KR200312515Y1 - 폐열을 이용한 에너지 절약형 보일러 - Google Patents

Abstract

본 고안은 배기가스의 폐열을 회수하여 급탕용 직수를 예열하여 공급하는 폐열을 이용한 에너지 절약형 보일러에 관한 것으로, 상세하게는 배기가스의 폐열을 흡수하는 열교환기를 배기관의 연도에 설치하고 열매체로서 급탕용 직수를 이용함으로써, 에너지 절감과 열효율을 증대시킨 폐열을 이용한 보일러에 관한 것이다.

본 고안에 따르면, 배기관에 설치되어 배기가스의 폐열을 회수하는 열교환기와; 상기 열교환기와 직수를 공급하는 직수관 및 보일러의 본체에 설치된 급탕입구관에 연결되고 상기 열교환기로 순환되어 예열된 상태의 급탕용 직수를 저장하는 온수축열탱크와; 상기 열교환기와 온수축열탱크의 사이에 연결설치된 유입관의 경로상에 열매체인 급탕용 직수를 수실로 순환시키는 순환펌프를 포함하여 구성된 폐열을 이용한 에너지 절약형 보일러가 제공된다.

Description

폐열을 이용한 에너지 절약형 보일러{A boiler helping to save energy by utilizing the waste heat}

본 고안은 배기가스의 폐열을 회수하여 급탕용 직수를 예열하여 공급하는 폐열을 이용한 에너지 절약형 보일러에 관한 것으로, 상세하게는 배기가스의 폐열을 흡수하는 열교환기를 배기관의 연도에 설치하고 열매체로서 급탕용 직수를 이용함으로써, 에너지 절감과 열효율을 증대시킨 폐열을 이용한 보일러에 관한 것이다.

일반적인 가정용 가스 보일러는 고온의 배기가스가 연도를 통해 외기로 배출되고 급탕용 직수가 예열과정 없이 바로 가열되는 구조를 가지게 되어, 급탕일 경우 온수가 나오기까지 많은 시간이 필요하게 되고 일정 온도까지 데우는데 많은 에너지가 소모된다.

본 고안의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 별도의 에너지 소비없이 배기가스의 폐열을 이용하여 급탕용 직수를 예열함으로써 열효율의 증대와 에너지를 절약할 수 있도록 폐열 회수용 열교환기를 배기관의 연도에 설치한 폐열을 이용한 에너지 절약형 보일러를 제공함에 있다.

도 1은 본 고안의 구조도

도 2는 본 고안의 열교환기의 구조도

도 3은 도 2의 "A-A" 단면도

도 4는 본 고안을 난방에 적용한 상태의 구조도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

2 : 본체 3 : 배기관

4 : 급기관 5 : 급기연결관 6 : 급탕입구관

7 : 급탕출구관 8 : 난방환수관 9 : 난방공급관

10 : 유입관 11 : 유출관 12 : 열교환기

13 : 순환펌프 14 : 직수관 15 : 온수축열탱크

16 : 격판 17 : 배기내관 18 : 수실

19 : 체크밸브

100 : 보일러

이하 본 고안의 구성 및 작용을 첨부 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

버너가 내설된 보일러의 본체(2)에 배기관(3)이 설치되고, 상기 배기관(3)의 일측을 둘러싸게 설치된 급기관(4)과 소통된 급기연결관(5)이 설치되며, 급탕을 위해 직수가 공급되는 급탕입구관(6) 및 온수가 송출되는 급탕출구관(7)이 상기 본체(2)에 연결되고, 난방을 위해 환수가 유입되는 난방환수관(8) 및 난방수가 공급되는 난방공급관(9)이 상기 본체(2)에 연결되어 구성된 보일러(100)에 있어서; 배기관(3)의 내부에 일정 거리를 두고 설치되어 배기관(3)과 함께 수실(18)을 형성시키는 두개의 격판(16)과, 상기 두개의 격판(16)의 사이에서 그 양단부가 격판(16)에 관통되게 설치되어 배기가스를 소통시키는 다수개의 배기내관(17)과, 상기 배기관(3)에 관통되게 설치되어 수실(18)과 연결된 유입관(10)과, 상기 배기관(3)에 관통되게 설치되어 수실(18)과 연결된 유출관(11)으로 구성된 폐열회수용 열교환기(12)와; 급탕용 직수가 유입되는 직수관(14)이 설치되고, 상기 열교환기(12)의 유입관(10) 및 유출관(11)의 일측단부가 연결되며, 예열된 급탕용 직수를 보일러의 본체(2)로 송출하는 급탕입구관(6)이 설치되어 구성된 온수축열탱크(15)와; 상기 열교환기(12)와 온수축열탱크(15)의 사이에 연결 설치된 유입관(10)의 경로에 열매체인 급탕용 직수를 수실(18)로 순환 또는 유입시키는 순환펌프(13)를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

여기서, 열교환기(12)는 상기와 같이 배기관(3)의 내벽을 이용하는 열교환기(12)와는 다르게 배기관(3)에 삽입될 수 있는 독립된 열교환기(12)를 구성할 수도 있다. 그리고, 상기와 같은 구조를 갖는 보일러(100)는 급탕의 관로에 직수를 예열하여 온수축열탱크(15)에 온수를 저장하여 사용하는 구조이고, 이와는 달리 난방용 환수를 예열하는 구조로 실시할 수도 있다. 이는 도 4에 도시되어 있고, 열교환기(12)에 연결된 유입관(10)이 버너와 연동되는 순환펌프(13)를 거쳐 난방환수관(8)에 연결되고, 유출관(11)은 바로 난방환수관(8)에 연결되며, 환수의 유입 방향으로 소통되는 체크밸브(19)가 상기의 유입관(10)과 유출관(11)의 난방환수관(8) 연결 부위의 사이에 설치되어 구성된다.

또한, 본 고안은 상기와 같이 급탕용과 난방용으로 따로 설치할 수도 있고, 하나의 보일러(100)에 동시에 설치할 수도 있다.

이와같이 된 본 고안은 열교환기(12)에 의해 폐열을 회수하여 급탕시나 난방시의 열효율을 증대시키고, 에너지를 절약하게 되고, 특히 급탕시에 그 유용성이 크다.

급탕에 적용한 상태를 도 1 내지 도 3에 의해 설명하면, 급탕용 직수는 직수관(14)을 통해 유입되어 온수축열탱크(15)에 플로팅 밸브 등으로 일정 수위를 유지하게 되고, 밀폐형의 온수축열탱크(15)인 경우는 플로팅 밸브가 필요없고 부족시 항시 채워지게 된다. 온수축열탱크(15)는 배기가스의 폐열을 회수하여 항상 온수 상태로 유지되는데, 순환펌프(13)가 온수축열탱크(15)에 있는 물을 열교환기(12)로 순환시키게 된다. 순환펌프(13)는 본체(2) 내의 버너가 작동할 때만 작동하는 연동식이고, 이는 배기가스가 배출될 때 열교환이 이루어지는 특성에서 기인한다.

버너가 작동하면 순환펌프(13)는 온수축열탱크(15)에 있는 물을 유입관(10)을 통해 열교환기(12)로 송출하여 도 2 내지 도 3에 도시된 수실(18)에 보내진다. 본체(2)에서 연소된 배기가스는 배기관(3)을 따라 이송되어 열교환기(12)에서 격판(16)에 설치된 다수개의 배기내관(17)을 따라 지나면서 열교환이 이루어진 후 외기로 빠져나가게 된다. 이때 열효환이 이루어진 물은 유출관(11)을 따라 온수축열탱크(15)로 보내져 저장된다. 난방으로 버너가 작동하거나, 급탕으로 버너가 작동하든지 모두 순환펌프(13)는 작동을 하여 배기가스의 폐열을 회수하여 열매체로서의 물을 온수축열탱크(15)에 저장하게 된다.

따라서, 사용자가 온수를 사용할 경우 버너가 작동하게 되고, 온수축열탱크(15)에 저장된 물은 버너와 연동되는 순환펌프(13)에 의해 열교환기(12)에 배기가스의 폐열을 회수하여 온수축열탱크(15)에 다시 저장되어 계속 상기의 과정을 반복하게 된다. 그리고 상기와 동시에 급탕입구관(6)을 통해 온수축열탱크(15)에 저장된 물은 보일러의 본체(2)에 들어가 버너로써 데워진 후 급탕출구관(7)으로 송출되어 사용자에 의해 사용되어 진다. 즉, 종래의 경우는 직수가 바로 급탕입구관(6)을 통해 본체(2)로 유입되어 데워지는데, 본 고안은 열교환기(12)와 온수축열탱크(15)에 의해 일정 온도를 가진 물이 급탕입구관(6)을 통해 본체(2)로 보내져 데워지기 때문에 열효율이 높고 데우는데 소요되는 에너지가 절약되게 된다. 온수축열탱크(15)의 수위가 낮아지면 플로팅 밸브 등에 의해 다시 직수가 채워지고, 밀폐형의 온수축열탱크(15)인 경우는 부족만큼 직수가 공급되어 채워지며, 버너가 작동되는 동안 계속되어 열교환이 이루어지고, 예열된 물이 본체(2)로 보내진다.

버너의 작동이 종료되면 순환펌프(13)의 작동이 멈추고, 따라서 열교환기에서의 폐열 회수도 멈추게 된다. 이는 버너의 작동이 없으면 뜨거운 배기가스의 유출도 없어 열교환이 이루어질 필요가 없기 때문이다.

그리고, 난방을 위해 버너가 작동하는 경우도 순환펌프(13)가 작동되고, 따라서 온수축열탱크(15)의 물은 열교환기(12)와 온수축열탱크(15)로 계속 순환되어 온수축열탱크(15) 내의 물은 데워지게 된다.

다음으로, 난방에 적용한 상태를 도 4에 의해 설명하면, 버너가 작동하면 순환펌프(13)가 연동되어 작동되고, 이에따라 난방용 환수가 유입관(10)을 통해 열교환기(12)로 공급되어 수실(18)에서 열교환이 이루어진 후 유출관(11)을 통해 본체(2)로 들어간다. 이 때 본 고안은 체크밸브(19)가 유입관(10)과 유출관(11)의 난방환수관(8) 연결 부위의 사이에 설치되어 있기 때문에, 순환펌프(13)가 작동하는 동안에는 순환펌프(13)에 의해 압력이 체크밸브(19)의 상측에서 아래로 작용하기 때문에 직수는 체크밸브(19)를 지나지 못하고 순환펌프(13)와 열교환기(12)를 통하여 열교환이 이루어진 후 본체(2)로 유입된다.

따라서, 난방의 경우에도 폐열 회수에 의해 데워진 직수가 본체(2)에서 가열되어 난방공급관(9)을 통해 난방수로 송출되고, 난방이 끝이나면 버너의 정지에 의해 순환펌프(13)는 작동을 멈추고, 이에따라 순환펌프(13)에 의해 체크밸브(19)에 걸린 압력은 해제되어 직수는 바로 체크밸브(19)를 통하여 본체(2)로 유입된다.

상기와 같이 급탕이나 난방에 있어서, 배기가스로 소진되는 폐열을 열교환기 (12)로 회수하여 버너로 재가열됨으로써 에너지를 절감하게 된다.특히, 본 고안은 급탕에 있어 그 효율성이 특출한데, 이는 항시 예열된 상태의 일정량의 온수가 온수축열탱크(15)에 저장되어 있다가, 사용자가 온수를 사용하고자 할 경우에, 보일러에 의해 완전히 가열된 물의 공급전에도 예열된 온수를 먼저 사용할 수 있어 물이 데워지기를 기다릴 필요없이 온수를 바로 사용할 수 있게 된다.

이와같이 된 된 고안은 별도의 에너지 소비없이 배기가스의 폐열을 이용하여급탕용 직수나 난방용 환수를 예열함으로써, 열효율의 증대와 에너지를 절약할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 버너가 내설된 보일러의 본체(2)에 배기관(3)이 설치되고, 상기 배기관(3)의 일측을 둘러싸게 설치된 급기관(4)과 소통된 급기연결관(5)이 설치되며, 급탕을 위해 직수가 공급되는 급탕입구관(6) 및 온수가 송출되는 급탕출구관(7)이 상기 본체(2)에 연결되고, 난방을 위해 환수가 유입되는 난방환수관(8) 및 난방수가 공급되는 난방공급관(9)이 상기 본체(2)에 연결되어 구성된 보일러(100)에 있어서; 상기 배기관(3)에 설치되어 배기가스의 폐열을 회수하는 열교환기(12)와; 상기 열교환기(12)와 직수를 공급하는 직수관(14) 및 본체(2)에 설치된 급탕입구관(6)에 연결되고 열교환기(12)로 순환되어 예열된 상태의 급탕용 직수를 저장하는 온수축열탱크(15)와; 상기 열교환기(12)와 온수축열탱크(15)의 사이에 연결설치된 유입관(10)의 경로상에 열매체인 급탕용 직수를 수실(18)로 순환시키는 순환펌프(13)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 폐열을 이용한 에너지 절약형 보일러.
2. 제 1항에 있어서, 열교환기(12)는 배기관(3)의 내부에 일정 거리를 두고 설치되어 배기관(3)과 함께 수실(18)을 형성시키는 두개의 격판(16)과, 상기 두개의 격판(16)의 사이에서 그 양단부가 격판(16)에 관통되게 설치되어 배기가스를 소통시키는 다수개의 배기내관(17)과, 상기 배기관(3)에 관통되게 설치되어 수실(18)과 연결된 유입관(10)과, 상기 배기관(3)에 관통되게 설치되어 수실(18)과 연결된 유출관(11)을 포함하여 구성된 폐열을 이용한 에너지 절약형 보일러.
3. 제 1항에 있어서, 순환펌프(13)는 버너와 연동하는 폐열을 이용한 에너지 절약형 보일러.
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