KR200441288Y1 - 농업용 온풍 난방기 - Google Patents

Abstract

열 이용효율을 향상시킬 수 있는 온풍 난방기가 개시되어 있다. 온풍 난방기는 연소로, 열교환기, 하우징, 송풍팬 및 송풍구를 포함한다. 연소로는 연료를 연소시켜 열을 발생시킨다. 열교환기는 연소로에서 발생된 열이 통과한 후 배기구를 통해 배출될 수 있도록 연소로의 상부에 복수의 층으로 교차 배열되어 있는 육각 형태의 파이프들을 포함한다. 하우징은 연소로 및 열교환기를 덮고 있다. 송풍팬은 열교환기의 상부에 배치되어 하우징 내부에 하강 기류를 형성한다. 송풍구는 송풍팬의 작동에 의하여 열교환기 및 연소로 주위를 지나면서 가열된 공기가 배출되도록 하우징의 하단에 형성된다. 이와 같이, 육각 형태의 파이프들이 교차 배열된 열교환기를 사용함으로써, 열 이용효율을 향상시키고 난방에너지를 효율적으로 절감할 수 있다.

난방 온풍기, 열교환기, 육각 파이프, 교차 배열

Description

농업용 온풍 난방기{AGRICULTURAL HOT AIR HEATER}

본 고안은 실내에 온기를 공급하는 온풍 난방기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 동절기 시설하우스 내부를 가온하기 위하여 사용하는 농업용 온풍 난방기에 관한 것이다.

일반적으로, 농업용 시설하우스 내부의 온도를 작물의 생육에 적합한 적정 온도로 유지함으로써 작물 재배가 가능한 작업 환경을 제공하기 위하여 온풍 난방기가 사용된다.

이러한 온풍 난방기는 버너에 의해 발생한 연소가스와 연소열을 열교환기로 보내고, 송풍팬을 이용해 외부 공기를 열교환기로 공급하여 공기를 가열한 후 가열된 공기를 난방용으로 사용할 수 있게 한 것으로 일반 가정용 난방보다는 시설하우수 내부의 난방용이나 축사의 난방 등 주로 농업용으로 많이 이용되고 있다.

현재 농작물의 시설재배 면적 중 가온재배 면적이 지속적으로 증가하고 있어 난방 에너지 비용이 경영비의 약 30% ~ 40%를 차지하고 있으며, 최근 중동지역의 유가 불안정 등으로 인한 농업용 면세유의 가격이 지속적으로 증가하고 있어, 난방비 절감이 시설원예농가의 가장 큰 현안으로 대두되고 있다.

그러나, 기존 농업용 온풍 난방기에 사용되는 열교환기는 원통형의 파이프를 상하 일렬 형태로 배치한 것으로, 배치시 파이프 간섭에 의해 다수의 설치에 제약이 따르며, 상부에 위치한 송풍 팬의 송풍 저항이 커서 열효율이 떨어지는 문제점이 있다.

따라서, 본 고안은 이와 같은 문제점을 감안한 것으로써, 본 고안은 시설하우스 내부의 온도를 작물의 생육에 적합한 적정온도로 유지함으로써 작물재배가 가능한 작업환경을 제공하고, 고품질 농산물의 생산량 증대로 농가 소득을 증대시키기 위하여 열효율이 높은 농업용 온풍 난방기를 제공한다.

본 고안의 일 특징에 따른 온풍 난방기는 연소로, 열교환기, 하우징, 송풍팬 및 송풍구를 포함한다. 상기 연소로는 연료를 연소시켜 열을 발생시킨다. 상기 열교환기는 상기 연소로에서 발생된 열이 통과한 후 배기구를 통해 배출될 수 있도록 상기 연소로의 상부에 복수의 층으로 교차 배열되어 있는 육각 형태의 파이프들을 포함한다. 상기 하우징은 상기 연소로 및 상기 열교환기를 덮고 있다. 상기 송풍팬은 상기 열교환기의 상부에 배치되어 상기 하우징 내부에 하강 기류를 형성한다. 상기 송풍구는 상기 송풍팬의 작동에 의하여 상기 열교환기 및 상기 연소로 주위를 지나면서 가열된 공기가 배출되도록 상기 하우징의 하단에 형성된다.

바람직하게, 상기 열교환기는 4층으로 교차 배열되어 있는 육각 형태의 파이프들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 열교환기는 상기 연소로의 상부에 상기 육각 형태의 파이프들이 2층으로 교차 배열되어 상기 연소로로부터의 열을 제1 방향으로 통과시키는 하부 열교환부 및 상기 하부 열교환부의 상부에 상기 육각 형태의 파이프들이 2층으로 교차 배열되어 상기 하부 열교환부로부터의 열을 상기 제1 방향에 반대인 제2 방향으로 통과시키는 상부 열교환부를 포함할 수 있다.

이와 같은 온풍 난방기에 따르면, 육각 형태의 파이프가 교차 배열된 열교환기를 사용함으로써, 기존의 원형 형태의 파이프에 비해 송풍 저항을 줄이고 파이프 사이의 간섭 배제로 동일 공간에 많은 수의 파이프 설치가 가능해진다. 이에 따라, 열전달 면적을 증가시켜 열 이용효율을 향상시킬 수 있으며, 난방 에너지의 효율적 절감으로 전체적인 농가 소득을 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 고안의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 고안은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 고안을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 고안의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조 부호를 유사한 구성 요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 고안의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 고안의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 고안을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 온풍 난방기의 외형을 나타낸 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 온풍 난방기의 내부에 설치된 연소로와 열교환기를 나타낸 정면도이며, 도 3은 도 2에 도시된 연소로와 열교환기를 나타낸 측면도이다.

도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 고안의 일 실시예에 따른 온풍 난방기(100)는 연소로(200), 열교환기(300), 하우징(400), 송풍팬(500)을 포함한다.

연소로(200)는 연료를 연소시켜 연소 열을 발생시키는 곳으로 하우징(400) 내부의 하측에 설치된다. 연소로(200)는 예를 들어, 원통 형태로 제작되어 가로로 누워있는 구조로 설치된다. 연소로(200)에서는 오일 버너에 의해 오일 연료가 연소되어 연소 가스와 연소 열이 발생되고, 이러한 연소 가스와 연소 열은 연소로(200)의 상측에 설치된 열교환기(300)로 보내진다. 한편, 연소로(200)에서 사용되는 연료로는 오일 대신에 석탄이 사용될 수도 있다.

열교환기(300)는 연소로(200)에서 발생된 열이 통과한 후, 배기구(420)를 통해 배출될 수 있도록 연소로(200)의 상부에 설치되는 복수의 육각 형태의 파이프들(310)을 포함한다. 육각 형태의 파이프들(310)은 연소로(200)의 상부에 복수의 층으로 교차 배열되도록 설치된다. 예를 들어, 육각 형태의 파이프들(310)은 4층으로 설치되며, 인접한 층간에 파이프들(310)이 서로 교차되도록 지그재그 형태로 배열된다.

구체적으로, 열교환기(300)는 하부 열교환부(320) 및 상부 열교환부(330)를 포함할 수 있다. 하부 열교환부(320)는 연소로(200)의 상부에 배치되며, 육각 형태의 파이프들(310)이 2층으로 교차 배열되도록 형성된다. 예를 들어, 하부 열교환부(320)의 하부층에는 7개의 파이프들(310)이 형성되고, 상부층에는 하부층의 파이프들(310) 사이에 위치하도록 6개의 파이프들(310)이 형성된다. 이에 따라, 연소로(200)로부터 발생된 열은 하부 열교환부(320)을 통해 제1 방향으로 통과된다. 상부 열교환부(330)는 하부 열교환부(320)의 상부에 배치되며, 육각 형태의 파이프들(310)이 2층으로 교차 배열되도록 형성된다. 이때, 상부 열교환부(330)는 실질 적으로 하부 열교환부(320)와 동일한 구조로 형성될 수 있다. 이에 따라, 연소로(200)로부터 발생되어 하부 열교환부(320)를 통과한 열은 상부 열교환부(330)를 통해 상기 제1 방향의 반대인 제2 방향으로 통과된 후, 하우징(400)의 일 측면에 형성된 배기구(420)를 통해 배출된다.

하우징(400)은 공기의 가열을 위하여 연소로(200) 및 열교환기(300)를 덮고 있다. 예를 들어, 하우징(400)은 사각의 박스 형태로 형성될 수 있으며, 이 외에도, 다양한 형태로 형성될 수 있다.

송풍팬(500)은 열교환기(300)의 상부에 설치되어 하우징(400) 내부에 하강 기류를 형성한다. 송풍팬(500)은 온풍 난방기(100)의 용량에 따라서 열교환기(300)의 상부에 하나 또는 2개 이상이 설치될 수 있다. 예를 들어, 송풍팬(500)은 열교환기(300)의 상부에 2개가 설치될 수 있다.

하우징(400)의 하단에는 송풍구(410)가 형성되어 있다. 송풍팬(500)의 작동에 의하여 열교환기(300) 및 연소로(200) 주위를 지나면서 가열된 공기는 하우징(400)의 하단에 형성된 송풍구(410)를 통해 배출된다. 예를 들어, 송풍구(410)는 하우징(400)의 양 측면에 각각 형성될 수 있다.

이와 같이, 열교환기(300)에 형성되는 파이프들(310)을 형태를 육각 형태로 형성하게 되면, 열교환기(300)의 상부에 위치한 송풍팬(500)의 작동에 의하여 송풍된 공기가 육각 형태의 파이프들(310)의 표면을 매끄럽게 밀착하여 통과함으로써 원형 형태의 파이프들에 비하여 열효율을 높일 수 있다. 또한, 육각 형태의 파이프들(310)을 교차 배열시키게 되면, 기존 원형 파이프 형태의 열교환기에 비해 송 풍 저항이 작고 파이프들 사이의 간섭 배제로 동일 공간에 많은 수의 파이프 설치가 가능하여 열전달 면적을 증가시켜 열 이용효율을 향상시킬 수 있다.

도 4는 열교환기의 형태별 열전달 성능을 비교한 그래프이다.

도 4를 참조하면, 열교환기의 파이프 형태가 원형일 경우보다 육각 형태일 경우에 전열량이 높게 나오는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 파이프의 형태가 같은 육각 형태일 지라도 일렬로 배열하는 경우에 비하여 교차로 배열하는 경우에 전열량이 높게 나오는 것을 확인할 수 있었다.

하기 표 1은 열교환기에 형태에 따른 온풍 난방기의 효율을 분석한 결과이다. 표 1에서, 비교예 1은 원형 파이프를 일렬로 배치한 경우이고, 비교예 2는 원형 파이프를 교차로 배치한 경우이며, 실시예는 육각 파이프를 교차로 배치한 경우를 나타낸다.

<표 1>

구분		비교예 1	비교예 2	실시예
풍량[m3/h]		10840	10382	11591
온풍열량[kcal/hm2]		14192	13313	18873
에너지 이용효율[%]		76.8	73.0	87.8
열 효율[%]		90.4	90.7	90.5
온풍온도 [℃]	좌측	56	59	58
	우측	57	64	59

표 1을 참조하면, 비교예 1, 비교예 2 및 실시예를 비교해 본 결과, 열 효율 및 온풍 온도에 있어서는 서로간에 유의차가 별로 없었으나, 풍량에서는 비교예 1 및 비교예 2에 비하여 실시예의 경우가 송풍저항의 감소로 높게 나오는 것을 확인할 수 있었으며, 이에 비례하여 온풍열량에서도 비교예 1 및 비교예 2에 비하여 실시예의 경우가 높게 나오는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 에너지 이용효율은 연료의 발열량에 대한 온풍열량의 비율을 나타내는 것이므로, 실시예의 경우가 비교예 1 및 비교예 2에 비하여 약 10% 이상 향상되는 것을 확인할 수 있다.

이와 같이, 열교환기의 구조 변경을 통해 에너지 이용효율을 향상시키면, 난방 에너지를 효율적으로 절감시킬 수 있어 전체적인 농가 소득을 향상시킬 수 있게 된다.

앞서 설명한 본 고안의 상세한 설명에서는 본 고안의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 실용신안등록청구범위에 기재된 본 고안의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 고안을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 온풍 난방기의 외형을 나타낸 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 온풍 난방기의 내부에 설치된 연소로와 열교환기를 나타낸 정면도이다.

도 3은 도 2에 도시된 연소로와 열교환기를 나타낸 측면도이다.

도 4는 열교환기의 형태별 열전달 성능을 비교한 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 온풍 난방기 200 : 연소로

300 : 열교환기 310 : 파이프

320 : 하부 열교환부 330 : 상부 열교환부

400 : 하우징 410 : 송풍구

420 : 배기구 500 : 송풍팬

Claims (5)

1. 삭제
2. 연료를 연소시켜 열을 발생시키는 연소로;

   상기 연소로에서 발생된 열이 통과한 후 배기구를 통해 배출될 수 있도록 상기 연소로의 상부에 복수의 층으로 교차 배열되어 있는 육각 형태의 파이프들을 포함하는 열교환기;

   상기 연소로 및 상기 열교환기를 덮고 있는 하우징;

   상기 열교환기의 상부에 배치되어 상기 하우징 내부에 하강 기류를 형성하는 송풍팬; 및

   상기 송풍팬의 작동에 의하여 상기 열교환기 및 상기 연소로 주위를 지나면서 가열된 공기가 배출되도록 상기 하우징의 하단에 형성된 송풍구를 포함하는 온풍 난방기.
3. 제2항에 있어서, 상기 열교환기는

   상기 연소로의 상부에 상기 육각 형태의 파이프들이 2층으로 교차 배열되어 상기 연소로로부터의 열을 제1 방향으로 통과시키는 하부 열교환부; 및

   상기 하부 열교환부의 상부에 상기 육각 형태의 파이프들이 2층으로 교차 배 열되어 상기 하부 열교환부로부터의 열을 상기 제1 방향에 반대인 제2 방향으로 통과시키는 상부 열교환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 온풍 난방기.
4. 제3항에 있어서,

   상기 하부 열교환부의 하부층에는 복수의 파이프들이 배치되고, 상기 하부 열교환부의 상부층에는 상기 하부층의 파이프들의 사이에 위치하도록 복수의 파이프들이 배치되는 것을 특징으로 하는 온풍 난방기.
5. 제4항에 있어서,

   상기 상부 열교환부는 상기 하부 열교환부와 실질적으로 동일한 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 온풍 난방기.

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