수 방법.