KR101534813B1 - 서멀사이폰을 이용한 보일러의 배기열 회수장치 - Google Patents

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Abstract

서멀사이폰을 이용한 보일러의 배기열 회수장치를 제공한다.
본 발명은 냉매를 압축하는 압축기로부터 토출되는 냉매의 진행방향을 전환시키는 사방전환밸브로부터 배출되는 고온고압의 냉매를 제1분기라인 또는 제2분기라인으로 분기하는 제어변 ; 상기 제1분기라인을 통해 선택적으로 공급되는 고온고압의 냉매가 일정량의 물이 저장된 급수탱크로부터 공급되는 급수와 열교환되어 가열하도록 열방출하는 제1열교환기 ; 상기 제2분기라인을 통해 선택적으로 공급되는 고온고압의 냉매가 외기와 열교환되도록 열방출하는 제2열교환기 ; 상기 제1열교환기로부터 배출되는 냉매를 팽창시키는 제1팽창밸브를 갖는 제3분기라인과 연결되고, 상기 제2열교환기로부터 배출되는 냉매를 팽창시키는 제2팽창밸브를 갖는 제4분기라인과 연결되어 팽창된 냉매가 외기로부터 열을 흡수하여 증발되고, 증발된 냉매를 상기 압축기로 배출하는 제3열교환기; 및 상기 보일러로부터 배출되는 배기가스가 상기 제3열교환기와 열교환되도록 배기가스를 배출안내하는 배기관을 갖추어 상기 제3열교환기에서의 냉매증발시 발생하는 수분응결을 제거하는 열원을 제공하는 제상부 ; 를 포함한다.

Description

서멀사이폰을 이용한 보일러의 배기열 회수장치{Apparatus for Withdrawing the Exhaust Heat of a Boiler using Thermo-syphon }
본 발명은 보일러의 배기열을 회수하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세히는 보일러의 가동운전시 외부로 배기되는 고온의 배기가스를 회수하고 회수된 배기열에서 증발되는 작동유체의 열원을 증발형 열교환기에 흡열용 열원으로 재활용함으로써 히트펌프의 열교환 효율을 높이고, 제상용 히터를 추가로 구비하거나 냉매순환사이클을 역으로 운전하거나 하는 복잡한 제상시스템의 필요없이 동절기에 무동력으로 증발형 열교환기에서의 착상을 근본적으로 방지하거나 지연시킬 수 있는 서멀사이폰을 이용한 보일러의 배기열 회수장치에 관한 것이다.
일반적으로 건물이나 가정의 난방을 위해서 설치되는 보일러로부터 배출되는 고온 배기가스의 폐열을 회수하는 시스템은 부식성의 고온 보일러 배기가스의 폐열회수를 위하여 직접접촉식 응축열회수장치를 사용한다.
여기서 보일러 배기가스 폐열회수를 위한 직접접촉식 응축형 열교환기의 경우, 보일러 배기가스가 열교환기를 통과하면서 물과 직접접촉하면서 전열되는데, 직접접촉식 응축열회수장치의 일종인 물유동층 열교환기의 경우, 전열관 배열이 물유동층 내에 위치하여 저온부식의 문제를 해결할 수 있었다.
대한민국 특허공개 10-2012-0112902호(2012.10.12)에는 보일러 급수탱크에 저장된 보일러에 공급되는 급수를 보일러 배기가스의 폐열을 회수하기 위한 직접접촉식 응축형 열교환기를 사용하여 1차로 가열하고, 직접접촉식 응축형 열교환기로 1차로 가열된 보일러 급수를 히트펌프장치에 의해 2차로 한번 더 승온하여, 고온의 급수를 보일러에 공급하는 히트펌프를 이용한 보일러의 배기가스 폐열 회수시스템이 개시되어 있다.
이러한 보일러에 채용되는 히트펌프는 냉매를 압축하는 압축기, 냉매의 순환방향을 전환하는 사방밸브, 고온고압의 냉매가 열을 방출하는 응축기 및 응축기로부터 배출되는 냉매를 팽창시키는 팽창밸브, 냉매가 주위로부터 열을 공급받아 증발하는 증발기로 이루어짐으로써 냉매(고압,저압)가 주변에 있는 열원을 흡수하고, 흡수된 열원을 공기나 물의 온도를 올리는 에너지로 사용하는 것으로, 주로 공기열, 지열, 폐열, 폐수열, 하천수열, 해수열 등 일정온도를 가지고 있는 열원을 그대로 채취하거나, 열교환기를 통하여 온도를 채취하여 이를 에너지로 활용하게 된다.
그러나, 새로운 하이드로이드 보일러 시스템으로 구현하기 위해서 보일러와 통합되는 히트펌프는 동절기에서 외기온도가 낮아질 경우 필요한 난방용량은 증가하지만 히트펌프의 난방용량이 줄어들게 되어서 별도의 난방장치가 추가로 필요하게 되어 에너지효율이 낮아지게 되고, 외기온도가 낮아지는 경우 실외에 설치되는 증발기의 코일에 착상을 촉진시켜 제상 사이클이 자주 반복되어 난방용량과 COP(Coefficient of performance)를 저하시키는 한편, 액냉매와 윤활유의 혼합으로 히트펌프의 파손 가능성을 높게 하기 때문에 가정용 히트펌프 보급 활성화에 가장 큰 문제점이다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 보일러의 가동운전시 외부로 배기되는 고온의 배기가스를 회수하고 회수된 배기열에 의해서 증발되는 작동유체의 열원을 증발형 열교환기에 흡열용 열원으로 재활용함으로써 히트펌프의 열교환 효율을 높이고, 제상용 히터를 추가로 구비하거나 냉매순환사이클을 역으로 운전하거나 하는 복잡한 제상시스템의 필요없이 동절기에 무동력으로 증발형 열교환기에서의 착상을 근본적으로 방지하거나 지연시킬 수 있는 서멀사이폰을 이용한 보일러의 배기열 회수장치를 제공하고자 한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서 본 발명은, 보일러로부터 배출되는 배기가스의 배기열을 회수하는 장치에 있어서, 냉매를 압축하는 압축기로부터 토출되는 냉매의 진행방향을 전환시키는 사방전환밸브로부터 배출되는 고온고압의 냉매를 제1분기라인 또는 제2분기라인으로 분기하는 제어변 ; 상기 제1분기라인을 통해 선택적으로 공급되는 고온고압의 냉매가 외부로부터 공급되는 급수와 열교환되어 가열하도록 열방출하는 제1열교환기 ; 상기 제2분기라인을 통해 선택적으로 공급되는 고온고압의 냉매가 외기와 열교환되도록 열방출하는 제2열교환기 ; 상기 제1열교환기로부터 배출되는 냉매를 팽창시키는 제1팽창밸브를 갖는 제3분기라인과 연결되고, 상기 제2열교환기로부터 배출되는 냉매를 팽창시키는 제2팽창밸브를 갖는 제4분기라인과 연결되어 팽창된 냉매가 외기로부터 열을 흡수하여 증발되고, 증발된 냉매를 상기 압축기로 배출하는 제3열교환기; 및 상기 보일러로부터 배출되는 배기가스와의 열교환시 기체상으로 증발되고, 상기 제3교환기와의 열교환시 액체상으로 응축되는 작동유체가 일방향으로 순환되는 순환라인과 연결되는 서멀사이폰을 상기 배기가스가 배출되는 배기관에 갖추어 동절기에 상기 제3열교환기에서의 냉매증발시 발생하는 수분동결을 방지하는 열원을 제공하는 제상부 ; 를 포함하고, 상기 서멀 사이폰은 상기 보일러에서 연소된 배기가스를 배출하는 배기관의 외부면에 내주면이 면접하여 구비되고, 일정량의 작동유체가 채워지는 중공원통형 관체로 이루어지고, 상기 중공원통형 관체의 상단은 증발된 기체상의 작동유체가 유입되는 순환라인의 일단과 연결되고, 상기 중공원통형 관체의 하단은 응축된 액체상의 작동유체가 유출되는 순환라인의 타단과 연결되고, 상기 서멀사이폰은 상기 제3열교환기를 거치면서 액체상으로 상변화된 작동유체의 순환공급이 원활하게 이루어지도록 상기 제3열교환기의 설치위치보다 상대적으로 낮은 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 서멀사이폰을 이용한 보일러의 배기열 회수장치를 제공한다.
바람직하게, 상기 제1열교환기는 외부로부터 물이 공급되는 급수라인을 매개로 연결되고, 온수라인을 매개로 하여 보일러, 바닥난방용 튜브 또는 온수탱크 중 어느 하나와 연결된다.
더욱 바람직하게, 상기 온수라인은 길이중간에 구비된 제1온수용 삼방변과 연결되는 분기온수라인을 구비하고, 상기 분기온수라인은 제2온수용 삼방변을 매개로 상기 보일러와 일단이 연결되는 제1분기온수라인과, 상기 바닥난방용 튜브와 일단이 연결되는 제2분기온수라인과 각각 연결된다.
더욱 바람직하게, 상기 온수라인은 길이중간에 구비되는 제1온수용 삼방변에 의해서 분기된 온수를 온수를 저장할 수 있도록 온수탱크와 연결된다.
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바람직하게, 상기 제3열교환기의 후단에는 상기 서멀사이폰으로 재순환공급되는 작동유체와 상기 제3열교환기의 내부로 공급되는 냉매가 서로 열교환되어 냉매를 승온시키는 보조열교환기를 추가 포함한다.
상기한 바와 같은 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
(1) 저온저압의 냉매가 외부로부터 열을 흡수하여 열교환되는 증발형 제3열교환기를 통과하도록 연결되는 순환라인에 보일러의 배기가스에 의해서 증발된 작동유체가 순환공급됨으로써, 증발된 작동유체가 제3열교환기와 열교환되어 응축되는 과정에서 제3열교환기에 흡열원을 제공하기 때문에 히트펌프의 구동시 열효율을 향상시킬 수 있다.
(2) 히트펌프를 구성하는 증발형 열교환기인 제3열교환기에 흡입되는 외기의 온도를 배기가스의 배기열에 증발된 작동유체에 의해서 인위적으로 높일 수 있기 때문에 종래와 같이 빙점이하로 온도가 낮아지는 동절기에 증발형 열교환기에서 수분응결에 기인하는 착상을 제상히터와 같은 추가적인 제상시스템의 필요없이 근본적으로 방지하거나 지연시킬 수 있고, 이로 인하여 히트펌프를 적용한 보일러시스템의 작동효율성을 높일 수 있는 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 서멀사이폰을 이용한 보일러의 배기열 회수장치에서 냉매가 히트펌프의 제1열교환기와 제3열교환기를 통하여 운전되는 상태를 도시한 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 서멀사이폰을 이용한 보일러의 배기열 회수장치에서 냉매가 히프펌프의 제2열교환기와 제3열교환기를 통하여 운전되는 상태를 도시한 전체 구성도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 서멀사이폰을 이용한 보일러의 배기열 회수장치에 채용되는 순환라인이 제3열교환기에 설치된 상태도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 구조 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 서멀사이폰을 이용한 보일러의 배기열 회수장치(100)는 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 난방 및 급탕을 위한 보일러의 가동시 연소 후 외부로 배출되는 배기가스의 배기열을 열원으로 하여 보일러의 열효율을 위해 구비되는 히트펌프에서 동절기에 빈번하게 발생하는 수분응결을 제거하거나 지연시킬 수 있도록 제어변(101), 제1열교환기(110), 제2열교환기(120), 제3열교환기(130) 및 제상부(140)를 포함한다.
상기 제어변(101)은 냉매를 압축하는 압축기(102)로부터 토출되는 냉매의 진행방향을 정방향 또는 역방향으로 전환시키는 사방전환밸브(103)와 연결되는 제1냉매라인(151)과, 상기 제1,2열교환기(110,120)와 연결되는 제1,2냉매분기라인(111,121)사이에 구비되는 냉매유로전환용 밸브부재이다.
여기서, 상기 압축기(102)와 사방전환밸브(103)사이에는 상기 압축기로부터 사방전환밸브측으로 토출되는 고온고압의 냉매에 포함된 이물질을 제거하도록 제2냉매라인(152)의 길이중간에 필터부재(102a)를 구비하고, 상기 사방전환밸브(103)로부터 압축기(102)측으로 토출되는 저온저압의 냉매를 일시 저장하도록 제3냉매라인(153)의 길이중간에 저장조(102b)를 선택적으로 구비할 수 있다.
이러한 제어변(101)은 상기 사방전환밸브(103)로부터 토출되어 상기 제1냉매라인(151)을 통해 배출되는 고온고압의 냉매를 상기 제1열교환기(110)측으로 안내공급하는 제1분기라인(111)과, 고온고압의 냉매를 상기 제2열교환기(120)측으로 안내공급하는 제2분기라인(121)사이에 배치되어 보일러의 운전조건에 따라 미도시된 제어부의 제어신호에 의해서 고온고압의 냉매를 제1분기라인(111) 또는 제2분기라인(121)으로 선택하여 분기안내하는 것이다.
상기 제1열교환기(110)는 상기 제1분기라인(111)을 통해 선택적으로 공급되는 고온고압의 냉매가 외부로부터 공급되거나 일정량의 물이 저장된 급수탱크로부터 공급되는 급수와 열교환되어 급수된 물을 가열하도록 열방출하는 응축형 열교환기이다.
외부로부터 급수가 안내공급되는 급수라인(2a)은 제1열교환기(110)와 연결되는바, 이러한 제1열교환기(110)의 내부를 통과하면서 일정온도로 가열된 온수는 온수라인(2b)을 통하여 보일러(1)로 공급되거나 바닥난방용 튜브(3)측으로 선택적으로 공급되거나 온수탱크(2)에 저장될 수 있다.
상기 온수탱크(2)와 연결되는 온수라인(2b)의 길이중간에는 제1온수용 삼방변(4)을 구비하고, 상기 제1온수용 삼방변(4)과 연결되어 온수가 분기되는 분기 온수라인(2c)을 구비하고, 상기 분기 온수라인(2c)은 상기 보일러(1) 또는 바닥난방용 튜브(3)측으로 온수를 선택적으로 공급할 수 있도록 제2온수용 삼방변(4a)을 매개로 하여 상기 보일러(1)와 일단이 연결되는 제1분기온수라인(1a)과, 상기 바닥난방용 튜브(3)와 일단이 연결되는 제2분기온수라인(3a)과 각각 연결될 수 있다.
이러한 온수라인(2b)의 길이중간에 구비된 제1온수용 삼방변(4)의 선택적인 개페작동에 의해서 온수를 온수탱크(2)측으로 공급하여 저장하거나 상기 분기 온수라인(2c)측으로 각각 분기하여 공급할 수 있고, 상기 제2온수용 삼방변(4a)의 선택적인 개폐작동에 의해서 분기된 온수를 보일러(1) 또는 바닥난방용 튜브(3)측으로 공급할 수 있는 것이다.
여기서, 상기 급수라인(2a)에는 상기 급수탱크(2)에 저장된 물을 제1열교환기(110)측으로 펌핑공급할 수 있도록 펌프부재(5)를 구비하고, 상기 온수라인(2b)에는 열교환후 가열된 온수가 상기 온수탱크, 보일러 또는 바닥난방용 튜브측으로 공급되는 온수유량을 측정할 수 있도록 유량계(6)를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어변(101)과 제1열교환기(110)사이를 연결하는 제1분기라인(111)에는 이를 통해 공급되는 고온고압의 냉매를 상기 제1열교환기(110)측으로 안내공급하거나 상기 사방전환밸브(103)측으로 냉매라인을 통해 안내공급할 수 있도록 삼방변(111a)을 구비할 수 있다.
상기 제2열교환기(120)는 상기 제2분기라인(121)을 통해 선택적으로 공급되는 고온고압의 냉매가 외기와 열교환되어 냉각되도록 열방출하는 응축형 열교환기이다.
이러한 제2열교환기(120)는 제1열교환기와 마찬가지로 고온고압의 냉매가 공급되는 제2분기라인(121)이 통과하는 몸체외부면에 복수개의 방열핀을 구비하는 응축형 열교환기로 구비될 수 있다.
상기 제3열교환기(130)는 상기 제1열교환기(110)를 통과하면서 열을 방출하도록 열교환된 후 배출되는 냉매를 팽창시키는 제1팽창밸브(112)와, 일방향으로 흐르는 냉매의 역류를 방지하는 제1역지변(113)을 길이중간에 각각 구비하는 제3분기라인(114)과 연결된다.
이와 동시에 상기 제2열교환기(120)를 통과하면서 열을 방출하도록 열교환된 후 배출되는 냉매를 팽창시키는 제2팽창밸브(122)를 구비하는 제4분기라인(124)과 연결되고, 이러한 제4분기라인(124)에도 일방향으로 흐르는 냉매의 역류를 방지할 수 있도록 제2역지변을 길이중간에 구비할 수 있다.
이러한 제3열교환기(130)는 몸체내부에 관통되어 배열배치되는 제3분기라인(114)또는 제4분기라인(124)을 통해 공급되는 팽창된 저온저압의 냉매가 외기로부터 열을 흡수하여 증발되는 증발형 열교환기로 구비될 수 있다.
상기 제3열교환기(130)를 통과하면서 증발된 냉매는 상기 사방전환밸브(103)를 경유하여 상기 압축기(102)측으로 순환공급되는 것이다.
상기 제3열교환기(130)는 제1,2열교환기와 마찬가지로 저온고압의 냉매가 공급되는 제3,4분기라인(114,124)이 통과하는 몸체외부면에 복수개의 방열핀(135)을 구비하는 증발형 열교환기로 구비될 수 있다.
또한, 상기 제3열교환기(130)와 사방전환밸브(103)사이를 연결하는 제4냉매라인(154)에는 상기 제3열교환기(130)로부터 배출되는 저온저압의 냉매의 역류를 방지하도록 제3역지변(115)을 구비하는 것이 바람직하다.
상기 제상부(140)는 상기 보일러(1)로부터 고온의 배기가스가 배출되는 배기관(1b)에 작동유체가 채워진 서멀사이폰(142)을 구비하여 상기 제3열교환기(130)에서의 냉매증발시 발생하는 수분응결인 착상을 방지하면서 착상을 지연시킬 수 있도록 열원을 제공하는 것이다.
이러한 서멀사이폰(142)은 상기 보일러로(1)부터 배기관(1b)을 통해 배출되는 고온의 배기가스와의 열교환시 액체상태로부터 기체상태로 상변화되어 증발되면서 배기열을 흡수하여 가열되고, 상기 제3교환기(130)와의 열교환시에는 기체상태로부터 액체상태로 상변화되어 응축되면서 상기 제3열교환기(130)측으로 열을 전달하여 냉각되는 작동유체가 일방향으로 순환되는 순환라인(141)을 구비한다.
여기서, 상기 서멀 사이폰(142)은 상기 보일러에서 연소된 배기가스를 배출하는 배기관(1b)의 외부면에 내주면이 면접하여 배치되고, 일정량의 작동유체인 작동유체가 채워지는 중공원통형 관체로 이루어질 수 있다.
상기 중공원통형 관체의 상단은 증발된 기체상의 작동유체가 유입되는 순환라인(141)의 일단과 연결되고, 상기 중공원통형 관체의 하단은 응축된 액체상의 작동유체가 유출되는 순환라인(141)의 타단과 연결된다.
즉, 상기 순환라인(141)은 일단과 타단은 상기 배기관(1b)에서 비접촉식으로 열교환되는 작동유체의 증발과 상기 제3교환기(130)에서 열교환되는 작동유체의 응축에 의한 상변화에 맞추어 상기 작동유체의 일방향 순환이 자중에 의해서 원활하게 이루어지도록 상기 서멀사이폰(142)의 상단과 하단에 각각 연결되고, 일정량의 작동유체인 작동유체가 채워지는 밀폐루프형 순환파이프로 이루어지는 것이 바람직하다.
이에 따라, 보일러의 가동시 발생하는 배기가스의 배기열에 의해서 증발되어 승온된 서멀사이폰(142)의 작동유체가 순환라인(141)을 통하여 제3열교환기(130)를 통과하면서 열교환되어 상변화되어 응축됨으로써, 히트펌프를 구성하는 증발형 열교환기인 제3열교환기(130)에 순환라인(141)을 통하여 상변화되는 작동유체의 열원을 제공하기 때문에, 히트펌프의 구동시 열효율을 향상시킬 수 있고, 히트펌프를 구성하는 증발형 열교환기에 흡입되는 외기의 온도를 인위적으로 높여서 동절기에 증발형 열교환기의 표면에서 발생하는 수분응결에 기인하는 착상이 발생하지 않도록 추가적인 제상시스템의 필요없이 근본적으로 제거하거나 지연시킬 수 있는 것이다.
한편, 상기 배기가스의 배기열과 서멀사이폰의 작동유체가 열교환되는 증발영역은 상기 순환라인(141)을 통한 작동유체의 일방향 순환이 원활하게 이루어질 수 있도록 상기 제3열교환기(130)와 순환라인(141)의 작동유체가 열교환되는 응축영역보다 상대적으로 낮은 위치에 구비되는 것이 바람직하다.
이러한 경우, 상기 서멀사이폰(142)은 히트펌프를 구성하는 제3열교환기(130)의 설치위치보다 상대적으로 낮은 위치에 배치됨으로써, 상기 제3열교환기(130)에서 열교환되어 액체상으로 응축된 작동유체가 상기 서멀사이폰(142)으로 재순환 공급되는 일련의 순환동작을 자중에 의해서 막힘없이 원활하게 수행할 수 있는 것이다.
그리고, 상기 서멀사이폰(142)과 제3열교환기(130)사이에 해당하는 순환라인(141)의 길이중간에는 개페밸브(143)를 구비함으로써 상기 제3열교환기에서의 수분응결을 방지하거나 지연시키기 위한 동절기 이외 기간에 작동유체가 불필요하게 순환되는 것을 제어하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 제3열교환기(130)의 후단에는 제1팽창밸브(112) 또는 제2팽창밸브(122)의 개방시 상기 제3열교환기(130)의 내부로 공급되는 냉매와 상기 순환라인(141)을 통해 상기 서멀사이폰(142)으로 재순환공급되는 작동유체가 서로 열교환되어 냉매를 승온시킬 수 있도록 이중관 열교환기 형태의 보조열교환기(140a)를 추가로 구비함으로써 히트펌프의 열효율을 높일 수 있다.
상기한 본 발명의 특정 실시예와 관련하여 도면을 참조하여 상세히 설명하였지만 본 발명을 이와 같은 특정 구조에 한정하는 것은 아니다. 당업계에서 통상의 지식을 가진 당업자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상을 벗어나지 않고서도 용이하게 수정 또는 변경할 수 있을 것이다. 그러나 이러한 단순한 설계변형 또는 수정사항에 의한 등가물 및 변형물은 모두 명백하게 본 발명의 권리범위 내에 속함을 미리 밝혀둔다.
1 : 보일러
2 : 온수탱크
101 : 제어변
102 : 압축기
103: 사방전환밸브
110 : 제1열교환기
111 : 제1분기라인
114 : 제3분기라인
120 : 제2열교환기
121 : 제2분기라인
124 : 제4분기라인
130 : 제3열교환기
140 : 제상부
141 : 순환라인
142 : 서멀사이폰
143 : 개폐밸브

Claims (8)

  1. 보일러로부터 배출되는 배기가스의 배기열을 회수하는 장치에 있어서,
    냉매를 압축하는 압축기로부터 토출되는 냉매의 진행방향을 전환시키는 사방전환밸브로부터 배출되는 고온고압의 냉매를 제1분기라인 또는 제2분기라인으로 분기하는 제어변 ;
    상기 제1분기라인을 통해 선택적으로 공급되는 고온고압의 냉매가 외부로부터 공급되는 급수와 열교환되어 가열하도록 열방출하는 제1열교환기 ;
    상기 제2분기라인을 통해 선택적으로 공급되는 고온고압의 냉매가 외기와 열교환되도록 열방출하는 제2열교환기 ;
    상기 제1열교환기로부터 배출되는 냉매를 팽창시키는 제1팽창밸브를 갖는 제3분기라인과 연결되고, 상기 제2열교환기로부터 배출되는 냉매를 팽창시키는 제2팽창밸브를 갖는 제4분기라인과 연결되어 팽창된 냉매가 외기로부터 열을 흡수하여 증발되고, 증발된 냉매를 상기 압축기로 배출하는 제3열교환기; 및
    상기 보일러로부터 배출되는 배기가스와의 열교환시 기체상으로 증발되고, 상기 제3교환기와의 열교환시 액체상으로 응축되는 작동유체가 일방향으로 순환되는 순환라인과 연결되는 서멀사이폰을 상기 배기가스가 배출되는 배기관에 갖추어 동절기에 상기 제3열교환기에서의 냉매증발시 발생하는 수분동결을 방지하는 열원을 제공하는 제상부 ; 를 포함하고,
    상기 서멀 사이폰은 상기 보일러에서 연소된 배기가스를 배출하는 배기관의 외부면에 내주면이 면접하여 구비되고, 일정량의 작동유체가 채워지는 중공원통형 관체로 이루어지고,
    상기 중공원통형 관체의 상단은 증발된 기체상의 작동유체가 유입되는 순환라인의 일단과 연결되고, 상기 중공원통형 관체의 하단은 응축된 액체상의 작동유체가 유출되는 순환라인의 타단과 연결되고,
    상기 서멀사이폰은 상기 제3열교환기를 거치면서 액체상으로 상변화된 작동유체의 순환공급이 원활하게 이루어지도록 상기 제3열교환기의 설치위치보다 상대적으로 낮은 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 서멀사이폰을 이용한 보일러의 배기열 회수장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1열교환기는 외부로부터 물이 공급되는 급수라인을 매개로 연결되고, 온수라인을 매개로 하여 보일러, 바닥난방용 튜브 또는 온수탱크 중 어느 하나와 연결되는 것을 특징으로 하는 서멀사이폰을 이용한 보일러의 배기열 회수장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 온수라인은 길이중간에 구비된 제1온수용 삼방변과 연결되는 분기온수라인을 구비하고, 상기 분기온수라인은 제2온수용 삼방변을 매개로 상기 보일러와 일단이 연결되는 제1분기온수라인과, 상기 바닥난방용 튜브와 일단이 연결되는 제2분기온수라인과 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 서멀사이폰을 이용한 보일러의 배기열 회수장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 온수라인은 길이중간에 구비되는 제1온수용 삼방변에 의해서 분기된 온수를 온수를 저장할 수 있도록 온수탱크와 연결되는 것을 특징으로 하는 서멀사이폰을 이용한 보일러의 배기열 회수장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제3열교환기의 후단에는 상기 서멀사이폰으로 재순환공급되는 작동유체와 상기 제3열교환기의 내부로 공급되는 냉매가 서로 열교환되어 냉매를 승온시키는 보조열교환기를 추가 포함하는 것을 특징으로 하는 서멀사이폰을 이용한 보일러의 배기열 회수장치.
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