KR101706174B1 - 폐열회수 온풍난방형 연도장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐열회수 온풍난방형 연도장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연도(F)의 외측벽을 감싸는 내측관과 상기 내측관을 감싸는 외측관으로 이루어진 이중관(10)에 연소가스의 폐열을 방열하는 방열휀(12)이 구비됨으로써, 연도를 통하여 폐기되는 열에너지의 흡수와 방열 기능을 극대화시켜서 난방에 재사용함으로서 에너지의 절감 효과는 물론 무공해 실내 공기의 난방과 청정 공기의 공급 그리고 열적 쾌적성을 보장받는 친환경적인 폐열회수 온풍난방형 연도 장치에 관한 것이다.

Description

폐열회수 온풍난방형 연도장치{Exhaust device on air heating type for waste heat recovery}

본 발명은 폐열회수 온풍난방형 연도장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폐열이 흐르는 연도를 감싸는 내측관의 외벽에 열발산판(熱潑散板 fin)을 부착하여 폐기되는 연도 내의 열을 이중관내를 흐르는 대류에 방열하고 상기 열을 흡수한 대류의 온도는 상승하여 실내에 온풍을 공급함으로써 에너지를 절약하고 난방효율을 높이며 청정 온풍을 공급함으로써 실내 환경이 개선되는 친환경적인 폐열회수 온풍 난방형 연도 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 난로의 연소실에서 연료가 연소되면서 가열된 연소실에 접촉한 공기는 복사와 전도에 의해 열이 전달되며, 열이 전달된 공기는 대류에 의해 난로 표면에서 상승 이동하게 되며, 이는 공기분자의 임의운동에 의한 열전도와 난로표면 근처의 뜨거운 공기가 찬 공기로 대체되는 대류의 영향으로 실내공기의 온도가 점차적으로 상승하게 된다.

이러한, 벽난로는 건물이나 가옥의 실내 분위기를 한층 돋보이게 하는 인테리어의 목적 외에 장작이나 기타 연료를 연소시켜 그 연소열에 의해 실내를 따뜻하게 하는 난방장치로서 이용된다. 이러한 벽난로는 실내의 벽면에 연소실을 설치하고 벽속으로 연도를 통하게 한 구조를 가지며, 벽면에 직접 벽돌을 쌓아 설치하던 형태에서 일반 난로와 같이 벽면과 분리시킨 형태로 변모되면서 벽면을 통한 열손실을 감소시키고자 하는 방향으로 발전하고 있다.

종래의 벽난로는 기본적으로 화구를 가진 일정 용적의 연소실이 구비된 본체와, 장작 등의 고체연료를 연소시킬 수 있도록 연소실의 바닥면에 설치된 그릴과, 연소실과 관통되도록 본체의 천정면에 설치된 연도가 구비된다.

아울러, 종래의 벽난로에는 작은량의 장작으로 더 넓은 공간의 난방이 가능함은 물론 고체연료의 연소시 발생되는 유해 배기가스를 줄이기 위해, 장작이 연소할 때의 화염 즉, 1차화염의 상부에서 2차화염을 재차 방출시킬 수 있도록 연소실의 상측에 배치된 다중 연소장치가 구비된다.

그런데, 종래에 따른 벽난로의 다중 연소장치는 급기관이 소정 길이의 파이프체로 이루어지고 그 파이프체의 길이 방향을 따라 다수의 급기공이 연속적으로 형성됨과 동시에 파이프체가 서로 일정 간격 이격되게 배치되는 구조를 가지기 때문에, 고체연료의 1차화염 전체에 대해 급기관을 통한 공기의 분사영역이 일정 간격으로 이격된 급기관의 길이방향에 한정되므로 고체연료의 연소로 인해 발생되는 연소가스의 연소가 불규칙하게 이루어져 결과적으로 1차화염에 의해 발생된 연소가스의 연소효율이 저하되는 문제점이 있었다.

이와 관련된 종래 기술로 한국 등록 실용신안 제20-0294583호(2002. 10. 29)에는 "벽난로용 다중 연소장치"가 개시되었다.

상기한 종래 기술은 소정 크기의 화구(11)가 형성되며 바닥면에 외부의 공기가 선택적으로 유입 가능한 그릴(13)이 설치되고 상단에 연소가스를 외부로 배출하기 위한 연도(15)가 관통 형성된 연소실(10)과, 상기 연소실(10)의 외측벽을 따라 형성된 소정 공기 통로를 갖도록 그 외측벽을 둘러싼 본체부(20)를 구비하는 벽난로에 있어서, 상기 연소실(10)의 그릴(13) 위에서 소정 연소재가 연소될 때, 외부의 공기가 상기 공기 통로(21)로 유입될 수 있도록 상기 본체부(20)의 양측면에 각각 관통 형성된 공기 흡입구(30); 및 상기 연소실(10)에서 발생되는 연소열이 연도(15)를 통해 직접 방출되는 것을 방지함과 동시에 연소실(10)의 상부에서 연소재의 발화 영역에 대해 외부의 공기를 평면적으로 분사하여 상기 연소재를 다중으로 연소시키기 위하여, 상기 연소실(10)의 횡방향측 내벽에 대응되는 공기 통로(21)와 서로 연통 가능한 소정 내부공간을 가지고 그 공기 통로를 통해 상기 내부공간으로 유입된 공기를 연소재 측으로 분사시킬 수 있도록 상기 연소실(10)의 내벽에 소정 각도 경사지게 설치되고, 상기 연소재와 대응되는 평면 상에 다수의 분사구(43)가 형성된 하우징(41)을 가진 디플렉트부재(40)를 구비하고, 상기 하우징(41)은 화구와 대향되는 연소실(10)의 내측벽(10b)으로부터 일정 간격 이격되게 설치된 것을 특징으로 한다.

다만, 상기한 종래 기술은 디플렉트부재(40)는 상기 연소실(10)의 외부에 구비됨으로써, 연소시 발생된 열에너지가 주변온도를 상승시키는 데 약 60%가 소요되고, 나머지 40%의 열에너지는 연도를 통해 외부로 배출되어 폐열의 회수가 완벽하지 못한 문제점이 있었다.

그리고, 상기한 종래 기술은 연도(15) 내주면에 불완전 연소로 발생되는 카본 등의 불순물의 처리가 용이치 않고, 연소실 내에서 2차 연소가 되더라도 상기 연도의 불순물이 완전 연소를 방해함으로써, 쾌적한 실내공기의 공급이 원활하지 못한 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로 본 발명의 목적은 이중관의 연도를 지나는 폐열을 회수하여 실내공기를 대류방식으로 난방하는 이중관에 열전도를 향상시키는 방열휀이 구비됨으로써, 벽난로의 에너지 효율이 상승되며, 실내에 안정적으로 열이 공급되어 열적 쾌적성이 증대된 폐열회수 온풍난방형 연도장치를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 폐열회수 온풍난방형 연도장치는 벽난로의 연소실에서 생성되는 연소가스의 외부 배출시 폐열을 회수하는 연도장치로서, 상기 연소가스가 배출되는 연도가 구비되도록 상기 연소실의 상단에서 상부로 연장된 내측관과 상기 내측관의 외측을 감싸는 외측관으로 이루어진 이중관이 구비되되, 상기 외측관에는 상기 연소가스의 폐열이 전도되는 대류통로가 형성되도록 하부 일측에서 저온의 공기가 유입되는 공기유입구와, 상부 일측에서 상기 공기가 고온으로 배출되는 온풍배출구가 구비되고,

상기 내측관의 외주면에는 상기 대류통로를 통과하는 공기에 방열하는 나선형상의 방열휀이 구비된 것을 특징으로 한다.

상기 방열휀은 상기 대류통로를 통과하는 공기와의 접촉면을 확장한 판형코일 또는 코일스프링 중 어느 하나로 구비된 것을 특징으로 한다.

상기 이중관의 양단에는 상기 대류통로가 형성되도록 상단부와 하단부를 밀폐하는 밀봉단이 구비된 것을 특징으로 한다.

상기 내측관의 내부에는 회전시 상하유동되는 v자형상의 걸고리와, 상기 걸고리와 링을 통해 결합되어 연소시 쌓이는 불순물을 제거토록 상하유동되는 청소용스프링과, 상기 청소용스프링의 중심을 관통하여 양단에 결합된 스프링지주대로 이루어진 연도청소부가 구비된 것을 특징으로 한다.

상기 온풍배출구에는 실내의 온도를 감지하는 온도센서가 구비되고, 상기 공기유입구에는 공기를 정화하는 에어필터가 장착된 송풍기가 구비된 것을 특징으로 한다.

상기 이중관에는 열전도가 용이토록 상기 연소실의 상부 일측면과 면접된 환형상의 가열탱크가 구비된 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명의 폐열회수 온풍난방형 연도장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 연소실에서 생성된 연소가스의 폐열을 회수하여 재활용토록 연도의 외측벽을 감싸는 이중관에 방열휀이 구비됨으로써, 폐기되는 상기 연소가스의 열을 재활용하여 에너지가 절감되며,

둘째, 대류방식으로 구동되는 이중관의 하부일측에 상기 연소실의 상부 일측면과 면접되어 열이 전도되는 가열탱크가 구비되어, 연도를 지나는 상기 연소가스의 폐열 또는 직접적으로 가열되는 열전도로 공기를 가열함으로써, 벽난로의 열전달 효율이 극대화되고,

셋째, 대류와의 접촉면이 확장된 판형코일 또는 코일스프링으로된 방열휀과, 공기의 유입량을 조절하는 송풍기가 구비됨으로써, 방열휀에 의한 열전달 효율이 향상되고 송풍기에 의한 청정 온풍 공급으로 열적 쾌적성과 안락성이 확보되며, 난방 효율을 극대화되며,

넷째, 연소시 연도에 쌓이는 카본 등의 불순물이 제거되도록 내측관의 내주연을 마찰력으로 청소하는 연도청소부가 구비됨으로써, 상기 연도 내부의 청소가 용이하고, 불순물이 제거되어 상기 이중관의 열전도율이 상승되며 연소시 완전연소에도 이점이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 벽난로용 다중 연소장치의 구상도이고,
도 2는 본 발명에 따른 폐열회수 온풍난방형 연도장치의 내부를 나타낸 단면도이며,
도 3은 본 발명의 연도장치에 구비된 대류통로(W)를 나타낸 단면도이고,
도 4은 본 발명의 연도장치에 구비된 대류통로(W)의 다른 실시예를 나타낸 단면도이며,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연도장치의 내부를 나타낸 단면도이고,
도 6는 본 발명에 따른 연도청소부의 작용을 설명하는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 폐열회수 온풍난방형 연도장치의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 폐열회수 온풍난방형 연도장치는 도 2내지 도 6에 도시된 바와 같이 벽난로의 연소실(C)에서 생성되는 연소가스(G)의 외부 배출시 폐열을 회수하는 연도장치로서, 상기 연소가스(G)가 배출되는 연도(F)가 구비되도록 상기 연소실(C)의 상단에서 상부로 연장된 내측관(11)과 상기 내측관(11)의 외측을 감싸는 외측관(15)으로 이루어진 이중관(10)이 구비되되,

상기 외측관(15)에는 상기 연소가스(G)의 폐열이 전도되는 대류통로(W)가 형성되도록 하부 일측에서 저온의 공기가 유입되는 공기유입구(16)와, 상부 일측에서 상기 공기가 고온으로 배출되는 온풍배출구(17)가 구비되고,

상기 내측관(11)의 외주면에는 상기 대류통로(W)를 통과하는 공기에 방열하는 나선형상의 방열휀(12)이 구비된다.

일반적인 벽난로의 연소시 발생된 열에너지는 연소실(C)의 주변온도를 상승시키는 데 약 60%의 열에너지가 소요되고, 나머지 40%의 열에너지는 연도(F) 또는 외부로 폐기되게 되는데, 상기와 같은 본 발명의 연도장치는 상기 연도(F)를 통해 외부로 배출되어 폐기되는 것을 방지하거나 줄이게 된다.

그리고, 상기 대류통로(W)는 나선형으로 상기 방열휀(12)의 형상에 따라 형성되게 되며, 상기 방열휀(12)은 도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이 상기 공기와의 접촉면을 최대로 확장한 판형코일(12a) 또는 코일스프링(12b) 중 어느 하나로 구비된다.

그리고, 상기 이중관(10)에는 도 4에 도시된 바와 같이 열전도가 용이토록 상기 연소실(C)의 상부 일측면과 면접된 환형상의 가열탱크(10b)가 구비된다.

한편, 상기 내측관(11)의 내부에는 회전시 상하유동되는 v자형상의 걸고리(21)와, 상기 걸고리(21)와 링(22a)을 통해 결합되어 연소시 쌓이는 불순물을 제거토록 상하유동되는 청소용스프링(22)과, 상기 청소용스프링(22)의 중심을 관통하여 양단에 결합된 스프링지주대(23)로 이루어진 연도청소부(20)가 구비된다.

상기 걸고리(21)의 회전은 상기 스프링지주대(23)에 결합된 상기 청소용스프링(22)을 상하로 유동시키며, 상기 청소용스프링(22)을 상하유동은 상기 연도(F)의 내부를 마찰을 통해 청소하게 된다.

또한, 상기 온풍배출구(17)에는 실내의 온도를 감지하는 온도센서(25a)가 구비되고, 공기유입구(16)에는 공기를 정화하는 에어필터(25b)가 구비된 송풍기(25)가 장착된다. 그리고, 상기 송풍기(25)에 공급되는 전원이 끊어질 경우, 상기 에어필터(25b)를 통과한 공기는 자연대류방식으로 공급되어 나선형상의 상기 방열휀(12)의 열을 흡수하게 된다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 폐열회수 온풍난방형 연도장치의 작용은 다음과 같다.

본 발명의 폐열회수 온풍난방형 연도장치는 벽난로의 연소실(C)에서 생성되는 연소가스(G)의 외부 배출시 폐열을 회수하여 실내공기에 재공급하도록 연도(F)를 형성하는 이중관(10)이 상기 연소실(C)의 상단에서 상부로 연장된 내측관(11)과 상기 내측관(11)의 외측을 감싸는 외측관(15)으로 이루어지고, 상기 내측관(11)의 외주연에 방열휀(12)이 구비됨으로써, 폐열을 열전도 방식으로 회수하여 효율이 좋은 대류방식으로 난방하게 된다.

여기서, 상기 방열휀(12)은 이중관(10)의 내부에 구비되어 상기 내측관(11)과 결부되어 대류통로(W)가 형성되게 되며, 상기 방열휀(12)은 판형코일(12a) 또는 코일스프링(12b)로 구비되어 상기 연도내의 폐열을 흡수하여 공기통로를 따라 흐르고 있는 대류에 방열하게 된다.

그리고, 상기 판형코일(12a)로 방열휀(12)이 구비된 경우 방열효과가 증대되어 열전달의 효율은 증대되게 된다. 또한, 상기 방열휀(12)이 코일스프링(12b)으로 된 경우 인장력에 의해 자연적으로 상기 내측관(11)의 외주연에 밀착됨으로써, 제작시 서로 결합시키는 추가공정이 필요치 않아 생산원가가 절약된다.

그리고, 대류현상으로 실내가 난방되도록 상기 외측관(15)의 하부 일측에서 저온의 공기가 유입되는 공기유입구(16)와 상부 일측에서 상기 공기가 고온으로 배출되는 온풍배출구(17)가 구비된다.

여기서, 상기 공기유입구(16)에는 에어필터(25b)가 구비된 송풍기(25)가 장착되어 공기의 대류속도를 조절하게 된다.

그리고 상기 온도센서(25a)는 상기 외측관(15)의 일측에 별개로 구비되어 상기 외측관(15)의 온도를 측정하여 상기 송풍기(25)의 송풍량을 조절하는 데에 이용하게 된다.

그리고, 상기 이중관(10)의 상하양단에 구비된 밀봉단(10a)은 상기 방열휀(12)의 설치를 용이하게 하며, 상기 공기유입구(16)와 온풍배출구(17)를 잇는 상기 대류통로(W)가 안정적으로 형성되게 된다.

한편, 다른 실시예로서 환형상의 가열탱크(10b)가 상기 이중관(10)의 하부일측에 구비됨으로써, 상기 연소실(C)의 상부 일측면과 면접되어 열전도 면적이 넓어지게 되어 열전도가 용이해진다.

그리고, 상기 연도(F)의 내부를 청소하는 연도청소부(20)는 v자형상의 걸고리(21)가 상기 이중관(10)의 일측에 고정되어 회전되면, 청소용스프링(22)이 상하로 이송되면서 상기 연도(F)의 내부를 청소하게 된다. 이때, 상기 청소용스프링(22)은 링(22a)을 통해 상기 걸고리(21)에 고정되게 되며, 스프링지주대(23)는 상기 청소용스프링(22)의 자유장을 고정하게 된다. 여기서 상기 자유장은 자유상태에서 상시 청소용스프링(22)의 길이를 말한다.

이와 같은 본 발명의 폐열회수 온풍난방형 연도장치는 열에너지 회수의 중요한 요소로 작용하는 열의 전도와 방열 그리고 대류에 최대한 합치되는 구조를 가짐으로써 에너지 절감효과는 물론 무공해 난방과 공기의 정화 그리고 열적 쾌적성을 보장받을 수 있는 친환경적인 난방 장치로의 장점이 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

<도면을 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 이중관 10a : 밀봉단
10b : 가열탱크 11 : 내측관
12 : 방열휀 12a : 판형코일
12b : 코일스프링 15 : 외측관
16 : 공기유입구 17 : 온풍배출구
20 : 연도청소부 21 : 걸고리
22 : 청소용스프링 22a : 링
23 : 스프링지주대 25 : 송풍기
25a : 온도센서 25b : 에어필터
C : 연소실 F : 연도
G : 연소가스 W : 대류통로

Claims (6)

1. 벽난로의 연소실(C)에서 생성되는 연소가스(G)의 외부 배출시 폐열을 회수하는 연도장치에 있어서,
   상기 연소가스(G)가 배출되는 연도(F)가 구비되도록 상기 연소실(C)의 상단에서 상부로 연장된 내측관(11)과 상기 내측관(11)의 외측을 감싸는 외측관(15)으로 이루어진 이중관(10)이 구비되되,
   상기 외측관(15)에는 상기 연소가스(G)의 폐열이 전도되는 대류통로(W)가 형성되도록 하부 일측에서 저온의 공기가 유입되는 공기유입구(16)와, 상부 일측에서 상기 공기가 고온으로 배출되는 온풍배출구(17)가 구비되고,
   상기 내측관(11)의 외주면에는 상기 대류통로(W)를 통과하는 공기에 방열하는 나선형상의 방열휀(12)이 구비되며,
   상기 내측관(11)의 내부에는 회전시 상하유동되는 v자형상의 걸고리(21)와, 상기 걸고리(21)와 링(22a)을 통해 결합되어 연소시 쌓이는 불순물을 제거토록 상하유동되는 청소용스프링(22)과, 상기 청소용스프링(22)의 중심을 관통하여 양단에 결합된 스프링지주대(23)로 이루어진 연도청소부(20)가 구비된 것을 특징으로 하는 폐열회수 온풍난방형 연도장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 방열휀(12)은
   상기 대류통로(W)를 통과하는 공기와의 접촉면을 확장한 판형코일(12a) 또는 코일스프링(12b) 중 어느 하나로 구비된 것을 특징으로 하는 폐열회수 온풍난방형 연도장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 이중관(10)의 양단에는 상기 대류통로(W)가 형성되도록 상단부와 하단부를 밀폐하는 밀봉단(10a)이 구비된 것을 특징으로 하는 폐열회수 온풍난방형 연도장치.
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 온풍배출구(17)에는 실내의 온도를 감지하는 온도센서(25a)가 구비되고,
   상기 공기유입구(16)에는 공기를 정화하는 에어필터(25b)가 장착된 송풍기(25)가 구비된 것을 특징으로 하는 폐열회수 온풍난방형 연도장치.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 이중관(10)에는
   열전도가 용이토록 상기 연소실(C)의 상부 일측면과 면접된 환형상의 가열탱크(10b)가 구비된 것을 특징으로 하는 폐열회수 온풍난방형 연도장치.

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