KR101140830B1 - 하수 열교환 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하수 열교환 장치에 관한 것으로, 오수가 흐르는 하수관거 내부에 설치되어 내부로 유입된 유체가 상기 오수와 열교환 하는 것으로, 판재 형태로 형성되어 상기 하수관거의 내부 바닥면을 따라 폭 방향으로 간격을 두고 배열되고, 내부에 상기 유체가 이동하는 유로가 형성된 열교환부들, 상기 열교환부들을 일측에서 연결하고 상기 열교환부 내부로 상기 유체를 공급하는 입수부, 그리고 상기 열교환부들을 타측에서 연결하고 열교환된 상기 유체가 유입되어 배출되는 배출부를 포함하며, 상기 열교환부는 상기 하수관거 내부에 수직하게 위치한다.

Description

하수 열교환 장치{heat exchanging apparatus for sewer-pipe}

본 발명은 하수관거를 통해 버러지는 하수와 열교환 하는 하수 열교환 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 대중 목욕탕, 가정, 산업 현장 등 에서는 많은 온수를 사용하고 있다. 이러한 온수는 대부분 한번 쓰고 버려져 하수관거를 통해 방류된다. 온수가 한번 쓰고 버려지므로 열 에너지가 낭비되고 있다.

또한, 하수관거의 내부는 여름에는 대기의 온도보다 낮아 히트 싱크의 역할을 한다. 그리고 겨울에는 대기의 온도보다 높아 열원으로서의 기능을 충실히 할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 하수의 경우 비열이 높아 많은 양의 열을 전달할 수 있다는 장점이 있다. 이에 따라 하수관거에 설치되는 열교환 장치를 개발하고 있다.

이러한 열교환 장치 중 하수관거에 설치되어 복수의 오수가 관통하는 구멍을 갖는 열교환 장치가 있다. 이러한 열교환 장치는 구멍으로 하수가 통과하면서 열교환하는 구조이다. 이러한 구조는 오염계수를 고려하여 히트펌프 열 원측 열교환이기의 크기의 확대가 필요하다. 또한 오염원에 의해 구멍이 막힘으로 열교환 능력이 저하되는 단점이 있다. 또한, 오수가 통과하는 구멍의 세척에 따른 비용이 높은 단점이 있다.

또한, 판들이 중첩되어 형성된 열교환 장치가 있다. 이러한 열교환 장치는 세정에 따른 비용이 높다. 특히 부가적 펌프가 필요하여 에너지 절감 효과를 상세하고 비용도 추가되었다.

이와 같은 열교환 장치는 하수와 접촉면적이 크나 하수관거의 내부 공간을 전체적으로 차지하게 되어 오수의 흐름이 원활하지 못하였다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 하수관거의 내부면에 부착되어 한 면이 하수와 접촉하는 하수관거 부착형 열교환 장치가 있다. 이러한 열교환 장치는 하수관거에 부착되므로 하수관거의 수명을 고려하여 설계를 해야 함으로 제작 및 설치 비용이 크다. 또한, 한 면에만 하수가 접촉하므로 단위면적당 열취득율이 낮다.

등록특허공보 제 10-1033415 호 (하수 또는 폐수 처리장 방류수 열원 회수 시스템) 2011.04.28. 등록특허공보 제 10-10227798 호 (하수관거 및 이에 사용되는 열교환 장치) 2011.03.31. 등록특허공보 제 10-1018190 호 (하수 폐열원을 이용한 급탕전용 시스템)

본 발명은 하수관거에 설치되어 하수 접촉되는 면적을 극대화 하며, 하수의 흐름에 방해하지 않는 하수 열교환 장치를 제공한다.

본 발명의 한 실시예에 따른 하수 열교환 장치는, 오수가 흐르는 하수관거 내부에 설치되어 내부로 유입된 유체가 상기 오수와 열교환 하는 것으로, 상기 하수관거의 내부 바닥면에서 폭 방향으로 배열되고 유체가 흐르는 내부가 서로 연통되어 있는 열교환부들, 일측 열교환부에 연결되어 있고 상기 열교환부 내부로 상기 유체를 공급하는 입수부, 타측 열교환부들에 연결되어 있고 상기 열교환부들의 내부를 흐른 상기 유체가 배출되는 배출부를 포함하며, 상기 열교환부들의 사이에는 상기 오수가 통과하는 흐름 공간이 형성된다.

상기 열교환부들은 각각, 유입된 상기 유체가 흐르는 열교환 몸체, 상기 열교환 몸체 일측 하부에서 외측 방향으로 돌출되어 있고 상기 열교환 몸체의 내부를 외부로 연통시킨 유입 연결관, 그리고 상기 열교환몸체 타측 상부에서 외측 방향으로 돌출되어 있고 상기 열교환 몸체의 내부를 외부로 연통시킨 배출 연결관을 포함할 수 있다.

상기 열교환 몸체는, 제1 플레이트, 제1 플레이트와 마주하며 간격을 두고 떨어져 있는 제2 플레이트, 그리고 상기 열교환 몸체 내부를 복수로 구획하여 유로를 형성하는 적어도 하나의 격벽을 포함하며, 상기 격벽은 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트의 마주하는 내면의 적어도 일부분이 서로 맞닿아 형성되고, 상기 유로는 상기 유체가 상기 유로 내에서 흐르는 시간을 늘리도록 지그재그 형태로 형성될 수 있다.

상기 입수부는, 상기 하수관거의 내부 상면 일측에서 길이 방향을 따라 설치되어 있고 오수와 열교환 할 유체가 흐르는 제1 관 및 상기 하수관거의 내부 일측면에 수직하게 설치되어 있고 일측에 위치한 상기 열교환부와 상기 제1 관을 연결하는 공급관을 포함할 수 있다.

상기 배출부는, 상기 하수관거의 내부 상면 타측에서 길이 방향을 따라 설치되어 있고 오수와 열교환된 유체가 흐르는 제2 관 및 상기 하수관거의 내부 타측면에 수직하게 설치되어 있고 타측에 위치한 상기 열교환부와 상기 제2 관을 연결하는 배출관을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 열교환부의 유로를 따라 흐르는 유체가 열교환부가 간격을 두고 설치되면서 형성된 흐름 공간을 통과하는 오수와 열교환을 하게 되어 단위면적당 열취득율이 향상된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 열교환부가 하수관거의 내부 바닥면에서 간격을 두고 설치되어 있고, 공급관과 제1 관, 배출관과 제2 관이 하수관거의 내부 측면에 근접되어 있어 하수관거에서 흐르는 오수의 흐름을 방해하지 않는다.

본 발명의 실시예에 따르면, 유입 연결관과 배출 연결관을 통하여 이웃하는 열교환부들이 서로 연결되어 열교환부들을 연결하는 작업성이 향상된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 열교환부가 간격을 두고 떨어져 있어 열교환부의 세정 및 교체가 용이하다. 이에 따라 열교환부의 세정 및 교체에 따른 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 하수 열교환 장치 설치 상태도.
도 2는 도 1에 도시한 열교환부를 나타낸 분해 사시도.
도 3은 도 2에 도시한 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 열교환부를 자른 단면도.
도 4는 도 3에 도시한 일측 열교환부 확대도.
도 5는 도 4에 도시한 V-V선을 따라 열교환부를 자른 단면도.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

그러면 본 발명의 한 실시예에 따른 하수 열교환 장치에 대하여 도 1 내지 도 5를 참고하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 하수 열교환 장치 설치 상태도이고, 도 2는 도 1에 도시한 열교환부를 나타낸 분해 사시도이며, 도 3은 도 2에 도시한 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 열교환부를 자른 단면도이고, 도 4는 도 3에 도시한 일측 열교환부 확대도이며, 도 5는 도 4에 도시한 V-V선을 따라 열교환부를 자른 단면도이다.

먼저, 도 1을 참고하면, 본 실시예에 따른 하수 열교환 장치(100)는 하수가 흐르는 하수관거(1)에 설치된다. 하수 열교환 장치(100)의 내부로 유입된 유체는 하수관거(1)를 흐르는 하수와 열교환 한다. 유체와 하수의 열교환으로 하수와 유체는 열적 평형 상태를 이루게 된다. 이에 따라 하수 열교환 장치(100)의 내부로 유입된 유체의 온도는 변화된다.

먼저, 하수 열교환 장치(100)가 설치되는 하수관거(1)에 대하여 설명한다.

일반적으로, 하수관거(1)는 여러 하수구에서 하수를 모아 하수 처리장으로 내려 보내는 관이다. 하수관거(1)는 지중에 설치되며 정면에서 본 단면모양은 사각 또는 원형이다. 하수관거(1)는 콘크리트 따위로 만들어질 수 있다.

이와 같은 하수관거(1)에 설치되는 하수 열교환 장치(100)는 열교환부(110), 입수부(120), 그리고 배출부(130)를 포함한다.

도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 열교환부(110)들은 판재 형태로 형성되어 하수관거(1)의 내부 바닥면을 따라 배열되어 있다. 이때 열교환부(110)들은 하수관거(1)의 폭(h) 방향으로 배열된다. 열교환부(110)들이 간격을 두고 떨어져 있어 열교환부(110)들 사이에는 오수가 통과하는 흐름 공간(S)이 형성된다. 하수관거(1)를 흐르는 오수는 흐름 공간(S)을 통하여 하수 열교환 장치(100)를 통과하게 된다. 이에 따라 하수관거(1)에 하수 열교환 장치(100)가 설치되어 있어도 하수의 흐름에 방해되지 않는다.

도 3 및 도 4를 참고하면, 이러한 열교환부(110)들은 각각 열교환 몸체(111), 유입 연결관(114), 그리고 배출 연결관(115)을 포함한다.

열교환 몸체(111)의 내부는 비어 있으며, 열교환 몸체(111)의 내부에는 오수와 열교환 하는 유체가 흐른다. 열교환 몸체(111)는 제1 플레이트(111a) 및 제2 플레이트(111b)를 포함한다.

제1 플레이트(111a)와 제2 플레이트(111b)는 열전도율이 우수한 금속 따위로 만들어질 수 있다. 제1 플레이트(111a)와 제2 플레이트(111b)는 간격을 두고 떨어져 서로 마주한다. 그러나 제1 플레이트(111a)와 제2 플레이트(111b)의 가장자리는 서로 연결되어 있다. 이에 따라 제1 플레이트(111a)와 제2 플레이트(111b)가 마주하는 면 사이에는 오수와 열교환하는 유체가 유입되는 공간이 형성된다.

유입 연결관(114)은 열교환 몸체(111)의 일측 하부에서 외향되게 돌출되어 있다. 유입 연결관(114)의 내부는 열교환 몸체(111)의 일측 내부와 연결되어 있다. 유입 연결관(114)은 이웃하는 열교환 몸체(111)에서 돌출된 유입 연결관(114)과 연결되어 있다. 이웃한 유입 연결관(114)들은 용접 방식으로 연결될 수 있다. 이러한 유입 연결관(114)에 의하여 열교환부(110)의 일측이 서로 연결되면서 그 내부 공간이 서로 연통된다.

배출 연결관(115)은 열교환 몸체(111)의 타측 상부에서 외향되게 돌출되어 있다. 배출 연결관(115)의 내부는 열교환 몸체(111)의 타측 내부와 연결되어 있다. 배출 연결관(115)은 이웃하는 열교환 몸체(111)에서 돌출된 유입 연결관(114)과 연결되어 있다. 이웃한 배출 연결관(114)들은 용접 방식으로 연결될 수 있다. 이러한 배출 연결관(115)에 의하여 열교환부(110)의 타측이 서로 연결되면서 그 내부 공간이 서로 연통된다.

도 4 및 도 5에 도시한 바와같이, 열교환 몸체(111)의 내부에는 유입된 유체가 흐르는 유로(113)가 형성되어 있다. 유로(113)는 도 4에서 도시한 바와 같이, 제1 플레이트(111a)와 제2 플레이트(111b)의 마주하는 면의 일부분이 서로 연결되어 격벽(112)이 형성되면서 형성된다. 제1 플레이트(111a)와 제2 플레이트(111b)의 마주하는 면의 연결은 제1 플레이트(111a)와 제2 플레이트(111b)의 외부면은 내부면 방향으로 프레스(도시하지 않음) 따위로 가압하여 서로 연결한다.

유로(113)는 지그재그 형태로 형성되어 있다. 이는 유로(113)를 따라 흐르는 유체가 유로(113) 내에서 흐르는 시간을 증가 시키기 위함이다. 유체가 유로(113) 내에서 흐르는 시간이 증가하므로 하수와 열교환하는 시간이 증가하여 유체와 하수의 열교환 효율이 향상된다.본 실시예에 따른 입수부(120)는 오수와 열교환 할 유체를 열교환부(110) 내부로 공급하는 것으로, 공급관 (121) 및 제1 관(122)을 포함한다.

제1 관(122)은 하수관거(1)의 내부 상면 일측에서 길이 방향을 따라 설치되어 있다. 제1 관(122)은 오수와 열교환할 유체가 저장된 유체 탱크(도시하지 않음)와 연결되어 있다. 그리고 탱크 내부에는 제1 관(122)과 연결된 펌프(도시하지 않음)가 설치되어 있다. 펌프의 작동으로 유체 탱크에 저장된 유체가 제1 관(122)을 따라 이동할 수 있다.

공급관(121)은 내부가 비어 있으며, 하수관거(1)의 내부 일측면에 수직하게 설치되어 하부측이 배열된 열교환부(110)들 중 일측에 위치한 열교환부(110)의 유입 연결관(114)에 연결되어 있고 상부측이 제1 관(122)에 연결되어 있다. 이에 따라 제1 관(122)에서 흐르는 유체가 공급관(121)을 통하여 열교환 몸체(111) 내부로 유입된다. 이때 일측에 위치한 열교환부(110)로 유입된 유체는 유입 연결관(114)을 통하여 이웃하는 열교환부(110)의 내부로 유입된다. 열교환부(110) 내부로 유입된 유체는 유로(113)를 따라 이동하게 된다.

유로(113)로 유입된 유체는 펌프의 작동으로 유입되는 유체의 압력에 의하여 배출 연결관(115) 쪽으로 흐르게 된다. 유로(113)를 따라 흐르는 유체는 흐름 공간(S)으로 흐르는 오수와 열교환하게 된다. 유체의 온도는 오수와의 열교환으로 상승하거나 하강할 수 있다.

한편, 공급관(121)이 하수관거(1)의 일측 내부면에 밀착되어 있어 하수관거(1)에서 흐르는 오수의 흐름에 방해되지 않는다.

배출부(130)는 열교환부(110) 내부에서 오수와 열교환된 유체가 외부로 배출되도록 하는 것으로 배출관 및 제2 관(132)을 포함한다.

배출관(131)은 내부가 비어 있으며 공급관(121)과 대각선 방향에서 서로 마주하게 배치되어 하수관거(1)의 내부 타측면에 수직하게 설치되어 있다. 배출관(131)이 하수관거(1)의 내부 타측면에 수직하게 설치되어 있으므로 하수관거(1)의 내부에서 흐르는 오수의 흐름에 방해되지 않는다.

배출관(131)의 하부측은 배열된 열교환부(110)들 중 타측에 위치한 열교환부(110)의 배출 연결관(115)에 연결되어 있다.

배출관(131)의 내부는 배출 연결관(115)을 통하여 유로(113)와 연결되어 있다. 이에 따라 유로(113)를 따라 흐르는 유체는 배출 연결관(115)을 통하여 배출관(131) 내부로 유입될 수 있다.

제2 관(132)은 하수관거(1)의 내부 상면 타측에서 길이 방향을 따라 설치되어 있다. 제2 관(132)은 오수와 열교환한 유체를 보관하는 저장 탱크(도시하지 않음)에 연결되어 있다. 그러나 제2 관(132)은 저장 탱크에 연결되지 않고 유체를 사용하는 장치에 직접 연결될 수 있다.

이러한 제2 관(132)에는 배출관(131)의 상부측이 연결된다. 이에 따라 열교환부(110)들 내부에서 흐르는 유체는 배출관(131)을 통하여 제2 관(132)으로 유입된다. 제2 관(132)으로 유입된 유체는 저장 탱크 또는 사용 장치에 공급될 수 있다.

이와 같은 오수 열교환 장치(110)는 열교환부(110)의 유로(113)를 따라 흐르는 유체가 흐름 공간(S)을 통과하는 오수와 열교환을 하게 되어 단위면적당 열취득율이 향상된다.

또한, 오수 열교환 장치(110)는 열교환부(110)가 하수관거(1)의 내부 바닥면에서 간격을 두고 설치되어 있고, 제1 관(122)과 제2 관(132)이 하수관거(1)의 내부 측면에 근접되어 있어 하수관거(1)에서 흐르는 오수의 흐름을 방해하지 않는다.

또한, 열교환부(110)들이 간격을 두고 떨어져 있어 열교환부(110)들의 세정 및 교체가 용이하다. 이에 따라 열교환부(110)의 세정 및 교체에 따른 비용을 절감할 수 있다. 그리고 유입 연결관(114)과 배출 연결관(115)을 통하여 이웃하는 열교환부(110)들이 서로 연결되어 열교환부(110)들을 연결하는 작업성이 향상된다.

한편, 하수 열교환 장치(100)가 하수의 흐르는 압력에 의하여 흔들리거나 하수를 따라 이동하지 않도록 체결수단(도시하지 않음)으로 하수관거(1)의 내부면에 견고히 고정되어 있다. 즉, 제1 관(122), 제2 관(132), 그리고 열교환부(110)는 체결수단으로 하수관거(1)에 견고히 고정된다. 그러나 하수 열교환 장치(100)는 체결수단으로 고정되지 않고 하수관거(1)의 바닥면에 놓일수 도 있다.

이와 같은 하수 열교환 장치(100)는 하수관거(1)의 직선 구간에 설치하여 하수 열교환 장치(100)의 설치성을 도모한다. 그리고 하수 열교환 장치(100)는 열공급처와 열사용처가 인접한 곳 즉, 하수량이 많은 하수처리장, 대도시 및 인구 밀집지역 따위에 설치하여 공사비용을 최소화 한다. 또한, 하수 열교환 장치(100)는 기계실이 인접한 곳에 설치하여 펌프(도시하지 않음)의 용량을 최소화 하도록 한다.

참고로 위 설명과 도면에서는 본 발명의 하수 열교환 장치가 하수관거에 설치되는 것으로 설명하였지만, 본 발명의 하수 열교환 장치는 하수관거 이외에도 다양한 곳에 설치될 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

1: 오수관거
100: 오수 열교환 장치
110: 열교환부
111: 열교환 몸체
111a: 제1 플레이트 111b: 제2 플레이트 112: 격벽 113: 유로 114: 유입 연결관 115: 배출 연결관
120: 입수부
121: 공급관 122: 제1 관
130: 배출부
131: 배출관 132: 제2 관

Claims (5)

1. 오수가 흐르는 하수관거 내부에 설치되어 내부로 유입된 유체가 상기 오수와 열교환 하는 것으로,
   상기 하수관거의 내부 바닥면에서 폭 방향으로 배열되고 내부가 서로 연통되어 있으며 연통된 상기 내부로 유체가 흐르는 열교환부들,
   상기 열교환부들 중 일측에 위치한 열교환부에 연결되어 있고 상기 열교환부 내부로 상기 유체를 공급하는 입수부,
   상기 열교환부들 중 타측에 위치한 열교환부에 연결되어 있고 상기 열교환부 내부를 흐른 상기 유체가 배출되는 배출부
   를 포함하며,
   상기 열교환부들은 각각,
   유입된 상기 유체가 흐르는 열교환 몸체,
   상기 열교환 몸체 일측 하부에서 외측 방향으로 돌출되어 있고 상기 열교환 몸체의 내부를 외부로 연통시킨 유입 연결관, 그리고
   상기 열교환 몸체 타측 상부에서 외측 방향으로 돌출되어 있고 상기 열교환 몸체의 내부를 외부로 연통시킨 배출 연결관
   을 포함하고
   상기 열교환부들의 사이에는 상기 오수가 통과하는 흐름 공간이 형성되는
   하수 열교환 장치.
2. 삭제
3. 제1항에서,
   상기 열교환 몸체는
   제1 플레이트,
   제1 플레이트와 마주하며 간격을 두고 떨어져 있는 제2 플레이트, 그리고
   상기 열교환 몸체 내부를 복수로 구획하여 유로를 형성하는 적어도 하나의 격벽
   을 포함하며,
   상기 격벽은 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트의 마주하는 내면의 적어도 일부분이 서로 맞닿아 형성되고, 상기 유로는 상기 유체가 상기 유로 내에서 흐르는 시간을 늘리도록 지그재그 형태로 형성되어 있는
   하수 열교환 장치.
4. 제1항에서,
   상기 입수부는,
   상기 하수관거의 내부 상면 일측에서 길이 방향을 따라 설치되어 있고 오수와 열교환 할 유체가 흐르는 제1 관 및
   상기 하수관거의 내부 일측면에 수직하게 설치되어 있고 일측에 위치한 상기 열교환부와 상기 제1 관을 연결하는 공급관
   을 포함하는
   하수 열교환 장치.
5. 제4항에서,
   상기 배출부는,
   상기 하수관거의 내부 상면 타측에서 길이 방향을 따라 설치되어 있고 오수와 열교환된 유체가 흐르는 제2 관 및
   상기 하수관거의 내부 타측면에 수직하게 설치되어 있고 타측에 위치한 상기 열교환부와 상기 제2 관을 연결하는 배출관
   을 포함하는
   하수 열교환 장치.

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