KR200348591Y1 - 히트파이프식폐열회수장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 각종 연소로에서 대기중으로 방출되는 폐가스에 포함된 현열을 회수하여 연소로의 버너에 공급되는 연소용 공기를 비롯한 각종의 유체를 가열함으로서 이들을 가열하기 위한 에너지의 사용량을 저감하여 비용을 절감하고 각종의 환경오염 물질 배출을 저감할 수 있는 히트파이프식 폐열회수장치에 관한 것으로서, 배기관을 통하여 배출되는 배기가스가 지니는 현열을 회수하여 증발기 내부의 순환수를 증발시켜 증발된 수증기를 증기관을 통하여 응축기로 공급하고 상기 응축기의 수증기가 응축되면서 잠열을 방출하여 피가열유체를 승온시키는 폐열회수장치에 있어서, 상기 증발기 내부의 압력을 측정하기 위하여 증발기의 상.하부에 설치된 압력측정기와, 상기 측정된 압력의 차이와 초기에 설정된 압력을 비교하는 차압발생기와, 상기 차압발생기의 신호에 따라 개폐되며 순환수가 순환하는 흡입관에 설치되어 순환수의 이동량을 제어하는 제어밸브와, 응축기로 공급되는 응축액의 이동속도를 제어하는 순환펌프로 이루어진 것이다.

Description

히트파이프식 폐열회수 장치

본 고안은 각종 연소로에서 대기중으로 방출되는 폐가스가 지니는 현열을 회수하여 연소로의 버너에 공급되는 연소용 공기를 비롯하여 각종의 유체를 가열함으로서 이들을 가열하기위한 에너지의 사용량을 저감하여 비용을 절감하고 각종의 환경오염 물질 배출을 저감할 수 있는 히트파이프식 폐열회수장치에 관한 것이다.

일반적으로 연소로에서 배출되는 배기가스는 고온을 포함하고 있으며 근래에는 이러한 폐열을 회수하여 재사용할 수 있는 기술이 널리보급되어 사용되고 있다.

종래의 폐열회수 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 배기관(1a)을 통하여 배기가스가 배출되면 배기가스가 지니는 현열에 의해서 상기 배기관(1a)에 내장된 흡열기(2a)와 열교환을 하게 되어 상기 흡열기(2a)에 충만된 순환수의 온도가 상승된다.

상기 배기가스에 의해서 온도가 상승된 순환수는 흡열기(2a)의 상부와 방열기(3a)의 상부에 설치된 배출관(4a)으로 배출되어 방열기(3a)로 이동되어 연결관(5a)을 통하여 이동하는 피가열유체를 가열하게 되며 온도가 낮아진 순환수는 흡입관(6a)을 통하여 배출되어 흡열기(2a)로 이동되는 순환과정을 반복하게 된다.

한편 순환수는 액체상태로 순환하게 되므로 온도상승시 발생하는 압력으로 인한 팽창이 발생하게 되므로 흡입관(6a)에 분기관(7a)을 설치하여 이의 단부에 압력을 흡수함과 동시에 순환수를 보충할 수 있는 보충수 탱크(8a)를 설치하여 일정한 압력을 유지시키며 상기 흡입관(6a)상에 순환펌프(9a)를 설치하여 순환수를 순환시키고 있다.

그러나 이러한 종래의 폐열회수장치는 순환수의 온도가 상승시 팽창되는 압력을 흡수하기 위한 보충수 탱크(8a) 및 순환펌프(9a)를 구동 시키기 위한 동력이 반드시 필요하게 되므로 구조가 복잡해지는 문제점이 있었다.

또한 순환수가 액체상태로 이동하게 되므로 흡열기(2a)와 방열기(3a)의 사이에 연결된 흡입관(6a) 및 배출관(4a)의 양단부 사이에 발생하는 온도차에 의해서 순환수가 순환하는 관로상에 열변형이 발생하여 사용수명이 단축된다.

상기 흡열기(2a)로 유입되는 순환수의 온도가 다른 부분에 비하여 낮기 때문에 흡열기(2a)의 표면에 결로현상을 발생시키게 되며 수분과 폐가스 중에 포함된 분진이나 유황산화물이 결합하여 흡열기(2a)에 부착되어 부식시키게 되므로 분진이 많고 부식성 가스가 함유된 배기가스가 배출되는 배기관(1a)에는 물순환 방식의 채택이 불가능하게 되는 문제점이 있었다.

한편 상기한 문제점을 해결하기 위하여 도 2에 도시한 바와같이 배기가스가 배기되는 배기관(1b)의 내부에 증발기(2b)를 설치하고 피가열유체가 이동하는 연결관(5b)의 내부에 응축기(3b)를 설치하여 상기 증발기(2b)와 응축기(3b)의 사이에 흡입관(6b) 및 배출관(4b)으로 상호 연결시킨다.

따라서 배기가스가 지니는 현열에 의해서 증발기(2b)내부의 순환수가 증기로 증발되면 배출관(4b)을 통하여 응축기(3b)로 이동하게 되고 상기 수증기는 응축기(3b)에서 응축되므로 순환수의 증발과 응축에 따른 잠열의 이동을 이용하여 폐가스의 현열이 피가열유체측으로 전달되도록 하고 있다.

한편 응축기(3b)에서 잠열을 방출하고 응축이 된 순환수는 중력에 의하여 응축기(3b)하부에 모이게 되며 증발기(2b)와 응축기(3b)의 높이차에 의하여 증발기(2b)의 하부로 유입되어 증발과 응축을 반복하면서 열을 전달하게 되므로 순환수의 증발과 응축에 동반되는 잠열의 변화를 열전달에 이용하게 되고 순환수가 순환하는 관로의 내부에 액체상태의 순환수를 완전히 충만할 필요가 없고 소량의물로서 폐가스와 피가열유체간에 열의 전달이 가능하며, 잠열을 이용하기 때문에 증발과 응축과정에서 온도가 일정하게 유지되며 이로 인해서 순환관의 온도분포가 균일해 지는 장점이 있다.

이러한 온도분포 특성으로 인하여 종래 물순환 방식에 비하여 순환관의 열 변형 또는 표면의 결로현상 등을 현저히 경감할 수 있게 된다.

또한 순환수의 순환이 증발기(2b)와 응축기(3b)의 높이차에 의하여 얻어지는 수두차에 의하여 이루어 지기 때문에 순환을 위한 별도의 펌프가 필요 없게 되어 폐열회수 시스템의 구동을 위한 동력이 소요되지 않는 등의 장점이 있다.

그러나 이러한 종래의 히트파이프식 폐열회수 장치는 상기와 같은 순환수의 순환력을 얻고 증발과 응축에 의한 열전달이 이루어 지기 위해서는 반드시 응축기(3b)가 증발기(2b)보다 상부에 위치하여야 하며 이러한 조건이 만족되지 않을 경우에는 작동이 이루어지지 않게 된다.

즉 응축기(3b)의 높이가 증발기(2b)의 높이와 같거나 낮아 지게 되면 응축기(3b) 내부에 액체상태의 순환수가 충만하게 되므로 수증기와 응축기(3b)의 접촉이 이루어지지 않게 되어 응축이 이루어지지 않으며 따라서 폐가스로부터 피가열유체로의 열전달이 이루어지지 않게됨은 물론 증발기(2b)와 응축기(3b)간에 수두차가 없어지게 되므로 순환수가 증발기로 유입되지 못하여 물의 순환이 이루어지지 않게 되는 문제점이 있다.

본 고안의 상기한 문제점을 해결하기 위하여 고안한 것으로서, 증발기내부의상.하부 압력을 측정하여 순환수의 수위에 따라 순환수 수위를 검출하여 증발기내부의 순환수 수위를 일정하게 유지함에 따라 증발기와 응축기의 높이차에 대한 제약을 해소함으로서 폐가스와 피가열유체의 높이차이에 관계 없이 모든 조건에서 히트파이프식 폐열회수 장치를 설치할 수 있도록 한 히트파이프식 폐열회수 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안은 배기관을 통하여 배출되는 폐가스에 포함된 현열을 회수하여 증발기내부의 순환수를 증발시켜 증발된 수증기를 배출관을 통하여 연결관에 내장된 응축기로 공급하고 상기 응축기의 수증기가 연결관으로 이동하는 피가열유체와의 열전달을 통하여 응축함으로서 피가열유체를 승온시키는 폐열회수장치에 있어서, 상기 증발기내부의 압력을 측정하기 위하여 증발기의 상.하부에 설치된 압력측정기와, 상기 측정된 압력의 차이와 초기에 설정된 압력을 비교하는 차압발생기와, 상기 차압발생기의 신호에 따라 개폐되며 순환수가 순환하는 흡입관에 설치되어 순환수의 이동량을 제어하는 제어밸브와, 상기 흡입관에 설치되어 순환수의 이동속도를 제어하는 순환펌프로 이루어진 것이다.

도 1은 종래의 물 순환 방식에 의한 폐열회수 장치를 나타낸 구성도,

도 2는 종래의 히트파이프식 폐열회수 장치를 나타낸 구성도,

도 3은 본 고안에 따른 히트파이프식 폐열회수 장치를 나타낸 구성도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 배기관 2 : 증발기

3 : 응축기 4 : 배출관

5 : 연결관 6 : 흡입관

10, 11 : 압력측정기 20 : 차압발신기

30 : 제어밸브 40 : 순환펌프

이하 본 고안을 도시한 첨부도면 도 3을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 고안에 따른 히트파이프식 폐열회수 장치를 나타낸 구성도로서, 본 고안은 배기가스가 배출되는 배기관(1)에 내장된 증발기(2)의 상.하부에 압력측정기(10)(11)가 각각 설치되어 있고 상기 압력측정기(10)(11)는 차압발신기(20)에연결되어 있으며 상기 차압발신기(20)는 순환수를 증발기(2)로 공급하는 흡입관(6)에 설치된 제어밸브(30)에 연결되어 있다.

한편 상기 제어밸브(30)의 후단에는 순환수를 강제로 순환시키기 위한 순환펌프(40)가 설치되어 있고 상기 순환펌프(40)가 설치된 흡입관(6)의 타측 단부는 연결관(5)에 내장된 응축기(3)에 연결되어 있으며 상기 응축기(3)의 상부에는 증발기(2)에 설치된 배출관(4)이 연결되어 있다.

이와같이 구성된 본 고안은 배기관(1)을 통하여 배기가스가 배출되면 상기 배기가스에 포함된 현열에 의해서 증발기(2)가 가열됨에 따라 증발기(2)의 내부에 충전된 순환수는 수증기로 증발되어 배출관(4)을 통하여 응축기(3)로 이동하게 된다.

상기 응축기(3)로 이동한 증기는 응축기(3)가 설치된 연결관(5)의 내부로 이동하는 피가열유체와 열교환을 하면서 상기 피가열유체의 온도를 상승시키고 증기는 액화된 상태로 흡입관(6)으로 이동하게 되고 상기 순환수와 수증기가 순환을 반복하면서 배기가스에 포함된 잠열을 이용하여 피가열물을 가열하게 된다.

한편 상기 증발기(2)의 상.하부에 설치된 압력측정기(10)(11)에서 측정된 증발기(2)의 압력에 따라 차압발신기(20)에서 발생되는 신호에 따라 흡입관(6)에 설치된 제어밸브(30)가 작동되어 흡입관(6)을 통하여 이동하는 순환수의 이동량을 제어하게 되며 상기 차압발신기(20)에는 증발기(2)에 충전되는 순환수의 수위를 초기에 설정하고 상기 증발기(2)의 상.하부에 설치된 압력측정기(10)(11)에서 측정한 압력의 차이와 비교하여 현재 증발기(2)내부의 수위를 찾게 되며 이때의 수위가 초기 설정치보다 높을 경우에는 제어밸브(30)를 닫아서 증발기(2)내부의 수위를 낮추어 초기 설정치로 유지하며 상기 측정된 수위가 초기 설정치보다 낮을 경우에는 제어밸브(30)를 열어서 증발기(2)내부의 수위를 높여 초기 설정치로 유지하게 되어 증발기(2)내부에서 최대의 증발효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 증발기(2)와 응축기(3)의 높이차이에 무관하게 작동될 수 있게 된다.

한편 상기 흡입관(6)에 설치된 순환펌프(40)는 순환수의 순환속도를 조절함은 물론 증발기(2)와 응축기(3)의 수두차를 유지하기 위한 것이다.

이상에서와 같이 본 고안은 증발기의 상.하부의 압력을 측정하여 증발기내부의 수위를 확인하고 최대의 증발효과를 얻을 수 있는 수위와 비교하여 제어밸브를 개폐시키면서 상기 증발기내부의 수위를 조절하게 됨에 따라 폐열회수효율을 극대화 시킴은 물론 증발기와 응축기의 설치위치에 대한 제약이 없어지게 되어 모든 경우에 대하여 히트파이프식 폐열회수 장치의 적용을 할 수 있는 매우 유용한 고안이다.

Claims (1)

1. 배기관(1)을 통하여 배출되는 배기가스에 포함된 잠열을 회수하여 증발기(2)내부의 순환수를 증발시켜 증발된 수증기를 배출관(4)을 통하여 연결관(5)에 내장된 응축기(3)로 공급하고 상기 응축기(3)의 수증기가 연결관으로 이동하는 피가열유체와 응축하여 피가열유체를 승온시키는 폐열회수 장치에 있어서,

   상기 증발기(2)내부의 압력을 측정하기 위하여 증발기(2)의 상.하부에 설치된 압력측정기(10)(11)와, 상기 압력측정기(10)(11)로부터 측정된 압력의 차이와 상기 증발기(2) 내부의 초기 설정압력을 비교하되, 상기 비교된 압력의 차이가 초기 설정압력 보다 높은 경우에는 제어밸브(30)의 폐쇄신호를 발생시키며, 상기 비교된 압력의 차이가 초기 설정압력 보다 낮은 경우에는 제어밸브(30)의 개방신호를 발생시키는 차압발신기(40)와, 상기 차압발신기(40)의 신호에 따라 개폐되며 순환수가 순환하는 흡입관(6)에 설치되어 순환수의 이동량을 제어하는 제어밸브(30)와, 상기 흡입관(6)에 설치되어 순환수의 이동속도를 제어하는 순환펌프(40)로 이루어진 구성을 특징으로 하는 히트파이프식 폐열회수 장치.