KR200286553Y1

KR200286553Y1 - 보일러 폐열 저장식 절수장치

Info

Publication number: KR200286553Y1
Application number: KR2020020015476U
Authority: KR
Inventors: 장인성; 재 일 류; 허주현
Original assignee: 재 일 류; 장인성; 허주현
Priority date: 2002-05-21
Filing date: 2002-05-21
Publication date: 2002-08-21

Abstract

본 고안은 온수 사용시, 불필요하게 찬물을 뽑아 낸 후 사용하여야 하는 점을 해결토록한 보일러의 폐열을 이용한 폐열 저장식 절수장치에 관한 것으로, 그 주요 구성은, 보일러(5)에서 배기관(4)을 통하여 대기로 배출되는 폐열을 회수하여 이를 재 활용하도록 하는 보일러의 폐열 재활용 구조에 있어서, 상기한 배기관(4)의 외주에 설치되는 에어챔버(7)와, 상기 에어 챔버(7) 내에 설치되는 증발기(23)와, 상기한 증발기(23)와 소통되는 응축기(22)를 내부에 갖추고 응축기(2)의 외주엔 물이 저장되는 저탕조(2)와, 상기한 에어 챔버(7) 일측에 설치되며 일단은 상기한 증발기(23)와 연결되고 타단은 상기한 응축기(22)와 연결 설치되는 리시브탱크(8)와, 상기한 저탕조(2)에 물을 공급하는 급수라인(1) 및 급수구(11)와, 상기한 저탕조(2)에서 데워진 물을 보일러(5)로 공급하는 공급라인(12)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하며, 상기한 저탕조(2)와 에어챔버(7) 사이의 연결은, 하단에 통공을 갖는 지지대(31)와 지지대(31)의 내부에 형성되는 단열재(21)를 포함하는 단열케이싱(9)에 의하여 연결하며, 단열케이싱(9)의 지지대(31) 하단은 체결부(10)에 의하여 체결되는 것을 특징으로 하며, 상기한 증발기(23)는 박판형의 히트파이프 또는 핀플레이트(pin plate)형 히트파이프로 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

보일러 폐열 저장식 절수장치{water saving apparatus possible to store the wasted boiler heat}

본 고안은 온수 사용시, 불필요하게 찬물을 뽑아 낸 후 사용하여야 하는 점을 해결토록한 보일러의 폐열을 이용한 폐열 저장식 절수장치에 관한 것이다

종래 보일러의 대부분은 약 섭씨 180도 내지 200도의 고온의 배기 가스를 대기로 아깝게 방출하며 또한 동절기 급탕 사용시, 초기에 열교환기 내에 정체되어 있는 저온수를 대부분의 가정에선 온수가 나올때 까지 버리는 경우가 대부분이며 샤워 도중 일시 정지 후, 재사용 할 경우에도 일시적으로 저온수가 나오기 때문에온수가 나올때 까지 사용자는 대부분의 물을 저온수 그대로 버리고 있는 실정이다

그 뿐만 아니라 막대한 양의 폐열을 대기 중으로 방출되므로 에너지 절약 차원에서도 이러한 보일러의 폐열을 이용하도록 하는 것이 국가 경제상으로도 바람직한 일이다

현재 보급되고 있는 보일러는 가스절감, 완전 연소, 배기가스 중의 폐열회수에 관심을 가진 공기예열기능, 콘덴싱 보일러, 하향식 연소 보일러 등이 개발되어 보급되었으며 그 장,단점을 살펴 보면 다음과 같다.

콘덴싱 보일러는 종래의 제품 중 최고의 효율을 발휘하며 저탕형은 절수 및 항온 기능을 보유 하고 있는 장점이 있으며, 단점은 일반형의 경우는 급탕시 열교환기의 초기 냉수가 발생하고, 샤워 중 일시 정지 후 사용시 저온수가 발생하며, 배가가스 중 폐잔열이 배출되며 절수 기능이 없으며 상향 연소식에 비해 고가인 단점이 있으며, 저탕형은 저탕수 온도 유지를 위한 에너지 소비가 과다하며, 마찬가지로 배기 가스 중 폐잔열이 배출되며 고가인 단점이 있다

또 하향연소식 보일러는 일반형 및 저탕형 공히, 상향 연소식에 비해 효율이 높고 절수 및 항온 기능이 있는 장점이 있는 반면, 보일러 사용 후 정지시 연통을 통한 열교환으로 인해 저탕수 자연냉각되는 단점과 상향연소식에 비해 고가인 단점과 배기 가스 중 폐잔열 배출되는 단점이 있다.

상향연소식은 일반형 및 저탕형 공히 범용성 보일러로, 콘덴싱 및 하향연소식에 비하여 저렴한 가격이 장점이며, 저탕형은 절수 및 항온 기능이 있는 장점이 있으며, 단점은 효율이 콘덴싱 및 하향연소식 보일러에 비해 약간 낮은 단점과 일반형은 절수 기능이 없으며 배기 가스 중 폐잔열이 배출되는 단점이 있다

본 고안은 상기와 같이, 현재 보급된 보일러의 배기 가스가 소유하고 있는 폐열을 효율적으로 회수하여 급탕 초기시 배출되는 저온수 및 급탕 재사용시 초기에 발생되는 저온수를 중온수로 만들어 활용함으로써 초기에 저온수가 버려지는 것을 방지하고, 또 대기중으로 방출하는 폐열을 회수하여 난방 및 급탕 설비로 활용이 가능한 시스템, 즉 절수 기능과 에너지 절약 기능을 동시에 만족할 수 있는 장치를 제공함에 본 고안은 목적이 있다.

도 1 은 본 고안에 따른 장치의 전체적인 시스템 구성도

도 2 는 본 고안에 따른 장치의 요부 측면 구성도

도 3 은 도 2 을 죄측에서 본 요부 구성도

도 4 는 본 고안에 따른 응축기(22)와 증발기(23)의 구성 예시도

도 5 는 도 4 의 다른 구성예

도 6 은 증발기(23)에 대한 다른 구성예

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 주요 구성은, 보일러(5)에서 배기관(4)을 통하여 대기로 배출되는 폐열을 회수하여 이를 재 활용하도록 하는 보일러의 폐열 재활용 구조에 있어서, 상기한 배기관(4)의 외주에 설치되는 에어챔버(7)와, 상기 에어 챔버(7) 내에 설치되는 증발기(23)와, 상기한 증발기(23)와 소통되는 응축기(22)를 내부에 갖추고 응축기(2)의 외주엔 물이 저장되는 저탕조(2)와, 상기한 에어 챔버(7) 일측에 설치되며 일단은 상기한 증발기(23)와 연결되고 타단은 상기한 응축기(22)와 연결 설치되는 리시브탱크(8)와, 상기한 저탕조(2)에 물을 공급하는 급수라인(1) 및 급수구(11)와, 상기한 저탕조(2)에서 데워진 물을 보일러(5)로 공급하는 공급라인(12)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하며, 상기한 저탕조(2)와 에어챔버(7) 사이의 연결은, 하단에 통공을 갖는 지지대(31)와 지지대(31)의 내부에 형성되는 단열재(21)를 포함하는단열케이싱(9)에 의하여 연결하며, 단열케이싱(9)의 지지대(31) 하단은 체결부(10)에 의하여 체결되는 것을 특징으로 하며, 상기한 증발기(23)는 박판형의 히트파이프 또는 핀플레이트(pin plate)형 히트파이프로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기한 특징 외의 다른 특징 및 구성에 대하여 이하, 첨부 도면과 함꼐 상술한다 .

본 고안에 따른 보일러 시스템은 도 1 과 같다.

본 고안에서는 연통인 배기관(4)에 에어챔버(7)와 함께 저탕조(2)를 설치한다. 에어챔버(7)의 한 측부엔 리시브탱크(8)를 설치한다.

에어 챔버(7)는 보일러(5)에서 배출되는 배기 가스가 열교환하는 곳이다. 에어 챔버(7)는 박스 형태로 이루어지고 그 중앙에, 배기관(4)의 배가가스가 통과하여 질 수 있는, 즉 배기관(4)의 외경 보다 넓은 크기로 공간이 형성된다. 다시말해, 긴 박스 형태의 공간을 갖는다. 이 공간을 반드시 통하여 배가가스나 배출된다.

리시브탱크(8)는 에어챔버(7)의 측부에 설치된다. 리시브탱크(8)는 도 2 에서 설명하는 증발기(23)의 히트파이프 냉매의 드라이 아웃(dry-out) 현상을 막기 위해 설치된다. 재질은 바람직하기로는 스테인레스 재질로 제작한다.

어에챔버(7)와 저탕조(2)는 단열 케이싱(9)에 의하여 일체로 연결하고 에어챔버(7)는 케이싱(9)과 연결된 체결부(10)에 의하여 배기관(4)과 일체로 결합된다. 단열케이싱(9)은 저탕조(2)와 에어챔버(7) 사이에 설치되며 내부에 유리섬유 또는 우레탄 단열재(21)가 들어 간다. 저탕조(2)의 한 단부엔 급수라인(1)이 연결되어물을 공급하는 급수구(11)가 연결되고 다른 한 곳엔 출구(6)를 형성하여 이 출구(6)를 나와 가열된 물이 보일러의 공급라인(12)을 통하여 보일러(5)로 들어가게 구성된다.

보일러(5)의 데워진 물은 예들들어, 욕실 주방 등으로 공급되는 제 1 공급라인(13), 난방용으로 공급되는 제2공급라인(14) 등으로 데워진 물이 공급된다.

미설명 부호 3 은 온수 개방용 밸브(3)이다.

도 2 는 도 1 의 구성에서 본 고안의 주요 구성인 저탕조(2)와 그와 연결된 다른 부품들과의 구성을 보여 주기 위한 도면이다

도시한 바와 같이, 저탕조(2) 내부엔 파이프, 바람직하기로는 구리파이프로 이루어지는 응축기(22)가 설치되고, 에어챔버(7)의 박스형 공간 내부엔 증발기(23)가 설치된다. 즉, 본 도면에서 나타낸 응축기(22) 및 증발기(23)는 각각 저탕조(2)와 에어챔버(7) 내부에 설치되는 것이다. 증발기(23) 역시 구리 재질로 이루어 진다.

저탕조(2)와 에어챔버(7) 사이, 다시말해 응축기(22)와 증발기(23) 사이는 연결관(24)으로 연결하여 유체 공급 및 회수가 가능하도록 한다.

단열케이싱(9)의 외부는 지지대(31)가 형성되어 있으며 이 지지대(31)는 그 하단이 통공으로 이루어져서 체결부(10)와 함께 에어챔버(7)를 체결하여 일체로 만든다. 단열케이싱(9)의 내부는 단열재(21)가 내장된다

도 3 은 도 2 의 좌측 방향에서 본 도면으로, 리시브탱크(8)의 구성과 그 순환을 설명하기 위한 도면이다

도시한 바와 같이, 리시브 탱크(8)는 그 하단이 에어챔버(7) 내에 설치된 증발기(23)의 하단과 소통하게 되어 있고 상부로는 응축기(22)와 소통하게 되어 있다. 그리고 이 리시브탱크(8)의 소통관(33)과 별도로 응축기(22)와 증발기(23) 사이에 연결관(24)이 연결되어 상호 소통하게 되어 있다. 그리고 이 연결관(24)에는 열매체공급밸브(35)가 설치된 별도의 열매체 공급관(36)이 연결되어 열매체를 공급하여 줄 수 있게 하였다

이와 같은 구성에 의하면, 에어챔버(7) 내에 설치된 증발기(23)에서 수집된 폐열이 증발기(23)의 열매체를 가열하고, 이 가열된 열매체가 응축기(22)로 들어가 응축기(22) 주위의 물을 가열하고 다시 되돌아 오는 순환 과정을 반복한다. 한편, 순환되는 열매체가 부족할 경우엔 열매체공급밸브(35)를 열어서 열매체공급관(36)을 통하여 열매체를 보충할 수 있다

도 4 는 상기한 저탕조(2) 안에 내장되는 응축기(22)와, 그 하단의 에어챔버(7) 내에 설치되는 증발기(23)와의 연결과 그 구조에 대한 다른 실시예를 보여 주는 도면이다

도시한 바와 같이, 본 실시예에서는 증발기(23)를 증기 챔버형으로 만들었다. 즉, 폐열 회수의 효율을 높이기 위하여 약 1-2mm 간격의 박판형 히트파이프 동판을 가공하여 설치하고 그 동판 표면을 엠보싱 구조로 만든다. 그러면 그 동판 표면상을 배기 가스가 지나갈때 난류를 형성하므로 동판 표면을 통한 열교환이 더욱 활발하게 일어 날 수 있다

도 5 는 증발기(23)의 또 다른 구조이다

본 실시예에서는 핀플레이트(pin plate) 형태로 히트파이프를 제작한다. 예들들어 외경이 약 6mm 정도의 동파이프와 0.5mm 정도 두께의 동플레이트로 구성되고, 핀플레이트 간격은 예들들어 약 5mm로 한다

도 6 은 증발기(23)를 진동세관형 히트파이프 구조로 만든 예시도 이다

이와 같이 증발기의 형태는 여러가지 형태로 만들어 낼 수 있다

상기 구성에 의한 동작을 개략 설명하면, 먼저 급수라인(1)에서 급수가 저탕조(2)로 유입된다. 그리고 보일러 배기관(4)의 고온의 배기가스가 에어챔버(7) 내에 설치된 증발기(23)에 의하여 열교환이 이루어져 증발기(23) 내의 열전달매체를 가열하고 그 가열된 열전달 유체(매체)가 저탕조(2) 내의 응축기(22)로 들어가 응축기(22) 외주의 물을 가열하는 열교환을 한다

그 후, 샤워기나 기타 급수등의 밸브(3)가 오픈되었을 시, 저탕조(2) 내에서 폐열을 흡수한 물이 저탕조(2)의 출구(6)를 통하여 나와 보일러(5) 내부로 공급된다. 그러면 적어도 중온수 정도의 물이 미리 공급될 수 있다.

따라서 초기부터 어느 정도는 더운 물을 사용하게 되므로 불필요하게 아깝게 버리는 물이 없게 된다

다시 말해 이로 인하여 연료를 절약할 수 있고 초기 급탕 밸브 조작시 초기 발생하는 불쾌한 저온수의 공급을 방지할 수 있다.

또한 본 고안에 따른 장치는 종래의 보일러 구조에 추가로 간단히 설치할 수 있어 새로 보일러 등을 교체 할 필요가 없는 장점도 있다

Claims

보일러(5)에서 배기관(4)을 통하여 대기로 배출되는 폐열을 회수하여 이를 재 활용하도록 하는 보일러의 폐열 재활용 구조에 있어서,

상기한 배기관(4)의 외주에 설치되는 에어챔버(7)와,

상기 에어 챔버(7) 내에 설치되는 증발기(23)와,

상기한 증발기(23)와 소통되는 응축기(22)를 내부에 갖추고 응축기(2)의 외주엔 물이 저장되는 저탕조(2)와,

상기한 에어 챔버(7) 일측에 설치되며 일단은 상기한 증발기(23)와 연결되고 타단은 상기한 응축기(22)와 연결 설치되는 리시브탱크(8)와,

상기한 저탕조(2)에 물을 공급하는 급수라인(1) 및 급수구(11)와,

상기한 저탕조(2)에서 데워진 물을 보일러(5)로 공급하는 공급라인(12)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 보일러 폐열 저장식 절수장치
제 1 항에 있어서,

상기한 저탕조(2)와 에어챔버(7) 사이의 연결은, 하단에 통공을 갖는 지지대(31)와 지지대(31)의 내부에 형성되는 단열재(21)를 포함하는 단열케이싱(9)에 의하여 연결하며, 단열케이싱(9)의 지지대(31) 하단은 체결부(10)에 의하여 체결되는 것을 특징으로 하는 보일러 폐열 저장식 절수장치
제 1 항에 있어서,

상기한 증발기(23)는 박판형의 히트파이프 또는 핀플레이트(pin plate)형 히트파이프 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 보일러 폐열 저장식 절수장치