KR200275011Y1

KR200275011Y1 - 직교류식 열교환기에 의한 폐열회수 시스템

Info

Publication number: KR200275011Y1
Application number: KR2020020004680U
Authority: KR
Inventors: 정규진
Original assignee: 정규진
Priority date: 2002-02-16
Filing date: 2002-02-16
Publication date: 2002-05-09

Abstract

본 고안은 건축설비 및 생산설비 등에서 사용한 후 배출되는 각종 급탕드레인(Draim), 증기드레인(응축수), 냉각수, 연소배기가스 등이 보유하고 있는 배에너지원을 회수하여 급수예열 및 예냉원으로 재사용하므로써 가열 및 냉각에 소비되는 에너지를 절약하여 생산원가를 저하시킴과 동시에 환경 공해물질의 배출량을 획기적으로 줄이기 위한 배에너지 회수를 목적으로 하는 전열장치인 직교류식 열교환기에 의한 폐열회수 시스템에 관한 것이다.

이러한 본 고안의 열교환기는 고온의 유체에서 저온의 유체로 직각향류형으로 유동되면서 열교환시키는 장치로서, 폐열원을 효과적으로 회수하는 제1 열회수기와, 열설비에서 증기를 사용한 후 발생된 응축수를 저장하는 응축수탱크에서 외부로 자연 방열되는 현열과 잠열을 회수하는 제2 열회수기와, 보일러의 연소과정에서 발생되는 연소배기열을 회수하는 제3 열회수기를 구비하고 상기 열회수기를 직력형태로 연합하여 설치하거나 혹은 단독으로 설치하여 상온의 유입수와 직교류형태로 열교환시켜 배에너지를 회수할 수 있도록 한다.

Description

직교류식 열교환기에 의한 폐열회수 시스템{Waste heat withdrawal system by dint of straight interchange type heat exchange}

상대적으로 에너지자원의 빈국인 국내 여건상 국가적으로 배에너지를 최대한 효율적으로 회수하여 재활용하기 위한 방안이 첨예한 문제로 대두되고 있는 실정이다.

이에 배에너지원을 회수하여 재활용하므로써 에너지를 절감하는 방안이 다각도로 시도되고 있는 것이었다.

그러나 종래 일반적인 폐열회수기로 널리 사용하고 있는 열교환기는 다관원통형 열교환기로 양측의 고정관판은 전열관 외면을 따라 유동하는 유체가 통과하는 외관인 동체에 고정되고 직경이 작고 길이가 긴 다수의 관을 고정관판에 고정시켜 구성한 다음 동체내부는 청소를 할 수 없으므로 보통 폐수속에는 오염성물질이나침전물 등의 찌꺼기가 많이 포함되어 통과시킬 수 없어 전열관 내부로 보내고 전열관 외부 즉, 동체내부로는 깨끗한 유체를 보내어 폐열원을 회수하는 열교환기로서 상기와 같은 열교환기는 오염이 심한 유체, 침전물이 포함된 유체가 통과할때 관내부를 막거나 스케일을 생성시켜 온도효율 및 열전달계수가 작아져 전열효율을 급격히 저하시키는 문제점을 안고 있다.

또한 증기보일러에서 생산한 증기를 열설비에서 사용한 후 발생하는 응축수를 다시 증기보일러의 보급수로 사용하기 위하여 저장하는 응축수탱크의 경우 외부로 자연 방열되는 현열과 잠열이 그대로 외부로 버려지고 있는 실정이나 이를 해결하기 위한 열회수기는 마땅하게 제시되지 않는 것이었다.

또한 보일러에서 연료를 연소시킨 후 배출되는 연소배기가스가 보유하고있는 배에너지원을 효과적으로 회수하기 위해서는 열회수기를 통해 데워진 유입수를 지속적으로 사용하지 않을 경우 온도가 급격하게 상승되어 열회수기가 파열되어 누수가 발생된다.

상기와 같이 온도제어가 이루어지지 않아 열회수기의 교체나 수리시 보일러의 작동을 일시적으로 중단해야만 하는 불합리한 문제점이 야기된다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 방안으로 다음과 같은 기술을 강구한다.

우선적으로 폐온수의 폐열을 효과적으로 회수하는 제1 열회수기와, 열설비에서 증기를 사용한 후 발생된 응축수를 저장하는 응축수탱크에서 외부로 자연 방열되는 현열,잠열을 회수하는 제2 열회수기와, 보일러의 연소과정에서 발생되는 폐배기열을 회수하는 제3 열회수기를 구비하고 상기 열회수기를 직렬형태로 연합하여 설치하거나 혹은 단독으로 설치하여 상온의 유입수와 직교류의 형태로 열교환시켜 고온수를 생성할 수 있도록 한다.

이를 위한 제1 열회수기는 상온의 유입수를 열회수기의 일측이나 양측으로 유도하고, 폐온수는 중앙으로 유도한 후 열회수기 내에 설치된 전열관 내외부에서 유입수와 폐온수가 직교류형태로 흐르면서 열교환 되어 폐열원을 적극적으로 회수하는 기술을 강구한다.

또한 제2 열회수기는 상기 제 1열회수기를 거쳐 1차 가온된 유입수를 응축수탱크 저부로 유도한 후 양측벽에 설치한 열흡수통로를 통과하면서 응축수탱크 외부로 방열되는 현열을 흡수하도록 하며 연속적으로 탱크 상부에서 외부로 방열되는 잠열을 재차 회수하는 기술을 강구한다.

한편 제3 열회수기는 상기 제1 열회수기와 동일한 구조를 구비하되 배기덕트의 소정 공간에 설치되는 것으로, 제2 열회수기를 거쳐 2차 가온된 유입수와 고온의 폐배기열이 열회수기 내에 설치된 전열과 내외부에서 직교형태로 흐르면서 열교환되어 폐열원을 회수할 수 있는 기술을 강구한다.

도 1은 본 고안 제1,3 열회수기의 일실시예인 3way형의 분해사시도

도 2는 본 고안 제1,3 열회수기의 정단면도

도 3은 본 고안 제1,3 열회수기의 측단면도

도 4는 본 고안 제2 열회수기의 일실시예 분해사시도

도 5는 본 고안 제2 열회수기의 저부 평단면도

도 6은 본 고안 제2 열회수기의 종단면도

도 7은 본 고안 제1,3 열회수기의 다른 실시예인 2way형의 종단면도

도 8내지 도 10은 본 고안 제1,3 열회수기의 또 다른 실시예 측단면도

도 11은 본 고안 제3 열회수기의 설치상태 일예시도

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

10: 제1 열회수기 11:몸체 12: 유입구

13: 유출구 16,35: 입수구 17,42: 출수구

18: 열흡수회수로 19: 전열관 20: 유도판

21,37: 통수로 22: 직교류유도부재 24,39: 요부

30:제2 열회수기 31: 응축수탱크 32:제1 현열흡수로

33:제2 현열흡수로 34: 잠열흡수로 50: 제3 열회수기

51: 배기덕트 52: 댐퍼 53: 바이패스덕트

본 고안의 구성을 첨부된 도면에 의거 상세하게 설명하기로 한다.

본 고안은 폐온수를 1차 열교환장치로 공급하여 이를 통과하는 공급수를 1차가열하고, 상기 폐온수보다 높은 폐스팀열을 2차 열교환장치로 공급하여 1차 가열된 공급수를 2차 가열하며, 보일러에서 연료를 연소시킨 후 배출되는 연소배가스를 3차열교환장치로 공급하여 2차 가열된 공급수를 3차 가열시키는 공지의 다단식 폐열회수시스템을 구성함에 있어서, 무엇보다 각각의 폐열원과 상온수가 직교류로 열교환 되도록 하여 보다 확실한 폐열의 회수가 이루어지는 열회수기를 제공하게 된다.

이러한 본 고안의 제1 열회수기(10)는 도 1내지 도 3에 의해 별도의 부연설명이 필요없을 정도로 확연하게 보여지는 것으로, 사각체 몸체(11)의 상부에는 폐열원의 일종인 폐온수가 유입되는 유입구(12)가 설치되고 하부에는 몸체(11) 내부를 통과한 폐온수가 유출되는 유출구(13)가 설치되며 전방에는 몸체(11) 내부의 청소작업을 위해 선택적으로 개방시킬 수 있도록 커버(14)가 결합된다.

이때 기밀을 유지하도록 몸체(11)와 커버(14) 사이에는 패킹(15)을 끼우고 볼팅작업으로 견고하게 결합시킴이 유리하다.

상기 몸체(11)의 양측에는 상온의 유입수가 유입 또는 배출되도록 입수구(16)와 출수구(17)가 형성된 열흡수회수로(18)가 설치되는 한편 입수구(16)로 유입된 상온의 유입수는 몸체(11) 내부를 통과하는 폐온수의 열을 흡수하여 온수로 생성될 수 있도록 일측이 열흡수회수로(18)와 연통되고 몸체(11) 내부에 수평상으로 전열관(19)이 설치된다.

전열관(19)은 수직상 일정간격으로 다수개 설치되고 교대로 양측 열흡수회수로(18)와 연통되어 열교환이 이루어지되 유입수가 몸체(11) 내부에서 장시간 동안 거치면서 폐온수의 충분한 열을 흡수하도록 유도판(20)이 설치된다.

유도판(20)은 전열관(19) 내부 중앙에 상하로 등분되게 관통하되 도 2와 같이 전열관(19) 내면(內面)에 충분히 접촉되어 흐르도록 유체의 흐름을 유도하고 유체가 기내를 통과하는 회수에 따른 가장 경제적인 유속을 결정하여 전열효율을 최대로 증가시키기 위하여 설치하는 것으로 전열관(19) 일측의 폐쇄면에서 유체가 유동할 수 있게 일정간격의 통수로(21)가 형성되게 유도판(20)의 일단을 고정하고 타측의 개방면에는 일정길이 만큼 돌출되게 관길이 방향으로 취부하여 유입수가 직접 출수구(17)로 배출되지 않고 유도판(20)을 따라 전열관(19) 내부와 열흡수회수로(18)를 따라 반복적으로 이동하면서 전열관(19) 외부의 폐온수와 서로 직각향류형으로 열교환이 이루어진다.

한편 유입수의 직교류 흐름과 더불어 몸체(11) 내부로 유입된 폐온수의 경우에도 직교류유도부재(22)에 의해 전열관(19)의 외면을 따라 지그재그 형태의 직교류로 흐르면서 전열관(19) 내부의 유입수와 열교환이 이루어진다.

상기 직교류유도부재(22)는 도 3과 같이 본 고안의 경우 L형으로 실시되었으나 일자형의 경우에도 아무런 지장이 없으며, 단지 전열관(19)의 전후 일측을 교대로 막아주어 몸체(11)내로 유입된 폐온수가 전열관(19)의 외면을 따라 직교류로 흐르도록 유도하는 정도이면 무방하다.

따라서 제1 열회수기(10)는 폐온수와 상온수가 직교류향류 형태로 이동하면서 회수기 내부에서 장기간 동안 열교환이 복합적으로 이루어져 상온수는 고온수로 생성될 수 있게 된다.

다음으로 상기 제1 열회수기(10)를 거치면서 1차 가열된 유입수를 2차적으로가열기키기 위한 제2 열회수기(30)의 바람직한 실시예는 도 4내지 도 6에 도시된 바와 같다.

즉 제2 열회수기(30)는 응축수탱크(31)에서 자연적으로 방열되는 현열과 잠열을 회수하기 위한 것으로 응축수탱크(31) 본연의 기능외에 여기에서 방열되는 폐열원을 이용하여 유입수를 가열시키는 복합적인 역할을 수행한다.

이러한 제2 열회수기(30)는 응축수탱크(31) 저부에 제1 현열흡수로(32)가 설치되고, 측면에는 상기 제 1현열흡수로(32)와 연통되는 제2 현열흡수로(33)가 설치되며, 상부에는 제2 현열흡수로(33)와 연통되는 잠열흡수로(34)가 설치되므로써 유입수가 응축수탱크(31)의 저부와 양측면 및 상부면을 순차적으로 경유하면서 현열과 잠열을 흡수하여 열교환이 이루어지면서 2차적으로 유입수를 고온으로 가열시키게 된다.

제1 현열흡수로(32)는 일측에 제1 열회수기(10)에 의해 1차 가열된 유입수가 유입되는 입수구(35)가 설치되고 하판(36)과 응축수탱크(31) 저면 사이에 전후 교대로 통수로(37)가 형성된 격벽(38)이 설치된다. 따라서 유입수는 격벽(38)을 따라 측방으로 향하도록 직교류로 흐르면서 1차적으로 응축수탱크(31)의 저면에서 발생되는 현열을 흡수하게 된다.

상기 제1 현열흡수로(32)를 거친 유입수가 통과하는 제2 현열흡수로(33)는 응축수탱크(31) 외벽과 제2 현열흡수로(33)의 내벽에 상하 지그재그의 형태로 격벽(38)이 교대로 설치되어 유입수는 격벽(38)을 따라 직교류를 흐르면서 2차적으로 응축수 탱크(31)의 측면으로 방열되는 현열을 2차적으로 흡수하게 된다.

또한 순차적으로 상기 제2 현열흡수로(33)를 거친 유입수가 통과하는 잠열흡수로(34)는 응축수탱크(31) 상부 양측에 요부(39) 및 철부(40)가 교대로 설치되고 상판(41) 저면에 형성된 격벽(38)은 요부(39) 사이 중간에 위치한다.

여기에서 격벽(38)은 선단에 통수로(37)가 설치되어 결국에는 유입수가 응축수탱크(31) 상부면을 직교류로 흐르면서 방열되는 잠열과 열교환이 이루어짐과 동시에 중앙으로 모아져 상판(41)에 형성된 출수구(42)를 통해 고온수로 배출될 수 있게 된다.

따라서 저온상태의 상온수는 제1,2 열회수기(10)(30)를 순차적으로 거치면서 고온으로 가열되고 이러한 고온수는 제3 열회수기(50)에 의해 최종적으로 더욱 고온으로 가열될 수 있게 된다.

제3 열회수기(50)는 제1 열회수기(10)와 동일한 구조를 구비하되 도 11과 같이 배기덕트(51)의 소정공간에 설치되어 보일러의 연소과정에서 발생되는 200도 이상의 고온 폐배기열을 통해 열교환 되는 것이 특징이다.

따라서 유입구(12)와 유출구(13)를 통해서는 제1 열회수기(10)와 달리 폐온수가 유입되지 않고 고온의 현열과 잠열을 가진 폐배기열이 유입 또는 배출되는 한편, 열흡수회수로(18)의 입수구(16)와 출수구(17)에는 응축수탱크(31)에 의해 2차 가열된 유입수가 입수되거나 출수되는 것이 다른 점이다.

또한 본 고안의 제3 열회수기(50)는 도 11과 같이 종래 폐배기열을 회수하기 위한 열회수기가 설치되는 배기덕트(51)에 댐퍼(52)가 1개소 설치됨에 따른 문제점을 해결하기 위한 방안으로 상기 제3 열회수기(50)를 선택적으로 통과하지 않고 외부로 통하는 별도의 바이패스덕트(53)가 제3 열회수기(50)의 전후에 연결되게 설치된다. 그리고 상기 바이패스덕트(53)의 입구와 제3 열회수기(50)의 전후방에는 배기가스의 흐름방향을 조절하는 댐퍼(52)가 3개소 설치되는 구성을 갖는다.

이로 인해 제3 열회수기(50)에 의해 열교환된 고온수를 일시적으로 사용하지 않을 경우 제3 열회수기(50) 전후방의 댐퍼(52)를 닫아줌과 동시에 바이패스덕트(53)의 댐퍼(52)를 개방시키면 배기가스가 제3 열회수기(50)로 공급되지 않고 바이패스덕트(53)를 거쳐 외부로 배출되므로 제3 열회수기(50)의 열교환이 자동으로 차단되어 고온수를 지속적으로 사용하지 않더라도 제3 열회수기(50)의 온도가 급격하게 상승되지 않아 파손의 우려가 없게 된다.

게다가 이러한 방법으로 온도제어가 가능하며 제3 열회수기(50)가 파손되거나 수리를 요할 경우에도 보일러의 가동을 중단하지 않은 상태에서 작업이 이루어질 수 있는 이점이 있게 된다.

한편, 도 7내지 도 10은 본 고안 제1,3 열회수기(10)(50)의 다른 실시예를 나타낸 것으로 도번에 의해 차례로 설명하면 다음과 같다.

도 7의 경우는 제1,3 열회수기(10)(50)의 양측면에 설치된 열흡수회수로(18)가 몸체(11)의 일측면에만 설치된 2way형으로 대체적으로 적은 용량의 열흡수를 1개소에서만 생성하는 형태이다.

그리고 도 8은 전열관(19)이 몸체(11)의 중앙에 수직상으로 설치된 것에 국한되지 않고 몸체(11)의 전후면 일측에 교대로 지그재그 형태로 직접 설치된 것으로 폐열원이 직교류로 흐르도록 유도하기 위한 별도의 직교류유도부재(22)를 설치할 필요가 없어 제작비 절감의 효과를 가져온다.

또한 도 9는 전열관(19)이 몸체(11)의 내부 중앙에 수직상으로 설치되되 각각의 전열관(19) 사이에는 일정거리만큼 이격된 한쌍의 분기전열관(19a)이 몸체(11)의 전후면에 대향되게 설치된 것이다.

또한 도 10은 제1,3 열회수기(10)(50)에서 방열되는 손실열을 회수하기 위한 것으로 전열관(19) 사이사이 몸체(11) 전후면에 함몰되게 요부(24)가 형성되고, 상기 몸체(11) 전후에 별도의 손실열회수로(25)가 설치된다.

손실열회수로(25)는 상기 제1,3 열회수기(10)(50)에서 방열되는 손실열을 회수하기 위한 것으로 상하부에 입수구(16) 및 출수구(17)가 형성되고 내벽에는 유도판(20)의 일측이 고정되며 상기 유도판(20)은 요부(24) 사이에 위치하되 선단에 통수로(21)가 형성되어 입수구(16)로 유입된 유입수가 유도판(20)을 따라 직교류로 흐르면서 제1,3열 회수기(10)(50)에서 방열되는 손실열을 추가적으로 회수하는 역할을 한다.

이러한 본 고안을 통해 각종 폐열원을 회수하여 생성된 온수는 급탕가열용 보충수로 사용하거나 또는 냉온수를 혼합하여 사용하는 곳의 직수로 사용할 수 있으며 기름 및 가스보일러의 보충수 등으로 사용할 수 있게 된다.

본 고안은 건축설비 및 생산설비 등에서 사용한 후 배출되는 각종 급탕드레인, 증기드레인, 냉각수, 연소배가스 등이 보유하고 있는 배에너지원을 제1 열회수기에 의해 상온의 유입수와 직교류방식으로 열교환하여 보다 효율적으로 회수하여급수예열 또는 예냉원으로 사용하고, 상기 제1 열회수기에 의해 예열된 급수는 응축수탱크 외부에 형성한 제2 열회수기에 의해 응축수탱크에서 방열되는 현열과 잠열을 회수하여 재차 예열하며, 상기 제2 열회수기를 거쳐 재차 예열된 급수는 보일러 배기덕트에 설치된 제3 열회수기에 의해 고온의 연소배가스와 직교류방식으로 열교환되는 과정을 통해 유입된 급수를 고온수로 재사용하므로써 가열 또는 냉각에 소비되는 에너지를 절약하여 생산원가를 낮춤과 동시에 환경 공해물질의 배출량을 획기적으로 줄일 수 있는 효과가 제공된다.

Claims

폐온수를 1차 열교환장치로 공급하여 이를 통과하는 공급수를 1차 가열하고, 상기 폐온수보다 높은 폐스팀열을 2차 열교환장치로 공급하여 1차 가열된 공급수를 2차 가열하며, 보일러에서 연료를 연소시킨 후 배출되는 연소배가스를 3차 열교환장치로 공급하여 2차 가열된 공급수를 3차 가열시키는 다단식 폐열회수시스템에 있어서,

상,하부에 페열원이 유입 또는 배출되는 유입구(12) 및 유출구(13)가 설치되고 전방에 커버(14)가 결합된 사각 몸체(11)와, 상기 몸체(11) 양측에 상온의 유입수가 유입또는 배출되는 입수구(16) 및 출수구(17)가 설치된 열흡수회수로(18)와, 상기 양측 열흡수회수로(18)와 교대로 연통되게 수직상으로 설치되는 다수의 전열관(19)과, 상기 열흡수회수로(18) 측벽에 고정되고 전열관(19) 내부를 상하로 등분되게 관통하되 선단에 통수로(21)가 형성되어 유입수의 유동방향과 통과회수에 따른 유속을 결정하여 가장 우수한 전열효율을 얻기 위해 설치되는 유도판(20)과, 상기 전열관(19)의 전후 일측을 교대로 막아주어 몸체(11) 내로 유입된 폐열원이 전열관(19)의 외면을 따라 직교류로 흐르도록 유도하는 직교류유도부재(22)가 구비된 제1,3 열회수기(10)(50)와,

응축수탱크(31) 저부에 제1 열회수기(10)에 의해 1차 가열된 유입수가 유입되는 입수구(35)가 설치되고 하판(36) 전후에 교대로 통수로(37)가 형성된 격벽(38)을 따라 유입수가 직교류로 흐르면서 1차적으로 현열을 흡수하는 제1 현열흡수로(32)와, 상기 응축수탱크(31) 양측에 제1 현열흡수로(32)와 연통되게 설치되고 상하 지그재그 형태로 형성된 격벽(38)을 따라 유입수가 직교류로 흐르면서 2차적으로 현열을 흡수하는 제2 현열흡수로(33)와, 상기 제2 현열흡수로(33)와 연통되게 응축수탱크(31) 상부 양측에 요부(39) 및 철부(40)가 교대로 설치되고 상판(41) 저면에 형성된 격벽(38)이 요부(39) 사이에 위치하되 선단에 통수로(37)가 형성되어 유입수가 직교류로 흐르면서 응축수탱크(31) 상부에서 방열되는 잠열을 흡수하는 잠열흡수로(34)가 구비된 제2 열회수기(30)로 이루어진 것을 특징으로 하는 직교류식 열교환기에 의한 폐열회수 시스템.
청구항 1에 있어서,

제3 열회수기(50)는 유입구(12) 및 유출구(13)를 통해 보일러의 연소과정에서 발생되는 고온의 현열과 잠열을 가진 폐배기열이 유입 또는 배출되는 한편, 입수구(16) 및 출수구(17)는 응축수탱크(31)에 의해 2차 가열된 유입수가 입수 또는 출수되는 것을 특징으로 하는 직교류식 열교환기에 의한 폐열회수 시스템.
청구항 1에 있어서,

제1,3 열회수기(10)(50)는 열흡수회수로(18)가 몸체(11) 일측에만 설치된 2way형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 직교류식 열교환기에 의한 폐열회수 시스템.
청구항 1에 있어서,

전열관(19)은 몸체(11) 전후면 일측에 교대로 지그재그 형태로 설치된 것을 특징으로 하는 직교류식 열교환기에 의한 폐열회수 시스템.
청구항 1에 있어서,

전열관(19)은 몸체(11) 내부 중앙에 수직상으로 설치되어지되 각각의 전열관(19) 사이에는 일정거리만큼 이격된 한쌍의 분기전열관(19a)이 몸체(11) 전후면에 대향되게 설치된 것을 특징으로 하는 직교류식 열교환기에 의한 폐열회수 시스템.
청구항 1에 있어서,

전열관(19) 사이사이 몸체(11) 전후면에는 함몰되게 요부(24)가 형성되고, 상기 몸체(11) 전후에 입수구(16) 및 출수구(17)가 형성된 별도의 손실열회수로(25)가 설치되며, 상기 손실열회수로(25)에 고정된 유도판(20)은 요부(24) 사이에 위치하되 선단에 통수로(21)가 형성되어 입수구(16)로 유입된 유입수가 유도판(20)을 따라 직교류로 흐르면서 제1,3 열회수기(10)(50)에서 손실된 열을 추가적으로 회수하는 것을 특징으로 하는 직교류식 열교환기에 의한 폐열회수 시스템.
청구항 1에 있어서,

제3 열회수기(50)는 배기덕트(51)의 소정공간에 설치되고, 상기 제3 열회수기(50)를 통과하지 않고 외부로 통하는 바이패스덕트(53)가 제3 열회수기(50) 전후에 연결되며, 상기 바이패스덕트(53) 입구와 제3 열회수기(50) 전,후 3개소에 배기가스의 흐름을 조절하는 댐퍼(52)가 설치된 것을 특징으로 하는 직교류식 열교환기에 의한 폐열회수 시스템.