KR20090041579A - 난방 및 온수 공급용 열에너지 생성 시스템 - Google Patents

난방 및 온수 공급용 열에너지 생성 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 난방 및 온수 공급용 열에너지 생성 시스템에 관한 것으로, 냉수를 고속으로 회전하는 디스크를 갖는 시스템에 주입하여 디스크의 마찰열에 의하여 열수를 발생시키고 이를 난방 및 온수 공급용으로 사용함으로써 경제적이며 효율적인 난방 및 온수 공급이 가능하도록 하고, 친환경적이며, 설치 면적이 적고, 화재 위험이 없으며, 설치 및 조작이 간편한 효과를 얻을 수 있었다.
열에너지 생성, 보일러, 난방, 온수, 열에너지 생성 시스템

Description

난방 및 온수 공급용 열에너지 생성 시스템{Heat Energy generator for heating and hot-water supply}
본 발명은 난방 및 온수 공급용 열에너지 생성 시스템에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 냉수를 고속으로 회전하는 디스크를 갖는 시스템에 주입하여 디스크의 마찰열에 의하여 열수를 발생시키고 이를 난방 및 온수 공급용으로 사용함으로써 경제적이며 효율적인 난방 및 온수 공급이 가능하도록 하고, 친환경적이며, 설치 면적이 적게 소요되고, 화재 위험이 없으며, 설치 및 조작이 간편한 효과를 얻을 수 있는 난방 및 온수 공급용 열에너지 생성 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 난방장치는 난로, 벽난로 등과 같이 연료를 직접 연소시키는 소규모의 난방, 증기난방, 온수난방, 온풍난방, 공기조화난방, 복사난방(輻射煖房), 태양열 이용 난방 등으로 분류할 수 있고, 일반 가정과 빌딩, 창고, 공장, 사무실, 온실 등에는 온수를 공급하기 위한 온수 공급장치가 설치되어 있다.
특히, 난방장치와 온수 공급장치는 별도로 설치되지 않고 일체형으로 설치되는 경향이 높아 난방장치로 온수난방이 가장 광범위하게 사용되고 있다.
온수난방은 온수를 열매로 하는 난방방법으로 보일러에서 열원인 물, 증기를 대열시키고, 이것을 실내의 방열기에 보내어 난방시킨다. 방열기를 돌아온 물, 증기는 다시 대열되어 난방기구를 순환한다. 보통 80 ℃의 온수를 사용하나 지역난방과 같은 대규모의 경우는 100 ℃ 이상 고압의 고온수를 사용하기도 하며, 우리 나라에서는 강제순환식인 2관식(二管式)이 가장 많이 사용되고, 자연순환식이나 1관식(一管式)은 잘 쓰이지 않는다. 온수온도를 중앙에서 제어하고 방열기에서 방열량을 제어할 수 있으며, 보일러의 연소를 정지하여도 여열이 남기 때문에 실온이 급변하지 않는 등의 장점이 있으나, 장치의 열용량이 크기 때문에 예열에 시간이 소요되며 연료소비량이 많은 단점이 있다.
상기와 같은 온수 난방에서 물을 대열시키기 위한 방법으로는 석탄이나 연탄 등의 연료를 연소시키는 방법, 석유류의 연료를 연소시키는 방법, LNG(액화천연가스)나 LPG(액화석유가스) 등과 같은 가스를 연소시키는 방법 및 전기온수보일러를 이용하는 방법 등이 있다.
석탄이나 연탄 등의 연료를 연소시키는 방법은 연료의 가격 및 보일러의 가격이 저렴하고, 폭발의 위험성이 적어 안전적인 편이지만 연료의 보관처가 필요하고 열손실율이 많아 효율성이 저하되며 다양한 대기 오염 물질이 발생하고 취급이 불편하며, 많은 재와 먼지로 인하여 정기적인 청소가 필요하고 유독성 가스에 의한 재해 우려가 높으며, 잔재 폐기물의 대량 방출로 인하여 폐기물 처리 비용이 많이 소요되는 단점이 있다.
또한, 석유류의 연료를 연소시키는 방법 역시 보일러의 가격이 저렴한 장점은 있으나 연료 저장 탱크가 필요하고 연료 급유를 위한 공간이 필요하며 열효율성 이 평균 85 ∼ 90% 정도이고 원료의 가격이 불안정하고 비싸며 연료 저장 탱크 주변을 비롯한 보일러실의 화재 방지를 위한 안전이 절대적으로 필요하고 유해한 대기 오염물질이 발생되며, 정기적인 보일러의 수리 및 안전도 검사가 필요한 문제점 등이 있었다.
뿐만 아니라, LNG나 LPG 등과 같은 가스를 연소시키는 방법은 열효율이 높은 장점은 있으나 가스 파이프 라인 공사 및 보일러 설치비가 매우 비싸고, 설계 및 설치가 용이하지 못하며, 연료의 가격이 계속 인상되고 있는 추세이고, 정기적인 파이프 라인의 연결부위 점검 및 누수방지가 필요하며가스 누출로 인한 폭발, 화재 위험성이 높은 단점이 있고, 전기온수보일러를 이용하는 방법은 열효율은 높지만 막대한 전력이 소모되고, 보일러 가격이 비싸며, 전기료가 많이 소요되고 과다한 전기 사용으로 인한 과부하의 우려가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 가격이 저렴하고 설치 공간이 적게 소요되고 조작 및 설치가 용이할 뿐만 아니라 기존의 시스템과 대체가 용이하고 유지 보수 비용이 적어 경제적이고 효율적이며, 친환경적이고 화재 위험이 전혀 없으며, 필요에 따라 난방시스템을 가동할 수 있는 난방 및 온수 공급용 열에너지 생성 시스템을 제공하는 데 있다.
상술한 목적 뿐만 아니라 용이하게 표출되는 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 냉수를 고속으로 회전하는 디스크를 갖는 시스템에 주입하여 디스크의 마찰열에 의하여 열수를 발생시키고 이를 난방 및 온수 공급용으로 사용함으로써 경제적이며 효율적인 난방 및 온수 공급이 가능하도록 하고, 친환경적이며, 설치 면적이 적고, 화재 위험이 없으며, 설치 및 조작이 간편한 효과를 얻을 수 있었다.
본 발명에 따른 난방 및 온수 공급용 열에너지 생성 시스템은 가격이 저렴하고 설치 공간이 적게 소요되고 조작 및 설치가 용이할 뿐만 아니라 기존의 시스템과 대체가 용이하고 유지 보수 비용이 적어 경제적이고 효율적이며, 친환경적이고 화재 위험이 전혀 없으며, 필요에 따라 난방시스템을 가동할 수 있는 효과가 있다.
본 발명을 첨부 도면에 의거하여 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 난방 및 온수 공급용 열에너지 생성 시스템의 개략적인 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 난방 및 온수 공급용 열에너지 생성 시스템의 요부 일부 절결 분리사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 난방 및 온수 공급용 열에너지 생성 시스템의 요부 단면도이다.
본 발명에 따른 난방 및 온수 공급용 열에너지 생성 시스템(1)은 결합면(12)에 요홈(13)이 형성되어 있고, 요홈(13) 좌,우측에는 격벽(14, 좌측 격벽은 미도시)을 구비하고 상측에 외부의 냉수 유입관(2)과 연결 구성되는 유입관(15)이 연결구성되고, 하측에 외부의 온수 유출관(3)과 연결구성되는 유출관(16)이 구비된 프 랜지부(11)를 갖고, 돌출부(17)의 내부는 공간(18)이 형성되도록 하고, 플랜지부(11)와 돌출부(17)의 내측 연결부위에 단턱(19)이 형성되며, 제2몸체(20)와 대향되게 볼트로 체결 결합되는 제1몸체(10); 제1몸체(10)와 대칭되는 구조를 갖되 유입관과 유출관을 구비하지 않고, 중앙에 축공(27)이 형성되어 있으며, 회전축(61)이 삽설되어 있고 제1몸체(10)와 대향되게 볼트로 체결 결합되는 제2몸체(20); 제1몸체(10)와 제2몸체(20)의 결합시 단턱(19, 28)에 의하여 형성되는 요홈에 안치되고, 유입관(15)으로부터 유입된 냉수가 제1몸체(10)의 돌출부(17) 내부 공간(18)으로 유입되도록 하는 제1유입공(51)과 제1디스크(30)와 제2디스크(40) 사이에서 가열된 온수가 제2몸체(10)의 돌출부(25) 내부 공간(26)으로부터 유출관(16)으로 유출되도록 하는 제2유출공(52)이 형성된 환형 고정프레임(50); 제1몸체(10)의 돌출부(17) 내부 공간(18)으로부터 냉수가 제1디스크(30)와 제2디스크(40) 사이로 유입되도록 형성된 제2유입공(31)을 구비하고, 내면에 다수개의 반구형 요홈(32)이 형성되어 있으며, 제2디스크(40)의 연결축(41)이 삽설되도록 형성된 연결축 삽설공(33) 및 회전축(61)이 삽설되도록 형성된 회전축 삽설공(34)이 형성되고 제2몸체(20)와 연결축(41)으로 연결되고 회전축(61)과 키(35)에 의하여 축 연결구성되는 제1디스크(30); 제1디스크(30)와 제2디스크(40) 사이의 온수가 제2몸체(20)의 돌출부(25) 내부 공간(26)으로 유출되도록 하는 제1유출공(42)이 형성되고, 제1디스크(30)과 축연결되도록 하는 연결축(41)이 형성되며, 내면에 다수개의 반구형 요홈(43)이 형성되어 있고, 회전축(61)과 키(35)에 의하여 축 연결구성되는 제2디스크(40); 및 제2몸체(20)의 축공(27)을 통하여 제1디스크(30)와 제2디스크(40)가 회 전축(61)에 연결되어 회전되도록 하는 모터(60)로 구성된다.
또한, 본 발명에 따른 난방 및 온수 공급용 열에너지 생성 시스템(1)은 온수가 배출되는 곳에 온도감지센서(미도시)를 설치하여 온수의 온도를 감지함으로써 난방 및 온수 공급용 열에너지 생성 시스템(1)이 자동으로 작동될 수 있도록 할 수 있으며, 콘트롤판넬(미도시)를 구비하여 목적하는 난방 및 온수의 온도가 조절되도록 할 수 있다.
뿐만 아니라, 온수 유출관(3) 일측에 온수탱크(미도시) 및 순환펌프(미도시)가 설치되어 일정 온도의 온수가 일정량 저장되고, 목적하는 난방 온도 및 온수 온도가 되도록 온수를 순환시키는 구성을 구비할 수 있다.
그리고, 온수 유출관(3)의 끝단은 냉수 유입관과 재순환되도록 연결 구성되며, 냉수 유입관(2) 일측에는 수위감지센서를 갖는 냉수 탱크(미도시)가 구비되어 온수의 사용으로 인한 물의 감소량에 따라 자동으로 냉수가 공급되도록 한다.
상기 제1몸체(10)의 좌,우측 격벽(14, 좌측 격벽은 미도시) 및 제2몸체(20)의 격벽(24, 24')에는 좌,우측에 한 개씩 구비되어 있으나, 제1유입공(51)과 제2유출공(52)과 인접하게 각각 2개를 구비하도록 할 수도 있으며, 한 개씩 구비되었을 경우에는 제1유입공(51)과 제2유출공(52)과 멀리 위치한 부분에 유입된 물은 배출이 용이하게 이루어지지 않고 체류되어 시스템의 기능을 저하시킬 수 있으므로 제1유입공(51)과 제2유출공(52)과 인접하게 각각 2개를 구비하도록 하는 것이 효과적이다.
또한, 제1몸체(10)의 돌출부(17)에 의하여 형성되는 내부 공간(18)과 제2몸 체(20)의 돌출부(25)에 의하여 형성되는 내부 공간(26)을 형성하지 않고, 환형 고정프레임(50)을 제1몸체(10)와 제2몸체(20)의 결합시 단턱(19, 28)에 의하여 형성되는 요홈에 안치하지 않아, 유입관(15)으로부터 유입된 냉수가 제1몸체(10)의 돌출부(17) 내부 공간(18)으로 유입되지 않고, 제1디스크(30)와 제2디스크(40) 사이에서 가열된 온수가 제2몸체(10)의 돌출부(25) 내부 공간(26)으로 유출되지 않을 경우 제1디스크(30)와 제2디스크(40)의 외부와 물이 마찰되지 않아 효율이 저하됨은 물론 유입관으로(15)부터 유입된 냉수가 제1디스크(30)와 제2디스크(40) 사이에서 가열되지 않은 냉수가 곧 바로 유출관(16)으로 유출되는 현상이 발생하는 단점이 있다.
한편, 상기 환형 고정프레임(50)과 제1디스크(30) 및 제2디스크(40)는 가장 밀착된 상태로 설치하여 환형 고정프레임(50)과 제1디스크(30) 및 제2디스크(40) 사이로 물의 유출 및 유입이 일어나지 않도록 하는 것이 효과적이며, 환형 고정프레임(50)의 내측으로부터 유동 가능한 베어링(미도시)을 탄설하여 제1디스크(30) 및 제2디스크(40)의 회전이 용이하도록 구성할 수도 있다.
상기 제1디스크(30)와 제2디스크(40)의 내측 표면에 형성된 반구형 요홈(32)의 갯수는 특별히 한정되는 것이 아니고, 물과의 마찰력이 최대가 될 수 있도록 반복 실험을 통하여 갯수와 배열 방법을 선정할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 난방 및 온수 공급용 열에너지 생성 시스템(1)의 작동 및 기능을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 외부의 냉수 유입관(2)과 연결 구성되는 유입관(15)을 통하여 냉수가 유입되면 환형 고정프레임(50)의 제1유입공(51)을 통하여 제1몸체(10)의 돌출부(17)에 의하여 형성되는 내부 공간(18)으로 이송된 다음, 제2유입공(31)을 통하여 제1디스크(30)와 제2디스크(40) 사이로 기포가 발생되면서 유입된다.
유입된 물은 고속으로 회전하는 제1디스크(30)와 제2디스크(40)의 내부면과 접촉되어 마찰열이 발생되므로 수온이 상승하게 된다. 이 때 제1디스크(30)와 제2디스크(40)의 내측 표면에 형성된 반구형 요홈(32)에 의하여 마찰력이 극대화되어 수온이 급격히 상승할 뿐만 아니라 물이 제2유입공(31)을 통하여 제1디스크(30)와 제2디스크(40) 사이로 유입되면서 발생된 기포가 파괴되면서 물의 유동과 마찰력을 향상시키게 되어 수온 상승 효과가 증가된다. 즉, 모터(60)의 회전에 의한 운동에너지가 열에너지로 변환되면서 수온이 상승된다.
상기와 같이 온도가 상승된 온수는 제1유출공(42)을 통하여 제2몸체(20)의 돌출부(25) 내부 공간(26)으로 유출된 다음, 환형 고정프레임(50)의 제2유출공(52)을 통하여 유출관(16)으로 유출되어 난방 또는 온수 사용에 이용된다.
한편, 제1몸체(10)의 돌출부(17)에 의하여 형성되는 내부 공간(18)과 제2몸체(20)의 돌출부(25)에 의하여 형성되는 내부 공간(26)에 위치하는 물은 제1디스크(30)와 제2디스크(40)의 외측 표면과 마찰을 일으키면서 접촉 회전되어 예열되거나 가열된 물의 온도를 유지시키기 기능을 한다.
상기와 같이 가온된 물은 난방에 사용되거나 온수로 배출되고, 나머지 물은 순환펌프에 의하여 다시 시스템으로 순환 공급된다.
도 1은 본 발명에 따른 난방 및 온수 공급용 열에너지 생성 시스템의 개략적인 사시도이고,
도 2는 본 발명에 따른 난방 및 온수 공급용 열에너지 생성 시스템의 요부 일부 절결 분리사시도이며,
도 3은 도 2는 본 발명에 따른 난방 및 온수 공급용 열에너지 생성 시스템의 요부 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1. 난방 및 온수 공급용 열에너지 생성 시스템
10. 제1몸체 20. 제2몸체
30. 제1디스크 40. 제2디스크
50. 환형 고정프레임 60. 모터

Claims (6)

  1. 제2몸체(20)와 대향되게 볼트로 체결 결합되는 제1몸체(10); 제1몸체(10)와 대향되게 볼트로 체결 결합되는 제2몸체(20); 제1몸체(10)와 제2몸체(20)의 결합시 단턱(19, 28)에 의하여 형성되는 요홈에 안치되는 환형 고정프레임(50); 제2몸체(20)와 연결축(41)으로 연결되고 회전축(61)과 키(35)에 의하여 축 연결구성되는 제1디스크(30); 회전축(61)과 키(35)에 의하여 축 연결구성되는 제2디스크(40); 및 제2몸체(20)의 축공(27)을 통하여 제1디스크(30)와 제2디스크(40)이 회전축(61)에 연결되어 회전되도록 하는 모터(60)로 구성됨을 특징으로 하는 난방 및 온수 공급용 열에너지 생성 시스템(1).
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제1몸체(10)는 결합면(12)에 요홈(13)이 형성되어 있고, 요홈(13) 좌,우측에는 격벽(14)을 구비하고 상측에 외부의 냉수 유입관(2)과 연결 구성되는 유입관(15)이 연결구성되고, 하측에 외부의 온수 유출관(3)과 연결구성되는 유출관(16)이 구비된 프랜지부(11)를 갖고, 돌출부(17)의 내부는 공간(18)이 형성되도록 하고, 플랜지부(11)와 돌출부(17)의 내측 연결부위에 단턱(19)이 형성된 것을 특징으로 하는 난방 및 온수 공급용 열에너지 생성 시스템(1).
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 제2몸체(20)는 제1몸체(10)와 대칭되는 구조를 갖되 유입관과 유출관을 구비하지 않고, 중앙에 축공(27)이 형성되어 있으며, 회전축(61)이 삽설되어 있는 것을 특징으로 하는 난방 및 온수 공급용 열에너지 생성 시스템(1).
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 환형 고정프레임(50)은 유입관(15)으로부터 유입된 냉수가 제1몸체(10)의 돌출부(17) 내부 공간(18)으로 유입되도록 하는 제1유입공(51)과 제1디스크(30)와 제2디스크(40) 사이에서 가열된 온수가 제2몸체(10)의 돌출부(25) 내부 공간(26)으로부터 유출관(16)으로 유출되도록 하는 제2유출공(52)이 형성된 것을 특징으로 하는 난방 및 온수 공급용 열에너지 생성 시스템(1).
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 제1디스크(30)는 제1몸체(10)의 돌출부(17) 내부 공간(18)으로부터 냉수가 제1디스크(30)와 제2디스크(40) 사이로 유입되도록 형성된 제2유입공(31)을 구비하고, 내면에 다수개의 반구형 요홈(32)이 형성되어 있으며, 제2디스크(40)의 연결축(41)이 삽설되도록 형성된 연결축 삽설공(33) 및 회전축(61)이 삽설되도록 형성된 회전축 삽설공(34)이 형성된 것을 특징으로 하는 난방 및 온수 공급용 열에너지 생성 시스템(1).
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 제2디스크(40)는 제1디스크(30)와 제2디스크(40) 사이의 온수가 제2몸체(20)의 돌출부(25) 내부 공간(26)으로 유출되도록 하는 제1유출공(42)이 형성되고, 제1디스크(30)과 축 연결되도록 하는 연결축(41)이 형성되며, 내면에 다수개의 반구형 요홈(43)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 난방 및 온수 공급용 열에너지 생성 시스템(1).
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