KR200369468Y1 - 폐열을 이용한 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 폐열을 이용한 열교환기에 관한 것으로서, 열교환기 내에 설치되는 폐수 전열관과 열교환기 내에 시수되는 정수의 배출유도판을 나선형으로 설치한 구성을 갖도록 함으로써, 시수되어 공급되는 정수의 흐름은 열교환기 내에서 나선방향을 따라 전열면적은 최대한 넓히면서 열 교환되도록 하여 열전도율을 향상시킴은 물론, 가변적으로 열전도가 빠르게 진행되도록 하여 2차적인 고온의 온수를 제공하기 위한 보일러의 가동에너지 소비를 현저히 줄일 수 있도록 한 것이다.

Description

폐열을 이용한 열교환기{Heat exchanger being used wasteheat}

본 고안은 폐열로부터 2차적인 열에너지를 얻도록 사용되는 열교환기에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 열교환기에 설치되는 폐수 전열관 및 열교환기 내에 시수되는 정수의 배출유로를 개선하여 보다 빠른 시간 내에 열전도가 이루어지도록 하고, 이에 따라 사용하는 보일러에 일정 상온의 온수를 공급하여 보일러의 가동에 필요한 전력 및 연료 에너지를 절감할 수 있도록 한 폐열을 이용한 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 폐수 열을 이용한 열교환기는 축양시설이 구비된 양어장(실내낚시터), 목욕탕 및 산업등지에서 대용량의 온수를 필요로 하는 모든 곳에 광범위하게 사용된다.

열교환기의 기본 구조는 보일러로부터 가동되어 사용되어진 고온의 폐수를 배출하는 과정에 있어, 폐수 배출관은 열교환기 외통내부를 통하게 하고, 이 열교환기 내에는 외부로부터 시수되는 정수의 온도가 폐수 전열관으로부터 열전도 받아 일정 상온의 온수(사용수)를 얻는 구조이다.

이러한 일정 상온의 온수는 보일러를 통해 고온의 온수로 사용되어지며, 이때의 보일러에 필요한 전력 및 연소에너지를 절감할 수 있는 효과가 있다. 반면, 열교환기를 거치지 않고 상수도를 통해 초기 시수되는 저온의 정수 온도를 보일러에서 가동시키기 위해서 필요이상의 소비에너지 증가되는 비경제적인 요인으로 열교환기의 사용은 이러한 점에서 대대적으로 사용되고 있다.

통상 열교환기 내에 설치된 폐수 전열관은 열전도율이 높은 동소재의 재질로 제작되며 열교환기의 외통 내부로 공급되는 정수의 전열면적을 넓히기 위해 지그재그 형태로 설치된 예가 보편적이다. 여기서, 폐수 전열관의 설계에 따라 열교환기의 외통 체적이 설정된다.

상기 열교환기 외통에 있어, 시수된 정수를 공급하기 위한 유입구 및 배출구는 외통의 외부로부터 관통되어 내부적으로 설치되는 폐수 전열관의 위치와 상관없이 설치되기 때문에, 외통 내에 집수된 정수는 폐수 전열관으로부터 발생되는 열전도 시간이 길어지게 된다.

이는 정수 유입구로부터 공급되는 정수의 온도는 항상 저온에서 유입된다는 점을 감안한다면, 유입과 동시에 외통내부에서 자유 분망하게 열전도과정 부분이 느리게 나타난다는 단점이 있다.

바람직하게는 적정 온도로 상승된 정수를 1차 열 교환시킨 상태에서 2차적으로 보일러 측에 원활히 공급되어야 하나, 상기와 같은 구조를 갖는 폐수 전열관으로부터 얻는 열 교환이 빠르게 진행되지 않는 상태에서는 고온의 온수를 얻기 위한 보일러의 가동에너지의 절감효과는 현실적으로 기대하기 어려운 문제점이 있다.

본 고안은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 열교환기 내에설치되는 폐수 전열관 및 열교환기 내에 시수되는 정수의 배출유로이 구조를 열전도가 가변적으로 이루어지도록 하여 빠른 시간 내에 열전도가 이루어지도록 하고, 이에 따라 사용하는 보일러에 일정 상온의 온수를 공급하여 보일러의 가동에 필요한 전력 및 연료 에너지를 절감할 수 있는 열교환기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안에 의하면, 정수 유입구 및 정수 배출구가 형성된 소정체적의 외통 내부에 고온의 폐수 흐름을 갖도록 하여 시수된 정수를 적정 온수로 변환하여 보일러에 공급하는 폐열 열교환기에 있어서,

중공형으로 상기 외통 중심에 수직으로 관통 설치되고, 상부로부터 폐수를 집수하기 위한 폐수유입구가 형성된 폐수 집수관과; 중공형으로 상기 외통의 외측둘레에 수직으로 부착 설치되고, 하부에 폐수배출구가 형성된 폐수 배출관과; 나선형의 환봉으로 일단은 상기 폐수 집수관의 수직되는 길이 변에 연통되고, 타단은 외통과 접하는 폐수 배출관의 수직되는 길이 변에 연통되어 폐수를 나선형으로 유도하는 다수의 폐수 전열관과; 나선형으로 일단은 상기 폐수 집수관의 수직되는 길이 변에 부착되고, 타단은 외통 내부에 수직되는 길이 변에 부착되어 상기 폐수 전열관을 따라 정수의 흐름을 나선방향으로 유도하는 배출유도판으로 이루어진 폐열을 이용한 열교환기가 제공된다.

도 1은 본 고안인 열교환기를 도시한 사시도,

도 2는 본 고안인 열교환기의 주요부분을 도시한 사시도,

도 3은 본 고안에 따른 열교환기의 종단면도,

도 4는 본 고안에 따른 열교환기의 횡단면도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1: 외통 2: 정수 유입구

3: 정수 배출구 10: 폐수 집수관

11: 폐수 유입구 20: 폐수 배출관

21: 폐수 배출구 30: 폐수 전열관

40: 배출유도판 100: 열교환기

이하, 첨부된 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 고안에 대하여 상세히 설명하면다음과 같다.

첨부된 도 도 1은 본 고안인 열교환기를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 고안인 열교환기의 주요부분을 도시한 사시도이며, 도 3은 본 고안에 따른 열교환기의 종단면도이고, 도 4는 본 고안에 따른 열교환기의 내부 작동상태를 도시한 횡단면도이다.

본 고안은 정수 유입구(2) 및 정수 배출구(3)가 형성된 소정체적의 외통(1) 내부에 고온의 폐수 흐름을 갖도록 하여 시수된 정수를 적정 온수로 변환하여 보일러에 공급하는 폐열 열교환기(100)에 있어서, 상기 외통(1) 중앙에 폐수를 집수하기 위해 폐수 유입구(11)가 형성된 폐수 집수관(10)이 수직으로 관통 설치된다.

또한, 상기 외통(1)의 외측둘레에는 하부에 폐수 배출구(21)가 형성된 폐수 배출관(20)이 수직으로 부착 설치된다.

상기 폐수 집수관(10)의 수직되는 어느 한 길이 변과, 상기 외통(1)에 접하는 폐수 배출관(20)의 길이 변 측의 외통(1) 내부에는 다수의 연결공(11a,21a)이 각각 천공되며, 이 천공된 각각 연결공은 동일선상의 높이로 배열 형성된다.

상기 각각의 동일선상의 연결공(11a,21a)에 대해 상기 폐수 집수관(10)으로부터 폐수 배출관(20)이 연통 가능하도록 상기 연결공(11a,21a)에는 나선형상을 갖는 폐수 전열관(30)이 연결 설치된다.

상기 폐수 전열관(30)이 다층으로 설치됨에 있어 외통(1)에 대한 정수 유입구(2)의 형성은 폐수 집수관(10)으로부터 설치된 폐수 전열관의 나선형상이 시작되는 중심의 수직 상부에 마련하여 초기 시수되는 정수는 폐수 전열관(30)의 중앙 측에서부터 열 전도되도록 한다.

한편, 상기 폐수 집수관(10)의 수직되는 길이 변에 부착되고, 타단은 외통 내부에 수직되는 길이 변에 부착되어 상기 폐수 전열관(30)을 따라 정수의 흐름을 나선방향으로 유도하는 배출유도판(40)이 설치된다.

상기 폐수 전열관(30) 및 배출유도판(40)의 나선 간격은 나선이 최초 시작되는 외측방향으로 적어도 1회 권선되는 지점부터 일정의 좁은 간격으로 권선되도록 한다. 이는 초기 유입되는 정수에 대해 나선형으로 배출방향으로 빠르게 진행시키기 위함이다.

도면 중 (A)는 정수를 나타내고, (B)는 폐수의 표기를 나타낸 것이다.

상기와 같이 구성된 본 고안의 폐열을 이용한 열교환기의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 보일러의 가동에 따라 사용되는 고온의 온수는 보통 사용된 후 폐수 배출라인을 통해 열교환기(100)를 거쳐 외부로 배출된다.

이때 폐수의 유입은 초기 사용수(온수) 보다 낮은 온도이지만, 비교적 고온에 가까운 열을 지닌 상태로 열교환기의 외통(1) 중앙에 마련된 폐수 집수관(10)으로 유입된다.

여기서 폐수 집수관(10)의 상부측 폐수 유입구(11)를 따라 유입된 고온의 폐수는 폐수 집수관의 수직 길이방향에 다층으로 부착되어 내부와 연통되는 각각의 폐수 전열관(30)을 따라서 폐수 배출관(20)으로 유동되며, 폐수 배출관(20)에 마련된 폐수 배출구(21)를 통해 외부로 배출된다.

상기 고온의 폐수(B) 배출은 폐수 전열관(30)을 통해 열을 발생하고, 외통의 정수 유입구(2)를 통해 시수된 정수(A)는 상기 폐수 전열관(30)의 표면적으로부터 발생되는 열의 전도로 유입된 저온의 정수(A) 온도를 상승시켜주며, 최종적으로 외통(1)에 마련된 정수 배출구(3)를 통해 미 도시된 보일러의 온수탱크로 공급된다.

외통(1)의 정수 유입구(2)는 폐수 집수관(10)으로부터 설치된 폐수 전열관(30)의 나선형상이 시작되는 중심에 가까운 수직상부에 위치하고 있기 때문에 정수의 초기 유입과 더불어 열전도가 이루어진다.

한편, 상기 정수(A)의 온도변화는 나선형의 폐수 전열관(30)과 더불어 폐수 전열관(30)사이를 나선형으로 구획하는 배출유도판(40)에 의해 열 교환이 극대화 된다.

이는 첨부된 도 3에서 발췌된 종단면부분과 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 배출유도판(40)의 사이에는 동일 수직선상으로 배열된 폐수 전열관(30) 각 사이를 유동하는 정수(A)는 폐수 전열관(30)으로부터 쉽게 열 전도됨을 알 수 있다.

상기와 같이 온도 상승된 정수(A)의 흐름은 흔히 말하는 열의 대류작용 또는 열전도현상으로서 폐수 전열관(30), 배출유도판(40)이 갖는 나선형상의 시작지점에서부터 열 전도된 정수는 대류작용으로 자연스럽게 나선방향으로 유도되어 외통(1)의 측면 상에 위치한 정수배출구(3)를 통해 보일러에 공급되는 것이다.

즉, 상기와 같은 열의 대류에 의해 온도변화를 일으키는 정수는 나선형으로 다층 설치된 폐수 전열관(30)이 갖는 전열면적으로 각 사이사이에 설치된 배출유도판(40)의 사이를 통과하면서 정수의 온도변화를 극대화 할 수 있게 된다.

이는 더욱이 고온의 폐수 열을 소정의 온도로 전도시키는 폐수 전열관과 배출유도판의 나선(Spiral line)의 간격이 최초 나선이 시작되는 외측방향으로 적어도 1회 권선되는 지점부터는 일정간격을 두고 좁은 형태로 권선되어 있는 이유에서 빠른 시간 내에 정수의 온도상승을 구현할 수 있다.

상기와 같이 최종적으로 정수 배출구(3)를 통해 보일러에 상온의 정수를 공급함에 있어 보일러 측에서는 최초 저온의 정수를 공급받아 일정온도가 되기까지 가열하는데 필요로 하는 가동에너지를 줄일 수 있다.

이상에서와 같이, 본 고안은 열교환기 내에 설치되는 폐수 전열관과 열교환기 내에 시수되는 정수의 배출유도판을 나선형으로 설치함으로써, 시수되어 열교환기내로 공급되는 정수에 대해 나선방향을 따라 전열면적을 최대한 넓혀 열전도율을 향상시킴은 물론, 가변적으로 열전도가 빠르게 진행되도록 하여 2차적인 고온의 온수를 제공하기 위한 보일러의 가동에너지 소비를 현저히 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 정수 유입구(2) 및 온수 배출구(3)가 형성된 소정체적의 외통(1) 내부에 고온의 폐수 흐름을 갖도록 하여 시수된 정수를 적정 온수로 변환하여 보일러에 공급하는 폐열 열교환기(100)에 있어서,

   중공형으로 상기 외통 중심에 수직으로 관통 설치되고, 상부로부터 폐수를 집수하기 위한 폐수유입구(11)가 형성된 폐수 집수관(10)과;

   중공형으로 상기 외통(1)의 외측둘레에 수직으로 부착 설치되고, 하부에 폐수배출구(21)가 형성된 폐수 배출관(20)과;

   나선형의 환봉으로 그 일단은 상기 폐수 집수관(10)의 수직되는 길이 변에 연통되고, 타단은 외통(1)과 접하는 폐수 배출관(20)의 수직되는 길이 변에 연통되는 다수의 폐수 전열관(30)과;

   나선형으로 일단은 상기 폐수 집수관(10)의 수직되는 길이 변에 부착되고, 타단은 외통(1) 내부에 수직되는 길이 변에 부착되어 상기 폐수 전열관(30)을 따라 정수의 흐름을 나선방향으로 유도하는 배출유도판(40)으로 구성된 것을 특징으로 하는 폐열을 이용한 열교환기.
2. 제1항에 있어서, 상기 정수 유입구(2)는 폐수 집수관(10)으로부터 설치된 폐수 전열관(30)의 나선형상이 시작되는 외통(1) 상부 중심선상에 형성된 것을 특징으로 하는 폐열을 이용한 열교환기.
3. 제1항에 있어서, 상기 폐수 전열관(30) 및 배출유도판(40)의 나선이 갖는 간격은 나선이 최초 시작되는 외측방향으로 적어도 1회 권선되는 지점부터 일정간격으로 권선된 것을 특징으로 하는 폐열을 이용한 열교환기.