KR101073629B1 - 폐열 교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 폐열 교환기는 고온의 폐수가 유입되는 본체와, 본체 내로 고온의 폐수를 유입하기 위한 폐수 유입구와, 폐수 유입구를 통해 유입되는 폐수를 여과하기 위한 필터와, 폐수의 단계적인 흐름을 유도하기 위해 본체 내에 설치되어 다수의 공간을 형성하는 다수의 격벽과, 열교환이 끝난 폐수를 배출하기 위한 배출구와, 메인배수관과, 세척수 유입구와, 격벽에 의해 본체 내에 형성된 다수의 공간에 설치되는 다수의 열교환 파이프와, 열교환수 유입포트와, 일단은 열교환수 유입포트에 연결되고 타단은 다수의 열교환 파이프 일단에 연결되는 열교환수 공급파이프와, 열교환 파이프 간에 설치되는 파이프 커넥터와, 상기 파이프 커넥터를 통해 열교환 파이프들 간에 열교환수를 이동시키기 위한 열교환수 이동파이프와, 최종 열교환이 이루어지는 열교환 파이프로부터 열교환수를 열교환기 외부로 배출시키기 위한 열교환수 배출파이프와, 그리고 열교환수 유출파이프가 연결되는 열교환수 배출포트로 이루어진다.

Description

폐열 교환기{Heat exchanger}

본 발명은 폐열 교환기에 관한 것으로써, 특히 목욕탕, 산업시설 등에서 대량의 버려지는 고온의 폐수로부터 열을 얻기 위한 폐열 교환기에 관한 것이다.

목욕탕, 사우나 등에서는 사람들이 사용한 고온의 폐수들이 그냥 하수구로 버려지고 있고, 또한 자그마한 산업시설, 예컨대 규모가 작은 염색업체 등에서도 많은 폐수들이 버려지고 있지만, 단순히 폐수의 오염처리만 행하여질 뿐 고온의 폐수로부터 열을 회수는 하는 일이 거의 없는 실정이다.

그러나, 지구상의 탄소연료, 예컨대 석유 및 천연가스의 자원들이 점차로 고갈되어 가면서 연료비가 상승하게 되고, 이에 따라 전기요금도 상승하게 되었다. 따라서, 연료비를 많이 소모하는 목욕탕, 사우나 또는 산업시설에서, 고온의 폐수로부터의 열회수에 관심을 가지기 시작하여 폐열 교환기를 사용하고 있는 중이다.

도 1은 기존에 사용하고 이는 종래기술의 폐열 교환기이다.

도 1의 (a)는 종래기술 폐열 교환기의 단면도이고, 도 1의 (b)는 도 1의 (a)의 A-A' 부분의 절단면도이다.

도 1의 (a)와 (b)에 도시되어 있듯이, 종래 기술의 폐열 교환기(10)는 고온 의 폐수를 유입하는 유입구(11)와, 유입구로부터 통해 유입된 고온의 폐수에 함유되는 찌꺼기를 거르기 위한 필터(12)와, 고온의 폐수로부터의 열을 교환하기 위한 열교환부(13)와, 열교환이 이루어지 온도가 낮아진 폐수를 유출하는 유출구(14)로 구성된다. 그리고 열교환부(13)는 열교환을 통해 온도를 올리기 위한 유체, 즉 물을 유입하기 위한 유입구(13'1)와, 열교환이 끝난 유체를 유출하기 위한 유출구(13'2)와, 열교환을 위해 고온의 폐수가 지나가는 파이프(13'3)로 이루어진다. 상기 폐열 교환기 내측에 설치되는 열교환부는 폐열 교환기 내측의 폐수와는 완전하게 격리된다.

이상과 같이 구성된 종래기술의 폐열 교환기에서, 유입구(11)로부터 유입된 고온의 폐수는 먼저 필터(12)를 거쳐 찌꺼기 등이 걸러지고, 그런 다음 열교환부(13)의 파이프(13'3)를 통해 지나가면서 열교환 내측의 유체에 열을 전해주게 되고, 열교환이 끝난 폐수는 유출구(14)를 통해 외부로 배출되게 된다. 그러나 이와 같은 구성의 종래 폐열 교환기에서, 높은 열교환을 위해 파이프(13'3)는 작은 직경으로 이루어지기 때문에, 비록 필터로 여과된 폐수라 하더라도, 특히 목욕탕이나 사우나에서 배출되는 폐수인 경우에는 파이프 내측에 슬러지를 형성하여 파이프가 막히게 할 수 있다. 이와 같은 경우에는, 파이프의 직경이 작은 관계로 원활한 청소가 이루어지기 어렵게 된다는 불편함이 존재한다.

따라서, 높은 열교환 능력을 가짐과 동시에 유지 및 보수가 용이한 폐열 교환기를 제공하는 것이 바람직하다 할 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 높은 열교환 능력을 가지고 또한 유지 및 보수가 용이한 폐열 교환기를 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 폐열 교환기는 고온의 폐수가 유입되는 본체와, 본체 내로 고온의 폐수를 유입하기 위한 폐수 유입구와, 폐수 유입구를 통해 유입되는 폐수를 여과하기 위한 필터와, 폐수의 단계적인 흐름을 유도하기 위한 다수의 격벽과, 열교환이 끝난 폐수를 배출하기 위한 배출구와, 폐열 교환기의 청소와 보수를 위해 폐열 교환기 내의 폐수 전체를 배수하기 위한 메인배수관과, 청소와 보수를 위해 세척수를 유입하기 위한 세척수 유입구와, 그리고 본체 내에 설치되는 다수의 열교환 파이프와, 열교환수 유입포트와, 일단은 열교환수 유입포트에 연결되고 타단은 다수의 열교환 파이프 일단에 연결되는 열교환수 공급파이프와, 열교환 파이프 간에 설치되는 파이프 커넥터와, 상기 파이프 커넥터를 통해 열교환 파이프들 간에 열교환수를 이동시키기 위한 열교환수 이동파이프와, 최종 열교환이 이루어지는 열교환 파이프로부터 열교환수를 열교환기 외부로 배출시키기 위한 열교환수 배출파이프와, 그리고 열교환수 유출파이프가 연결되는 열교환수 배출포트로 이루어진다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 따른 폐열 교환기는 상기 한 실시예에 따른 폐열 교환기 구조에서, 격벽을 두 개 더 설치하고, 또한 폐수 유출구 대신에 본체 바닥에 배수펌프를 설치하고, 배수펌프에 배수관을 연결하여 열교환이 끝난 폐수를 폐열 교환기 외부로 배출시킨다.

본 발명에 따른 폐열 교환기는, 다수의 격벽을 이용하여 다수의 공간을 형성하여 고온의 폐수를 공간에서 공간으로 이동시켜 단계적으로 열교환 파이프를 통해 열교환수를 가열하기 때문에, 즉 상대적으로 낮은 온도에서부터 높은 온도로 열교환수를 가열하기 때문에 고온의 폐수로부터의 열교환 효율이 높아지고, 또한 주름관 형태를 파이프를 코일 적층형하여 열교환 파이프로 사용하기 때문에, 고온의 폐수와 접촉 면적이 넓어져 열교환 효율이 높아지는 효과가 있다.

또한, 종래 기술과 달리 폐수가 지나가는 파이프의 구성이 없어지기 때문에, 파이프 내부에 폐수로 인한 슬러지, 특히 목욕탕이나 사우나에서 배출되는 폐수에 함유된 부유물에 의한 슬러지가 파이프 벽면에 형성되어 파이프가 막히는 일도 완벽하게 방지할 수 있게 된다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 폐열 교환기의 단면 구조를 보여주는 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 폐열 교환기에서 사용되는 열교환 파이프의 상,하측을 보여주는 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 폐열 교환기에서 사용되는 필터를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐열 교환기의 단면 구조를 보여주는 도면이다.

도 2를 참조하여 보면, 본 발명의 한 실시예에 따른 폐열 교환기(100)는 고 온의 폐수가 유입되는 본체(110)와, 본체 내로 고온의 폐수를 유입하기 위한 폐수 유입구(111)와, 폐수 유입구를 통해 유입되는 폐수를 여과하기 위한 필터(112)와, 폐수의 단계적인 흐름을 유도하기 위한 다수의 격벽(113)과, 열교환이 끝난 폐수를 배출하기 위한 폐수 배출구(114)와, 폐열 교환기의 청소와 보수를 위해 폐열 교환기 내의 폐수 전체를 배수하기 위한 메인배수관(115)과, 청소와 보수를 위해 세척수를 유입하기 위한 세척수 유입구(116)로 이루어진다. 세척이 끝난 세척수는 메인배수관(115)을 통해 배출되게 된다. 상기 격벽은, 폐수 유입구 측에서부터 첫 번째 격벽은 본체 상부에 연결되고 본체 하부에서는 개방이 되고, 두 번째 격벽은 본체 하부에 연결되고 본체 상부에서는 개방이 되도록 구성된다. 상기에서 필터(112)는 도 4에 도시한 것과 같이, 철망으로 구성되어 폐수 중에 존재하는 찌꺼기를 여과하게 된다.

그리고 상기 격벽에 의해 생성된 본체 내측의 공간(A, B 및 C)에는 다수의 열교환 파이프(120)들이 설치된다. 본 발명에서는, 격벽에 의해 생성된 각 공간에 세 개의 열교환 파이프들을 설치하여 총 아홉 개의 열교환 파이프가 설치된다. 상기 열교환 파이프는 스테인레스와 같은 금속재질로 이루어지고 또한 주름관 형태를 가진다. 또한, 상기 열교환 파이프는 적층 코일을 감는 방식으로 감겨져 적층형태를 가진다.

도 3의 (a)와 (b)는 적층형태의 열교환 파이프(120)의 앞면과 배면을 각각 도시한 것이다. 도 3의 (b)에 도시되어 있듯이, 최외각측 파이프를 내측쪽으로 굽혀 연장한 다음 수직으로 굽혀 상측으로 연장한다. 따라서, 도 3의 (a)에 도시되어 있듯이 열교환 파이프의 최내측 파이프와 최외각측 파이프의 두 파이프 개방구가 열교환 파이프 내측에 위치하게 된다.

다시 도 2를 참조하여 본원 발명을 계속 설명한다.

공간 C에 상측의 본체 외부에는 열교환을 하고자 하는 열교환수를 공급하기 위한 열교환수 유입포트(121)가 설치되고, 이 열교환수 유입포트에는 열교환수 공급파이프(122)의 일단이 연결된다. 열교환수 유입포트와 열교환수 공급파이프는 열교환수 공급파이프에 공급되는 열교환수의 흐름을 조절할 수 있는 제1밸브수단(V1)을 통해 연결될 수 있다.

상기 열교환수 공급파이프(122)의 타단은 공간 C 내측에 설치된 열교환 파이프의 최외각측 파이프의 파이프 개방구가 연결된다. 그리고 공간 C 내측에 있는 열교환 파이프의 최내각측 파이프의 파이프 개방구는 공간 B에 있는 열교환 파이프의 최외각측 파이프의 파이프 개방구에 열교환수 이동파이프(124)를 통해 연결된다. 상기 열교환수 이동파이프를 통한 연결은 소정의 커넥터수단(123)을 통해 이루어질 수 있다. 이는 추후 열교환 파이프의 유지보수를 위해 해당 열교환 파이프만을 용이하게 분리할 수 있도록 하기 위해서이다.

공간 B에 있는 열교환 파이프의 최내각측 파이프의 파이프 개방구는 공간 A에 있는 열교환 파이프의 최외각측 파이프 개방구에 열교환수 이동파이프(124)를 통해 연결된다. 이때에도, 열교환수 이동파이프를 통한 상기 연결은 소정의 커넥터수단(123)을 통해 이루어질 수 있다.

공간 A에 있는 열교환 파이프의 최내각측 파이프 개방구는 열교환수 배출파 이프(125)의 일단에 연결되고, 상기 열교환수 배출파이프의 타단은 열교환수 배출포트(126)에 연결되어, 본 발명에 따른 폐열 교환기를 통해 가열된 열교환수를 폐열 교환기 외부로 배출한다. 배출된 가열 열교환수는 전기보일러 등에 열교환수로 다시 공급되어 전기보일러의 소비 전력을 절약할 수 있도록 해준다. 상기 열교환수 배출파이프와 열교환수 배출포트 사이에는 제2밸브수단(V2)이 제공되어, 배출포트를 통해 배출되는 가열된 열교환수의 유량을 제어할 수 있도록 할 수 있다.

이상과 같이 구성된 폐열 교환기에서 고온의 폐수로부터 열을 교환하는 방식을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 폐수 유입구(111)를 통해 고온의 폐수를 본체(110) 내로 유입하면 본체 내측의 공간 A와 B 사이의 격벽(113)은 본체 바닥에서 떨어져 있으므로 폐수는 공간 A와 B를 채우게 된다. 폐수가 공간 A와 B를 채우고, 공간 B와 C 사이의 격벽(113)을 넘어서면, 격벽이 본체 상부와 떨어져 있으므로 격벽을 넘어서는 폐수는 공간 C를 채우게 된다. 그리고 공간 C를 채운 폐수는 배출구(114)를 통해 폐열 교환기 외부로 배출된다. 이때, 배출구가 연결되는 메인 배수파이프(117)에 연결된 제4밸브(V4)를 통해 배수량을 조절함으로써 공간 C에서 열교환 파이프(120)들이 항상 폐수 속에 잠겨 있도록 한다. 만일, 공간 C에서의 폐수가 많아져 오버 플로어 파이프(118)에 도달하게 되면, 폐수는 오버 플로어 파이프(118)를 통해서 폐열 교환기 외부로 배출되게 된다.

공간 A, B 및 C가 폐수로 가득차게 되면, 폐수 유입구(111)를 통해 유입되는 고온의 폐수는 공간 A에서 B로, B에서 C로의 순서로 흐르게 되고, 이때 공간 A, B 및 C에서 열교환이 이루어지기 때문에, 공간 A에서의 폐수 온도가 제일 높고, 그 다음에는 공간 B의 온도가 높고, 마지막으로 공간 C에서의 폐수 온도가 상대적으로 제일 낮다.

폐열 교환기의 공간 A, B 및 C에 고온의 폐수가 가득 차 흐르게 되면, 열교환수 유입포트(121)를 통해 물과 같은 유체를 공급하게 되면, 유체는 열교환수 공급파이프(122)를 통해 공간 C에 있는 열교환 파이프의 최외각측 파이프의 파이프 개방구에 공급되고, 공급된 열교환수는 코일 적층형으로 구성된 열교환 파이프를 흘러 최내각측 파이프의 파이프 개방구로 유출된다. 최내각측 파이프의 파이프 개방구로 유출되는 열교환수는 공간 C의 폐수에 의해 어느 정도 가열되게 된다.

그런 다음, 최내각측 파이프의 파이프 개방구에 연결된 열교환수 이동파이프(124)를 통해 공간 B에 위치한 열교환 파이프의 최외각측 파이프의 파이프 개방구에 공급되고, 공급된 열교환수는 코일 적층형의 열교환 파이프를 흘러 최내각측 파이프의 파이프 개방구로 유출된다. 최내각측 파이프의 파이프 개방구로 유출되는 열교환수는 공간 B의 폐수에 의해 공간 C 보다 높은 온도로 가열되게 된다.

그런 다음, 최내각측 파이프의 파이프 개방구에 연결된 열교환수 이동파이프(124)를 통해 공간 A에 위치한 열교환 파이프의 최외각측 파이프의 파이프 개방구에 공급되고, 공급된 열교환수는 코일 적층형의 열교환 파이프를 흘러 최내각측 파이프의 파이프 개방구로 유출된다. 최내각측 파이프의 파이프 개방구에서 유출되는 열교환수는 공간 A의 고온 폐수에 의해 공간 B 보다 높은 온도로 가열되 게 된다.

그런 다음, 최내각측 파이프의 파이프 개방구에 연결된 열교환수 배출파이프(125)를 통해 열교환수는 열교환수 배출포트(126)로 전달되고, 열교환수 배출포트를 통해 적절한 사용처, 예컨대 전기보일러용 열교환수로서 전기보일러에 전달되게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 다수의 격벽을 이용하여 단계적으로 열교환 파이프를 통해 열교환수를 가열하기 때문에, 즉 상대적으로 낮은 온도에서부터 높은 온도로 열교환수를 가열하기 때문에 고온의 폐수로부터의 열교환 효율이 높아지고, 또한 주름관 형태를 파이프를 코일 적층형하여 열교환 파이프로 사용하기 때문에, 고온의 폐수와 접촉 면적이 넓어져 열교환 효율이 높아진다. 또한, 종래 기술과 달리 폐수가 지나가는 파이프의 구성이 없어지기 때문에, 파이프 내부에 폐수로 인한 슬러지, 특히 목욕탕이나 사우나에서 배출되는 폐수에 함유된 부유물에 의한 슬러지가 파이프 벽면에 형성되어 파이프가 막히는 일도 완벽하게 방지할 수 있게 된다.

그러나, 비록 본원 발명에서는 폐수에서 발생한 슬러지로 인한 폐수의 흐름이 막히는 일은 없으나, 폐수에서 발생한 슬러지가 열교환 파이프 외측면에 부착되어 열교환 파이프 내측을 흐르는 열교환수의 열교환 효율을 떨어뜨릴 수 있다. 이때에는, 폐수 유입구(111)을 통한 폐수 유입을 중단하고, 메인배수관(115)에 연결된 제3밸브(V3)를 개방하고, 또한 메인배수관에 연결된 메인 배수파이프(117)에 연결된 제4밸브(V4)를 개방하여 본체 내의 폐수를 전부 배수한 후에, 세척수 유입구(116)를 통해 다량의 세척수를 고압으로 공급하게 되면, 공급되는 세척수의 압력에 의해 열교환 파이프에 부착된 슬러지와 그리고 본체 내벽에 부착된 슬러지들을 제거할 수 있게 된다. 제거된 슬러지들은 메인배수관(115)과 폐수 배수구(114)를 통해 메인 배수파이프(117)로 흘러가게 되고, 메인 배수파이프를 통해 흐르는 세척수들이 폐열 교환기 외부로 배출되게 된다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐열 교환기의 단면 구조를 보여주는 도면이다.

도 5의 구성은 도 2의 구성에, 두 개의 측벽(113'1 및 113'2)을 더 구성하여 두 개의 공간(D 및 E)를 더 형성 한 후, 공간 E에 폐수 배출구 대신에 폐수 배수펌프(130)와 폐수 배수관(131)을 설치하여 폐수를 배수하도록 하고, 메인 배수관(115)을 하나 더 추가한 구성이다. 상기 구성에서도, 공간 E에서 폐수가 가득차게 되면, 폐수 배수펌프뿐만 아니라 오버 플로어 파이프(118)를 통해 폐수를 폐열 교환기 외부로 배수하게 된다. 또한, 도 5의 구성으로 된 폐열 교환기의 내부 청소는 도 2를 참조하여 상기에서 설명한 것과 동일한 방식으로 이루어진다.

도 1은 기존에 사용하고 이는 종래기술의 폐열 교환기를 도시한 도면.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 폐열 교환기의 단면 구조를 보여주는 도면.

도 3은 본 발명에 따른 폐열 교환기에서 사용되는 열교환 파이프의 상,하측을 보여주는 도면.

도 4는 본 발명에 따른 폐열 교환기에서 사용되는 필터를 도시한 도면.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐열 교환기의 단면 구조를 보여주는 도면.

Claims (6)

1. 고온의 폐수가 유입되는 본체(110)와; 본체 내로 고온의 폐수를 유입하기 위한 폐수 유입구(111)와; 폐수 유입구를 통해 유입되는 폐수를 여과하기 위한 필터(112); 폐수의 단계적인 흐름을 유도하기 위해 본체 내에 설치되는 다수의 격벽(113)과; 열교환이 끝난 폐수를 배출하기 위한 배출구(114); 폐열 교환기의 청소와 보수를 위해 폐열 교환기 내의 폐수 전체를 배수하기 위한 메인배수관(115)과; 청소와 보수를 위해 세척수를 유입하기 위한 세척수 유입구(116)와; 본체 내에 설치된 다수의 격벽에 의해 형성된 공간에 설치되는 다수의 열교환 파이프(120)와; 열교환수 유입포트(121)와; 일단은 제1밸브(V1)를 통해 열교환수 유입포트에 연결되고 타단은 다수의 열교환 파이프 일단에 연결되는 열교환수 공급파이프(122)와; 열교환 파이프 간에 설치되는 파이프 커넥터(123)와; 일단은 파이프 커넥터에 연결되고 타단은 열교환 파이프들 간에 열교환수를 이동시키기 위해 열교환 파이프에 연결되는 열교환수 이동파이프(124)와; 최종 열교환이 이루어지는 열교환 파이프로부터 열교환수를 열교환기 외부로 배출시키기 위한 열교환수 배출파이프(125)와; 그리고 제2밸브(V2)를 통해 열교환수 유출파이프가 연결되는 열교환수 배출포트(126)로 구성되는 것을 특징으로 하는 폐열 교환기.
2. 제1항에 있어서, 상기 열교환 파이프(120)는 적층 코일형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 폐열 교환기.
3. 제2항에 있어서, 상기 열교환 파이프는 동, 스테인레스를 포함하는 금속재료중 하나로 구성되는 주름관 형상인 것을 특징으로 하는 폐열 교환기.
4. 제3항에 있어서, 가장 낮은 온도의 폐수가 모이는, 격벽에 의해 형성된 공간의 본체 측면에 오버 플로어 배수관(118)이 설치되는 것을 특징으로 하는 폐열 교환기.
5. 제4항에 있어서, 상기 본체 상부에 폐열 교환기 내부 세척을 위한 세척수 유입구(116)를, 본체 하부에는 폐수의 일괄 배수와 세척수의 배수를 위한 메인 배수관(115)을 더 설치하고, 상기 메인 배수관에는 제3밸브(V3)를 구성하고, 상기 메인 배수관을 제4밸브(V4)가 설치된 메인 배수파이프(117)에 연결하는 것을 특징으로 하는 폐열 교환기.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 가장 낮은 온도의 폐수가 모이는, 격벽에 의해 형성된 공간 옆쪽에 두 개의 격벽(113'1 및 113'2)을 더 설치하여 두 개의 공간(D 및 E)을 더 형성하여 폐수가 흘러가도록 하고, 격벽에 의해 형성되는 마지막 공간(E) 하부에 배수펌프(130)를 설치하고 배수펌프에 폐수 배수관(131)을 연결하여 마지막 공간(E)에 모이는 폐수를 배출하는 것을 특징으로 하는 폐열 교환기.

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