KR200358389Y1 - 열발생로의 폐열 회수장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 열발생로의 폐열 회수장치에 관한 것이며, 상세하게는 열발생로에서 배출되는 폐열에 의하여 증기를 발생하고, 상기 증기에 의하여 온수를 생성하는 폐열 회수장치에 관한 것으로서, 온수의 생성시간을 단축함과 동시에 효율을 증대하고, 온수 저장탱크의 비등을 방지할 수 있도록 한 것이다.

본 고안은 열발생로(10)의 연도(11)에 연결하는 폐열회수관(21)의 하방과 상방에 수헤더(22)와 증기헤더(23)를 형성하고, 상기 수헤더(22)와 증기헤더(23)에 상기 폐열회수관(21)을 관통하여 다수의 가열관(24)을 연통되게 설치하며, 상기 증기헤더(23)와 수헤더(22)를 환수관(25)으로 연결한 증기발생수단(20)과; 상기 증기헤더(23)에 열교환기(31)를 내장설치하고, 상기 열교환기(31)에 온수 저장탱크 (32)를 공급관(33)과 귀환관(34)으로 연결한 온수 가열회로(30)와; 상기 증기헤더 (23)의 열교환기(31) 하부의 환수관(25) 연결부 하부에 설치한 응축수 수집판(40)과; 상기 환수관(25)에 설치한 유량조절밸브(50)로 구성한 것이다.

Description

열발생로의 폐열 회수장치 {WASTE HEAT COLLECTION APPARATUS OF HEAT PRODUCER}

본 고안은 열발생로의 폐열 회수장치에 관한 것이며, 상세하게는 열발생로에서 배출되는 폐열에 의하여 증기를 발생하고, 상기 증기에 의하여 온수를 생성하는 폐열 회수장치에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 보일러, 소각로, 용해로 등의 열발생로에서 배출되는 연소가스는 다량의 폐열을 보유한 상태로 대기에 방출됨으로 열손실을 초래함으로써 비경제적이기 때문에 상기 폐열을 재활용하려는 노력을 하고 있다.

상기 폐열을 재활용하기 위한 일 예로서, 실용신안등록 제 220739 호의 열발생로의 폐열 회수장치가 제안되었는 바, 상기 열발생로의 폐열 회수장치는 열발생로의 연도에 열교환조를 분해할 수 있게 설치하고, 상기 열교환조는 외통과 상기 외통의 하방부에 설치되고 폐열통로가 형성된 내통으로 형성하여 외통과 내통 사이에 광유, 식물성유 등의 축열매체를 충전함과 동시에 외통의 최상부에 온수 열교환기를 내장하며, 상기 내통의 전후방 상하에 다수의 축열매체 가열관을 배설하며, 상기 열교환조에는 대기 개방형 팽창탱크를 연결한 것이다.

상기한 열발생로의 폐열 회수장치는 폐열이 폐열 통로를 경유하여 연도로 배출될 때 내통 및 축열매체 가열관을 가열함으로써 폐열을 회수하고 가열된 축열매체는 내통과 외통 사이에 저장되며, 상기 가열된 축열매체에 의하여 외통의 최상부에 설치한 온수 열교환기에 공급되는 급수를 가열하여 통상적으로 온수 저장탱크에 저장한 후 필요한 용도 예를 들면 보일러 급수용, 난방용 및 급탕용 등으로 사용하는 것이다. 한편 온수 열교환기에 공급되는 급수와 열교환되어 그 온도가 저하된 축열매체는 그 밀도차에 의하여 외통의 하방으로 대류순환하면서 재가열되는 사이클을 반복하는 것이다.

그러나 상기한 폐열 회수장치는 축열매체를 액상으로 가열하는 것임으로 축열매체의 양이 많고, 축열매체의 양이 많으면 그 열용량이 크기 때문에 가열시간이길게 소요되어 온수 발생시간이 길게 소요되며, 또한 축열매체는 대기압 이상에서 가열함으로 열교환조를 내압구조로 하여야 하기 때문에 제조비용이 상승하는 것이다.

또한 외통의 상부에 모이는 고온의 액상 축열매체는 온수 열교환기에 공급되는 급수와 열교환된 후 냉각되어 그 밀도차에 의하여 외통의 하방으로 하강하면서 폐열통로를 경유하는 폐열에 의하여 계속하여 재가열 되는 대류순환 사이클을 반복하는 반면에 상기 고온의 액상 축열매체에 의하여 온수 열교환기에서 가열된 온수는 온수 저장탱크에 저장하였다가 필요한 용도에 사용할 때 간헐적으로 사용하는 것임으로 열교환조 및 온수 저장탱크의 용량을 적정 용량으로 정하는 것이 어려울 뿐 아니라 온수의 사용량이 작을 때에는 온수 저장탱크에 저장되는 온수가 비등함으로써 온수 저장탱크의 폭발위험이 있게 되는 것이다.

상기한 온수의 비등을 방지하기 위하여서는 열교환조의 용량을 온수 저장탱크의 용량보다 작게 형성하는 것을 고려할 수 있으나 열교환조의 용량을 온수 저장탱크의 용량보다 작게 형성할 경우에는 폐열의 회수 효율이 현저하게 저하될 뿐만 아니라 온수의 사용량이 많을 때에는 온수의 생성이 양호하지 못한 다른 문제점이 발생하는 것이다.

본 고안은 상기한 문제점을 시정하여, 온수의 생성시간을 단축함과 동시에 효율을 증대하고, 온수 저장탱크의 비등을 방지할 수 있는 열발생로의 폐열 회수장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 고안의 다른 목적은 상기 목적에 추가하여 온수의 생성을 중단한 후 재생성시에 신속하게 온수를 생성할 수 있도록 한 열발생로의 폐열 회수장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 고안은 열발생로의 연도에 연결하는 폐열 회수관의 하방과 상방에 수헤더와 증기헤더를 형성하고, 상기 수헤더와 증기헤더에 상기 폐열 회수관을 관통하여 다수의 가열관을 연통되게 설치하며, 상기 증기헤더와 수헤더를 환수관으로 연결한 증기발생수단과; 상기 증기헤더에 열교환기를 내장설치하고, 상기 열교환기에 온수 저장탱크를 공급관과 귀환관으로 연결한 온수 가열회로와; 상기 증기헤더의 열교환기 상부의 환수관 연결부 하부에 설치한 응축수 수집판과; 상기 환수관에 설치한 유량조절밸브로 구성한 것이다.

도 1은 본 고안의 제 1 실시예의 단면도.

도 2는 도 1의 A-A 선 확대 단면도.

도 3은 본 고안의 제 2 실시예의 단면도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 >

11 : 연도 20 : 증기발생수단 22 : 수헤더

23 : 증기헤더 24 : 가열관 25 : 환수관

30 : 온수 가열회로 31 : 열교환기 32 : 온수 저장탱크

40 : 응축수 수집판 50 : 유량조절밸브 60 : 응축수 저장

도 1은 본 고안의 제 1 실시예의 단면도이고, 도 2는 도 1의 A-A 선 확대 단면도로서, 10은 열발생로이고, 11은 연도로서, 상기 열발생로(10)는 보일러, 소각로, 용해로 등으로서 폐열을 배출하는 것이면 제한이 없다.

20은 증기발생수단으로서, 상기 증기발생수단(20)은 상기 연도(11)에 폐열 회수관(21)을 분해할 수 있게 결합하여 그 하방과 상방에 수(水)헤더(22)와 증기헤더(23)를 형성하고, 상기 수헤더(22)와 증기헤더(23)에 상기 폐열 회수관(21)을 관통하여 다수의 가열관(24)을 연통되게 설치하며, 상기 수헤더(22)와 증기헤더(23)에 환수관(25)을 연결하여서 내부에 물 등의 열매체를 진공상태로 주입한 것이다.

30은 온수 가열회로로서, 상기 온수 가열회로(30)는 상기 증기헤더(23)에 열교환기(31)를 내장설치하고, 상기 열교환기(31)에 온수 저장탱크(32)를 순환펌프(33')를 설치한 공급관(33)과 귀환관(34)으로 연결하며, 상기 온수 저장탱크(32)에는 급수관(36)과 온수배출관(37)을 연결한 것이다.

40은 응축수 수집판으로서, 상기 응축수 수집판(40)은 상기 증기헤더(23)의 열교환기(31) 하부의 상기 환수관(25) 연결부 하부에 그 양측에 통로(41)가 형성되게 가로로 설치하여 가열관(24)에서 증발된 증기가 통로(41)를 경유하여 열교환기 (31)에 공급되어서 열교환기(31)에 공급되는 가열하려는 온수(급수)와 열교환되어 응축된 응축수를 수집한 후 환수관(25)을 경유하여 수헤더(22)에 되돌아가도록 한 것이다.

그리고 상기 순환펌프(33')는 열교환기(31)와 온수 저장탱크(32)의 수두차가 작을 때에는 설치하지 않고 온수의 밀도차에 의하여 자연순환 시킬수도 있으며, 상기 순환펌프(33')는 후술하는 온도센서(35)의 출력신호에 의하여 제어할 수도 있는 것이다.

50은 유량조절밸브로서, 상기 유량조절밸브(50)는 상기 환수관(25)에 설치하여 상기 온수 저장탱크(32)에 설치한 온도센서(35)의 출력신호에 의하여 상기 온수 저장탱크(32)내의 온수의 온도의 고저에 따라 증기헤더(23)에서 수헤더(22)로 되돌아가는 응축수의 유량을 제어하며, 상기 유량조절밸브(50)는 상기한 자동제어밸브 뿐만 아니고 온수 저장탱크(32)내의 온수배출량을 고려하여 수동조작밸브를 사용할 수도 있는 것이다.

이상과 같은 본 고안의 제 1 실시예는 연도(11)에서 폐열이 배출될 때 수헤더(22)의 열매체액은 가열관(24)으로 상승되면서 증발되어 응축수 수집판(40)의 양측에 형성한 통로(41)를 경유하여 증기헤더(23)에 공급되고 온수 저장탱크(32)에서 열교환기(31)에 순환하는 가열하려는 온수와 열교환되어 증기는 응축되어 응축수 수집판(40)에 수집됨과 동시에 온수는 가열되며, 상기 응축수 수집판(40)에 수집된 응축수는 환수관(25)을 경유 수헤더(22)에 되돌아가 가열관(24)으로 상승하면서 폐열에 의하여 증기화하는 사이클을 반복하고, 온수 저장탱크(32)내의 가열하려는 온수는 열교환기(31)를 순환하는 사이클을 반복하면서 열교환기(31)에서 온수가 생성되는 것이다.

상기와 같이 온수를 생성할 때 수헤더(22)의 열매체액은 가열관(24)에서 대기압 이하에서 증발되고 증기헤더(23)에서 응축된 응축수는 응축수 수집판(40)에 수집됨으로써 수헤더(22)로 하강하는 것이 방지되기 때문에 증기발생 효율이 양호하여 온수생성 시간을 단축함과 동시에 그 효율을 증대할 수 있고, 증기발생수단 (20)에 열매체를 진공상태로 주입하여 대기압 이하에서 증발시킴으로 비내압구조가 되어 제조비용을 절감하고 안전성을 유지할 수 있는 것이다.

또한 증기헤더(23)에서 응축된 응축수는 온수 저장탱크(32)에 설치한 온도센서(35)의 출력신호에 의하여 그 개방도가 조절되는 유량조절밸브(50)로서 제어함으로 즉 온수 저장탱크(32)내의 온수의 설정온도(예 60℃ 내지 80℃)를 기준으로 설정온도 보다 낮을 때에는 유량조절밸브(50)의 개방도는 크게되어 수헤더(22)에 많은 양의 응축수가 되돌아감으로써 증발량이 많고, 한편 설정온도에 가까울수록 그 개방도는 점점 작아짐으로 수헤더(22)에 되돌아가는 응축수의 양이 비례하여 감소되고 응축수의 양이 감소됨에 따라 열매체액의 증발량도 비례하여 감소됨으로써 열교환기(31)를 가열하는 열원(증기)이 감소되어서 열교환기(31)에서의 온수의 과가열이 방지되기 때문에 온수 저장탱크(32)내의 온수의 비등이 방지되어 폭발 위험을 방지할 수 있는 것이다.

도 3은 본 고안의 제 2 실시예의 단면도로서, 상기 제 1 실시예와 동일한 구성요소는 동일한 부호를 부여하고 구체적인 설명은 생략하며, 상기 제 1 실시예와 다른 점은 상기 환수관(25)에 응축수 저장탱크(60)를 설치하고, 응축수 저장탱크 (60)의 하류에 밸브(61)를 설치한 것이며, 상기 응축수 저장탱크(60)의 용량은 상기 증기발생수단(20)에 주입하는 열매체액의 양보다 크게 설정한 것이다..

이상과 같은 본 고안의 제 2 실시예는 온수 저장탱크(32)내에 저장된 온수의 배출(사용)이 중단될 경우에 밸브(61)를 폐쇄하여 증기발생수단(20)에서 증기의 발생을 중단함으로써 열교환기(23)에서 온수의 가열을 중단하는 것이며, 상기와 같이 열교환기(31)에서 온수의 가열을 중단하면 증기헤더(23)에서 응축된 응축수는 응축수 저장탱크(60)에 저장되고 수헤더(22)에 응축수가 공급되지 않음으로 폐열은 회수되지 않는 것이다.

상기와 같이 열교환기(31)에서 온수가열을 중단하였다가 온수의 재생성(가열)이 필요할 때에는 밸브(61)를 개방하고 응축수 저장탱크(60)에 저장된 응축수를 수헤더(22)에 공급하면 가열관(24)에서 즉시 증기를 생성할 수 있음으로 신속하게 온수를 재생성할 수 있는 것이다.

이상과 같이 본 고안은 열발생로의 연도에 비내압구조인 증기발생수단을 설치함으로써 제조원가를 절감하고 안전성을 유지할 수 있으며, 상기 증기발생수단의 증기헤더에 응축수 수집판을 설치하여 응축수가 수헤더로 하강하는 것을 방지함으로써 증기발생 효율이 양호하여 온수 생성시간을 단축함과 동시에 그 효율을 증대할 수 있는 것이다.

그리고 환수관에 유량조절밸브를 설치하여 온수 저장탱크의 온수온도에 비례하여 증기발생수단에서의 증기발생량을 조절하고, 상기 증기발생량의 조절에 의하여 열교환기에 공급되는 열원을 조절함으로써 온수 저장탱크에서의 온수의 비등을 방지하였기 때문에 안전성을 유지할 수 있는 것이다.

또한 본 고안은 환수관에 응축수 저장탱크를 설치하고, 그 하류에 밸브를 설치하여 온수가열 중단시에 응축수를 저장하였다가 온수 재생성시에 즉시 응축수를 수헤더에 공급할 수 있기 때문에 신속하게 온수를 재생성 할 수 있는 것이다.

Claims (5)

1. 열발생로의 연도에 연결하는 폐열 회수관의 하방과 상방에 수헤더와 증기헤더를 형성하고, 상기 수헤더와 증기헤더에 상기 폐열 회수관을 관통하여 다수의 가열관을 연통되게 설치하며, 상기 증기헤더와 수헤더를 환수관으로 연결한 증기발생수단과; 상기 증기헤더에 열교환기를 내장설치하고, 상기 열교환기에 온수 저장탱크를 공급관과 귀환관으로 연결한 온수 가열회로와; 상기 증기헤더의 열교환기 하부의 상기 환수관 연결부 하부에 설치한 응축수 수집판과; 상기 환수관에 설치한 유량조절밸브로 구성한 열발생로의 폐열 회수장치.
2. 제 1 항에 있어서, 증기발생수단에 열매체를 진공상태로 주입한 열발생로의 폐열 회수장치.
3. 제 1 항에 있어서, 유량조절밸브는 온수 저장탱크에 설치한 온도센서의 출력신호에 의하여 제어하는 열발생로의 폐열 회수장치.
4. 제 1 항에 있어서, 환수관에 응축수 저장탱크를 설치하고, 그 하류에 밸브를 설치한 열발생로의 폐열 회수장치.
5. 제 4 항에 있어서, 응축수 저장탱크의 용량은 증기발생수단에 주입한 열매체액의 양보다 크게 형성한 열발생로의 폐열 회수장치.