KR101287504B1 - 폐열회수장치 - Google Patents

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KR101287504B1
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김일경
이한섭
전병열
김은진
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(주)경성산업
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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 폐열회수장치는, 용수가 공급되는 용수 공급구; 상기 용수가 열교환된 온수가 배출되는 온수 배출구; 폐열이 공급되는 폐열 공급구; 상기 온수와 열교환된 폐열이 배출되는 폐열 배출구; 및 내부에 온수유로가 형성되는 플레이트가 원점에서 종단까지 스파이럴 형상을 갖도록 설치되고, 상기 플레이트의 내부 원점은 상기 용수 공급구와 연결되며 상기 플레이트의 내부 종단은 상기 온수 배출구와 연결되고, 상기 플레이트의 외부 원점은 상기 폐열 공급구와 연결되고 상기 플레이트의 외부 종단은 상기 폐열 배출구와 연결되는 스파이럴 머플러를 포함한다.

Description

폐열회수장치{HEAT RECOVERY STEAM GENERATOR}
본 발명은 폐열회수장치(HRSG: Heat Recovery Steam Generator)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 보일러 가동 시 발생하는 고온의 폐열을 스파이럴 유로를 통해 보일러 용수와 열교환을 수행한 후 저온의 폐열을 외부로 방출함으로써, 보일러의 에너지 효율을 극대화하고 대기오염 발생 가능성을 최소화할 수 있는 폐열회수장치에 관한 것이다.
일반적으로, 대단위 아파트에서는 중앙집중식 온수공급시스템을 채용하여 각 가정에 온수를 제공하고 있는데, 상기 중앙집중식 온수공급시스템 중에는 보일러실에 적어도 하나 이상 설치되면서 공급된 물을 소정의 온도로 가열하는 보일러와 상기 보일러로부터 배출되는 배기가스를 보일러실 외부로 배출할 수 있도록 된 배기덕트와 상기 보일러로부터 배출된 배기가스를 보일러실에 집적하여 순환 중 냉각된 온수를 재가열하는 개개의 열교환용 히터수단을 거쳐 보일러로 강제 귀환하는 제1 온수 순환라인과 상기 각 열교환용 히터수단을 거쳐 각 가정으로 온수를 강제 순환시키는 제2 온수 순환라인 등으로 이루어진다.
즉, 보일러로부터 가열된 온수는 제1 온수 순환라인을 따라 온수탱크에 일차 저장된 다음, 각 열교환용 히터수단을 거쳐 귀환펌프에 의해 보일러로 강제 귀환되고, 상기 열교환용 히터수단에 의해 재가열된 온수는 제2 온수 순환라인을 따라 각 가정에 공급된 다음, 온수순환펌프에 의해 제2 온수 순환라인을 연속적으로 순환하면서 각 가정의 난방을 수행하게 된다.
이러한 종래의 난방 시스템에서는 난방을 수행하면서 발생되는 배기가스를 배기덕트를 통해 그대로 외부에 방출하고 있다. 이러한 배기가스는 대부분 높은 온도 및 열량을 갖는다. 따라서, 배기가스가 정화되어 대기오염에는 지장이 없다 하더라도 높은 열량을 함유한 배기가스를 외부 대기 중으로 그대로 방출하는 것은 일종의 에너지 자원을 낭비하는 결과를 초래할 수 있다. 이에, 난방으로 얻어지는 배기가스를 리사이클링하여 에너지 자원을 최대한 활용할 수 있는 난방 시스템의 개발이 요구되고 있다.
등록실용신안 제20-0379106호, 공고일: 2005년 3월 21일 등록특허 제10-1147609호, 공고일: 2012년 5월 23일
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 보일러 가동 시 발생하는 고온의 폐열을 스파이럴 유로를 통해 보일러 용수와 열교환을 수행한 후 저온의 폐열을 외부로 방출함으로써, 보일러의 에너지 효율을 극대화하고 대기오염 발생 가능성을 최소화할 수 있는 폐열회수장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 이루고 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 폐열회수장치는, 용수가 공급되는 용수 공급구; 상기 용수가 열교환된 온수가 배출되는 온수 배출구; 폐열이 공급되는 폐열 공급구; 상기 온수와 열교환된 폐열이 배출되는 폐열 배출구; 및 내부에 온수유로가 형성되는 플레이트가 종단에서 원점까지 스파이럴 형상을 갖도록 설치되고, 상기 플레이트의 내부 종단은 상기 용수 공급구와 연결되며 상기 플레이트의 내부 원점은 상기 온수 배출구와 연결되고, 상기 플레이트의 외부 원점은 상기 폐열 공급구와 연결되고 상기 플레이트의 외부 종단은 상기 폐열 배출구와 연결되는 스파이럴 머플러를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 폐열회수장치의 상기 스파이럴 머플러의 상기 플레이트 내부에는 하나 이상의 격벽 안내판이 형성되고, 상기 각각의 격벽 안내판은 상기 플레이트 내부의 높이보다 작은 길이로 형성되며, 상기 하나 이상의 격벽 안내판 중 제N-1 격벽 안내판은 상기 플레이트 내부의 상단에 설치되고, 제N 격벽 안내판은 상기 플레이트 내부의 하단에 설치되며, 제N+1 격벽 안내판은 상기 플레이트 내부의 상단에 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 폐열회수장치의 상기 스파이럴 머플러의 내부에는 상기 플레이트의 외부에 대하여 상기 외부 원점으로부터 상기 외부 종단까지 스파이럴 형상의 폐열유로가 형성되고, 상기 플레이트 내부의 온수유로에 수용되는 용수와 상기 폐열유로가 수용되는 폐열 간 열교환이 수행되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 폐열회수장치의 상기 용수 공급구는 상기 온수유로의 종단 직하부에 형성되고, 상기 온수 배출구는 상기 온수유로의 원점 직상부에 형성되며, 상기 폐열 공급구는 상기 폐열유로의 원점 직하부에 형성되고, 상기 폐열 배출구는 상기 폐열유로의 종단 직상부에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 폐열회수장치의 상기 온수 배출구에는 공기 빼기 밸브(air vent)가 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 폐열회수장치에 따르면, 보일러로 공급되는 용수와 보일러에서 방출되는 폐열 간 열교환을 수행한 후 용수를 보일러로 공급하며 폐열을 외부로 방출함으로써, 보일러의 에너지 효율 극대화와 대기오염을 최소화할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 폐열회수장치에 따르면, 각각 스파이럴 형상으로 구현되는 용수 유로와 폐열 유로를 통해 열교환을 수행함으로써, 최소한의 부피만으로 최대한의 열교환 단면적을 확보할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 폐열회수장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 폐열회수장치의 구성을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 폐열회수장치의 스파이럴 머플러의 내부구조 및 유로를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 폐열회수장치 내부의 유로의 저면을 도시한 저면도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 폐열회수장치를 도시한 사시도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 폐열회수장치(500)는 공기빼기밸브(110), 온수 배출구(120), 폐열 배출구(130), 스파이럴 머플러(200), 폐열 공급구(210), 용수 공급구(220)를 포함한다.
본 명세서에서 주로 언급되는 1차 용수(150a), 2차 용수(150b), 3차 용수(150c)는 용수 공급구(220)를 통해 공급되어 스파이럴 머플러(200)를 경유한 후 온수 배출구(120)를 통해 배출되는 보일러 용수를 의미한다. 즉, 1차 용수(150a)는 폐열과의 열교환이 수행되기 전 용수 공급구(220)에 흐르는 저온의 용수를 의미하고, 2차 용수(150b)는 스파이럴 머플러(200)를 경유하며 폐열과의 열교환이 진행되는 용수를 의미하고, 3차 용수(150c)는 폐열과의 열교환이 완료되어 고온의 온수상태로 온수 배출구(120)를 통해 배출되는 용수를 의미한다.
또한, 1차 폐열(140a), 2차 폐열(140b), 3차 폐열(140c)은 폐열 공급구(210)를 통해 공급되어 스파이럴 머플러(200)를 경유한 후 폐열 배출구(130)를 통해 배출되는 보일러 폐열을 의미한다. 즉, 1차 폐열(140a)은 온수와의 열교환이 수행되기 전 폐열 공급구(210)로 유입되는 고온의 폐열을 의미한다. 2차 폐열(140b)은 폐열 공급구(210)로부터 스파이럴 머플러(200)로 공급되어 스파이럴 머플러(200) 내에서 2차 용수(150b)와 열교환이 진행 중인 폐열을 의미한다. 3차 폐열(140c)은 스파이럴 머플러(200)로부터 방출되어 폐열 배출구(130)로 유입된 상기 열교환이 완료되어 1차 폐열(140a) 대비 저온을 유지하는 폐열을 의미한다.
폐열회수장치(500)는 크게 커버(100) 및 스파이럴 머플러(200)로 구성될 수 있다. 커버(100)는 원뿔대의 형상으로 구현될 수 있다. 상기 원뿔대의 상단부에는 온수 배출구(120)가 원점의 수직 상부에 설치될 수 있다. 온수 배출구(120)의 수직 상부에는 공기빼기밸브(110)가 설치될 수 있다. 스파이럴 머플러(200)를 통과한 용수는 온수 배출구(120)를 통해서 외부로 배출될 수 있다.
용수 공급구(220)를 통해 스파이럴 머플러(200)로 유입되는 1차 용수(150a)에는 기포형태의 공기가 포함될 수 있다. 이러한 공기는 공개빼기밸브(110)를 통해 용수로부터 분리되어 외부로 유출될 수 있다. 즉, 스파이럴 머플러(200) 내부에서 2차 용수(150b)와 2차 폐열(140b) 간에 열교환이 수행되면서 2차 용수(150)b)가 함유하는 열량의 증가에 따라 용수의 압력은 증가한다. 따라서, 공기빼기밸브(110)가 잠금 상태에서 열림 상태로 전환되면 2차 용수(150b)에 내재된 기포형태의 공기는 상기 증가된 압력에 따라 2차 용수(150b)로부터 분리되어 공기빼기밸브(110)를 통해 외부로 분출될 수 있다. 이에, 상기 공기의 배출로 인해 보일러(300) 내부의 용수는 보다 효율적으로 순환될 수 있다.
또한, 폐열 공급구(210)는 스파이럴 머플러(200)의 원점 직하부에 고정되도록 설치될 수 있다. 폐열 공급구(220)에는 보일러(300)에서 배출되는 1차 폐열(140a)이 공급될 수 있다. 1차 폐열(140a)은 고온을 유지한 채 보일러(300)로부터 배출될 수 있는데, 보통 140℃ 내지 150℃의 고온으로 구현될 수 있다. 폐열 공급구(220)로 유입된 1차 폐열(140a)은 스파이럴 머플러(200) 내부로 경유하며 1차 용수(150a)와 열교환이 진행된 후 폐열 배출구(130)를 통해서 3차 폐열(140c)로 배출될 수 있다. 3차 폐열(140c)은 보통 40℃ 내지 50℃의 저온으로 구현되고, 대기온도의 상승량이 저감될 수 있다.
또한, 스파이럴 머플러(200)의 종단 직하부에는 용수 공급구(220)가 설치 될 수 있다. 용수 공급구(220)를 통해서 1차 용수(150a)가 공급될 수 있다. 1차 용수(150a)는 스파이럴 머플러(200) 내부로 이송될 수 있다. 1차 용수(150a)는 스파이럴 머플러(200) 내부에서 1차 폐열(140a)과 열교환 되어 온수 배출구(120)를 통해서 3차 용수(150c)로 변환되어 배출될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 폐열회수장치의 구성요소를 도시한 사시도이다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 폐열회수장치(500)는 커버(100) 및 스파이럴 머플러(200)로 구성된다. 커버(100)는 원뿔대의 형상으로 구현된다. 상기 원뿔대의 상단부에는 온수 배출구(120)가 원점의 수직 상부에 설치될 수 있다. 온수 배출구(120)의 수직 상부에는 공기빼기밸브(110)가 설치될 수 있다.
스파이럴 머플러(200)는 스파이럴 형상으로 배치된 플레이트로 구현될 수 있다. 상기 플레이트의 내부에는 빈 공간이 형성될 수 있다. 상기 플레이트 내부 공간은 온수유로(230)로 구현될 수 있다. 상기 플레이트의 끝단은 용수 공급구(220)와 연결된다. 즉, 용수 공급구(220) 내부와 상기 플레이트 내부는 서로 연통될 수 있다. 따라서, 용수 공급구(220)로부터 배출되는 1차 용수(150a)는 상기 플레이트 내부, 즉, 온수유로(230)로 유입되어 2차 용수(150b)로써 열교환을 수행할 수 있다.
스파이럴 머플러(200)는 플레이트 지지대를 포함할 수 있다. 상기 플레이트는 상기 플레이트 지지대 상부에 스파이럴 형상으로 설치될 수 있다. 또한, 상기 플레이트 상부에는 커버(100)가 설치될 수 있다. 이러한 구조로 인해 상기 플레이트의 외부에는 또다른 유로가 형성될 수 있다. 즉, 상기 플레이트의 스파이럴 형상 사이의 외부 공간은 하나의 유로로 구현될 수 있다. 본 발명에 따른 상기 플레이트의 외부공간에 형성되는 유로는 폐열유로(240)로 구현될 수 있다.
스파이럴 머플러(200)의 상기 플레이트는 종단과 원점을 가질 수 있다. 상기 플레이트의 종단 내부는 용수 공급구(220)와 연결된다. 상기 플레이트의 원점 내부는 온수 배출구(120)와 연결된다. 또한, 상기 플레이트의 종단 외부는 폐열 배출구(130)와 연결된다. 상기 플레이트의 종단 내부는 폐열 공급구(210)와 연결된다.
즉, 용수 공급구(220)로부터 전달되는 용수는 상기 플레이트의 종단 내부로 유입되어 상기 플레이트 내부의 온수유로(230)를 경유한 후 상기 플레이트 원점 내부에서 온수 배출구(120)로 배출될 수 있다. 또한, 폐열 공급구(210)로부터 전달되는 폐열은 상기 플레이트의 원점 외부로 유입되어 상기 플레이트 외부의 폐열유로(240)를 경유한 후 상기 플레이트의 종단 외부에서 폐열 배출구(130)로 배출될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 폐열회수장치의 스파이럴 머플러의 내부구조 및 유로를 도시한 사시도이다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 스파이럴 머플러(200)의 상기 플레이트 내부에는 하나 이상의 격벽 안내판(250)이 형성될 수 있다. 각각의 격벽 안내판(250)은 상기 플레이트 내부의 높이보다 작은 길이로 형성되며, 하나 이상의 격벽 안내판(250) 중 제N-1 격벽 안내판은 상기 플레이트 내부의 상단에 설치되고, 제N 격벽 안내판은 상기 플레이트 내부의 하단에 설치되며, 제N+1 격벽 안내판은 상기 플레이트 내부의 상단에 설치될 수 있다.
즉, 상기 플레이트 내부에 형성되는 온수유로(230)는 격벽 안내판(250)으로 인해 지그재그 유로로 구현될 수 있다. 격벽 안내판(250)은 상기 플레이트 내부의 높이보다 작은 높이를 갖고, 상기 플레이트 내부의 너비와 동일한 너비를 갖는 패널 형상으로 구현될 수 있다. 격벽 안내판(250)은 서로 이웃하는 격벽 안내판(250)이 상기 플레이트 내부의 상단 및 하단에 각각 엇갈리게 위치하도록 설치될 수 있다. 따라서, 상기 플레이트 내부에 형성되는 온수유로(230)는 상부 및 하부에 대하여 지그재그 형상을 갖는 유로로 구현될 수 있다.
이에, 온수유로(230) 내부에 수용되는 2차 용수(150b)는 격벽 안내판(250)으로 인해 지그재그 형상의 이동경로를 갖게 되므로, 상기 플레이트 외부의 폐열유로(240)에 위치하는 폐열과의 열교환 단면적이 증가되어 용수와 폐열 간의 열교환 효율이 극대화될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 폐열회수장치 내부의 유로의 저면을 도시한 저면도이다.
상기 플레이트의 종단에 위치한 용수 공급구(220)를 통해 1차 용수(150a)가 상기 플레이트 내부에 형성되는 온수유로(230)로 공급될 수 있다. 상술한 바와 같이, 온수유로(230)로 유입된 용수는 2차 용수(150b)라 한다. 지그재그 형상의 온수유로(230)에 흐르는 2차 용수(150b)는 상기 플레이트 외부에 형성된 폐열유로(240)를 흐르는 2차 폐열(140b)과 열교환을 수행한다. 2차 용수(150b)는 상기 플레이트 내부의 온수유로(230)가 끝나는 부분인 상기 플레이트의 원점까지 온수유로(230)를 흐르면서 지속적으로 열교환을 수행한다.
2차 용수(150b)는 상기 플레이트의 원점 내부와 연결된 온수 배출구(120)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 상술한 바와 같이, 온수 배출구(120)로 배출되는 2차 용수(150b)를 3차 용수(150c)라 하는데, 3차 용수(150c)는 지그재그 유로를 통한 열교환으로 인해 1차 용수(150a) 대비 높은 온도를 유지할 수 있다. 이와 같이 처음 공급되는 1차 용수(150a) 대비 높은 온도와 열량을 함유한 3차 용수(150c)가 보일러 시스템으로 공급되어 난방용수나 급탕용수로 사용되므로, 보일러 시스템의 열효율을 극대화할 수 있다.
또한, 2차 용수(150b)와 열교환을 수행한 2차 폐열(140b)은 상기 플레이트 종단 외부와 연결된 폐열 배출구(130)를 통해 3차 폐열(140c)로서 외부로 배출될 수 있다. 3차 폐열(140c)은 140℃ 이상의 고온을 유지하는 1차 폐열(140a) 대비 40℃ 내지 50℃의 저온을 유지한 채 외부로 배출될 수 있다. 따라서, 저열량의 폐열을 외부로 배출함으로써 대기온도의 상승으로 인한 지구 온난화를 예방할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
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 특허등록청구범위뿐 아니라 이 특허등록청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 커버 110: 공기빼기밸브
120: 온수 배출구 130: 폐열 배출구
140a: 1차 폐열 140b: 2차 폐열
140c: 3차 폐열 150a: 1차 용수
150b: 2차 용수 150c: 3차 용수
200: 스파이럴 머플러 210: 폐열 공급구
220: 용수 공급구 230: 온수유로
240: 폐열유로 250: 격벽 안내판
300: 보일러 500: 폐열회수장치

Claims (5)

  1. 용수가 공급되는 용수 공급구;
    상기 용수가 열교환된 온수가 배출되는 온수 배출구;
    폐열이 공급되는 폐열 공급구;
    상기 온수와 열교환된 폐열이 배출되는 폐열 배출구; 및
    내부에 온수유로가 형성되는 플레이트가 종단에서 원점까지 스파이럴 형상을 갖도록 설치되고, 상기 플레이트의 내부 종단은 상기 용수 공급구와 연결되며 상기 플레이트의 내부 원점은 상기 온수 배출구와 연결되고, 상기 플레이트의 외부 원점은 상기 폐열 공급구와 연결되고 상기 플레이트의 외부 종단은 상기 폐열 배출구와 연결되며, 상기 플레이트 내부에는 하나 이상의 격벽 안내판이 형성되고, 상기 각각의 격벽 안내판은 상기 플레이트 내부의 높이보다 작은 길이로 형성되며, 상기 하나 이상의 격벽 안내판 중 제N-1 격벽 안내판은 상기 플레이트 내부의 상단에 설치되고, 제N 격벽 안내판은 상기 플레이트 내부의 하단에 설치되며, 제N+1 격벽 안내판은 상기 플레이트 내부의 상단에 설치되는 스파이럴 머플러
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐열회수장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스파이럴 머플러의 내부에는 상기 플레이트의 외부에 대하여 상기 외부 원점으로부터 상기 외부 종단까지 스파이럴 형상의 폐열유로가 형성되고, 상기 플레이트 내부의 온수유로에 수용되는 용수와 상기 폐열유로가 수용되는 폐열 간 열교환이 수행되는 것을 특징으로 하는 폐열회수장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 용수 공급구는 상기 온수유로의 종단 직하부에 형성되고, 상기 온수 배출구는 상기 온수유로의 원점 직상부에 형성되며, 상기 폐열 공급구는 폐열유로의 원점 직하부에 형성되고, 상기 폐열 배출구는 상기 폐열유로의 종단 직상부에 형성되는 것을 특징으로 하는 폐열회수장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 온수 배출구에는 공기 빼기 밸브(air vent)가 설치되는 것을 특징으로 하는 폐열회수장치.
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KR101060449B1 (ko) 2009-04-24 2011-08-29 엄재규 스파이럴 구조의 열교환실을 가진 온수보일러

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