KR20150043830A - Apparatus for Withdrawing the Exhaust Heat of a Boiler using Thermo-syphon - Google Patents

Apparatus for Withdrawing the Exhaust Heat of a Boiler using Thermo-syphon

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KR20150043830A
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Abstract

An apparatus for recovering exhaust heat of a boiler using thermo-siphon is provided. The apparatus for recovering exhaust heat of a boiler using thermo-siphon comprises: a control valve which distributes high temperature and pressure coolant to a first branch line or a second branch line, wherein the coolant is discharged from a four-way valve converting a movement direction of coolant discharged from a compressor compressing the coolant; a first heat exchanger which releases heat so that the high temperature and pressure coolant selectively supplied through the first branch line is heat-exchanged with supplied water supplied from a water supply tank storing the predetermined amount of water and is heated; a second heat exchanger which releases heat so that the high temperature and pressure coolant selectively supplied through the second branch line is heat-exchanged with external air; a third heat exchanger which is connected with the third branch line having a first expanding valve expanding the coolant discharged from the first heat exchanger and is connected with the fourth branch line having a second expanding valve expanding the coolant discharged from the second heat exchanger so that the expanded coolant absorbs heat from the external air and is evaporated, and discharges the evaporated coolant to the compressor; and a defrost unit which includes an exhaust pipe discharging and guiding exhaust gas so that the exhaust gas discharged from the boiler is heat-exchanged with the third heat-exchanger and provides a heat source to remove frozen moisture generated when coolant is evaporated in the third heat exchanger.

Description

서멀사이폰을 이용한 보일러의 배기열 회수장치{Apparatus for Withdrawing the Exhaust Heat of a Boiler using Thermo-syphon }BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an apparatus for recovering exhaust heat of a boiler using a thermal siphon,

본 발명은 보일러의 배기열을 회수하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세히는 보일러의 가동운전시 외부로 배기되는 고온의 배기가스를 회수하고 회수된 배기열에서 증발되는 작동유체의 열원을 증발형 열교환기에 흡열용 열원으로 재활용함으로써 히트펌프의 열교환 효율을 높이고, 제상용 히터를 추가로 구비하거나 냉매순환사이클을 역으로 운전하거나 하는 복잡한 제상시스템의 필요없이 동절기에 무동력으로 증발형 열교환기에서의 착상을 근본적으로 방지하거나 지연시킬 수 있는 서멀사이폰을 이용한 보일러의 배기열 회수장치에 관한 것이다.
The present invention relates to an apparatus for recovering exhaust heat of a boiler, and more particularly to an apparatus for recovering exhaust heat of a high temperature exhausted to the outside during a running operation of a boiler and a heat source of a working fluid evaporated in the recovered exhaust heat, The heat exchange efficiency of the heat pump is increased by recycling the heat pump as a heat source, and there is no need for a complicated defrosting system in which a defrost heater is additionally provided or the refrigerant circulation cycle is reversely operated, thereby fundamentally preventing frost formation in the evaporative heat exchanger And more particularly, to an apparatus for recovering exhaust heat of a boiler using a thermal siphon.

일반적으로 건물이나 가정의 난방을 위해서 설치되는 보일러로부터 배출되는 고온 배기가스의 폐열을 회수하는 시스템은 부식성의 고온 보일러 배기가스의 폐열회수를 위하여 직접접촉식 응축열회수장치를 사용한다.Generally, a system for recovering the waste heat of a high temperature exhaust gas discharged from a boiler installed for heating a building or a home uses a direct contact type condensation heat recovery apparatus for recovering waste heat of a corrosive high temperature boiler exhaust gas.

여기서 보일러 배기가스 폐열회수를 위한 직접접촉식 응축형 열교환기의 경우, 보일러 배기가스가 열교환기를 통과하면서 물과 직접접촉하면서 전열되는데, 직접접촉식 응축열회수장치의 일종인 물유동층 열교환기의 경우, 전열관 배열이 물유동층 내에 위치하여 저온부식의 문제를 해결할 수 있었다. Here, in the case of a direct contact type condensing heat exchanger for recovering the waste heat of the boiler exhaust gas, the boiler exhaust gas is directly contacted with water while passing through the heat exchanger, and the heat is transferred. In the case of the water fluidized bed heat exchanger, The arrangement of the heat transfer tubes is located in the fluidized bed of water, so that the problem of low temperature corrosion can be solved.

대한민국 특허공개 10-2012-0112902호(2012.10.12)에는 보일러 급수탱크에 저장된 보일러에 공급되는 급수를 보일러 배기가스의 폐열을 회수하기 위한 직접접촉식 응축형 열교환기를 사용하여 1차로 가열하고, 직접접촉식 응축형 열교환기로 1차로 가열된 보일러 급수를 히트펌프장치에 의해 2차로 한번 더 승온하여, 고온의 급수를 보일러에 공급하는 히트펌프를 이용한 보일러의 배기가스 폐열 회수시스템이 개시되어 있다. Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2012-0112902 (Oct. 12, 2012) discloses a method in which a feed water supplied to a boiler stored in a boiler feed tank is firstly heated using a direct contact type condensate heat exchanger for recovering waste heat of a boiler exhaust gas, There is disclosed a waste heat recovery system for a boiler using a heat pump which firstly heats boiler feed water heated by a contact type condensing heat exchanger by a heat pump device once more by supplying heat to the boiler.

이러한 보일러에 채용되는 히트펌프는 냉매를 압축하는 압축기, 냉매의 순환방향을 전환하는 사방밸브, 고온고압의 냉매가 열을 방출하는 응축기 및 응축기로부터 배출되는 냉매를 팽창시키는 팽창밸브, 냉매가 주위로부터 열을 공급받아 증발하는 증발기로 이루어짐으로써 냉매(고압,저압)가 주변에 있는 열원을 흡수하고, 흡수된 열원을 공기나 물의 온도를 올리는 에너지로 사용하는 것으로, 주로 공기열, 지열, 폐열, 폐수열, 하천수열, 해수열 등 일정온도를 가지고 있는 열원을 그대로 채취하거나, 열교환기를 통하여 온도를 채취하여 이를 에너지로 활용하게 된다.The heat pump employed in such a boiler includes a compressor for compressing the refrigerant, a four-way valve for switching the circulation direction of the refrigerant, a condenser for discharging the heat of the high temperature and high pressure refrigerant, and an expansion valve for expanding the refrigerant discharged from the condenser, (High pressure, low pressure) absorbs the surrounding heat source and uses the absorbed heat source as energy for raising the temperature of the air or the water, and is mainly used for the air heat, the geothermal heat, the waste heat, The heat source having a certain temperature such as river heat and seawater heat is taken as it is, or the temperature is taken through the heat exchanger and utilized as energy.

그러나, 새로운 하이드로이드 보일러 시스템으로 구현하기 위해서 보일러와 통합되는 히트펌프는 동절기에서 외기온도가 낮아질 경우 필요한 난방용량은 증가하지만 히트펌프의 난방용량이 줄어들게 되어서 별도의 난방장치가 추가로 필요하게 되어 에너지효율이 낮아지게 되고, 외기온도가 낮아지는 경우 실외에 설치되는 증발기의 코일에 착상을 촉진시켜 제상 사이클이 자주 반복되어 난방용량과 COP(Coefficient of performance)를 저하시키는 한편, 액냉매와 윤활유의 혼합으로 히트펌프의 파손 가능성을 높게 하기 때문에 가정용 히트펌프 보급 활성화에 가장 큰 문제점이다.
However, the heat pump integrated with the boiler to implement the new hydroid boiler system increases the heating capacity required when the outdoor temperature is lowered in the winter season, but the heating capacity of the heat pump is reduced, The efficiency is lowered. When the outside air temperature is lowered, the defrosting cycle is frequently repeated by promoting the impregnation on the coil of the evaporator installed outside, thereby reducing the heating capacity and the COP (Coefficient of performance) Which increases the possibility of breakage of the heat pump, it is the biggest problem to activate the heat pump for home use.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은보일러의 가동운전시 외부로 배기되는 고온의 배기가스를 회수하고 회수된 배기열에서 증발되는 작동유체의 열원을 증발형 열교환기에 흡열용 열원으로 재활용함으로써 히트펌프의 열교환 효율을 높이고, 제상용 히터를 추가로 구비하거나 냉매순환사이클을 역으로 운전하거나 하는 복잡한 제상시스템의 필요없이 동절기에 무동력으로 증발형 열교환기에서의 착상을 근본적으로 방지하거나 지연시킬 수 있는 서멀사이폰을 이용한 보일러의 배기열 회수장치를 제공하고자 한다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide an evaporative heat exchanger which recovers hot exhaust gas exhausted to the outside during a running operation of a boiler, The heat exchange efficiency of the heat pump is increased by recycling the heat pump as a heat source, and there is no need for a complicated defrosting system in which a defrost heater is additionally provided or the refrigerant circulation cycle is reversely operated, thereby fundamentally preventing frost formation in the evaporative heat exchanger And to provide a device for recovering exhaust heat of a boiler using a thermal siphon which can delay or delay the operation of the boiler.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not restrictive of the invention, unless further departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It will be possible.

상기한 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서 본 발명은, 보일러로부터 배출되는 배기가스의 배기열을 회수하는 장치에 있어서, 냉매를 압축하는 압축기로부터 토출되는 냉매의 진행방향을 전환시키는 사방전환밸브로부터 배출되는 고온고압의 냉매를 제1분기라인 또는 제2분기라인으로 분기하는 제어변 ; 상기 제1분기라인을 통해 선택적으로 공급되는 고온고압의 냉매가 외부로부터 공급되는 급수와 열교환되어 가열하도록 열방출하는 제1열교환기 ; 상기 제2분기라인을 통해 선택적으로 공급되는 고온고압의 냉매가 외기와 열교환되도록 열방출하는 제2열교환기 ; 상기 제1열교환기로부터 배출되는 냉매를 팽창시키는 제1팽창밸브를 갖는 제3분기라인과 연결되고, 상기 제2열교환기로부터 배출되는 냉매를 팽창시키는 제2팽창밸브를 갖는 제4분기라인과 연결되어 팽창된 냉매가 외기로부터 열을 흡수하여 증발되고, 증발된 냉매를 상기 압축기로 배출하는 제3열교환기; 및 상기 보일러로부터 배출되는 배기가스와의 열교환시 증발되고, 상기 제3교환기와의 열교환시 응축되는 작동유체가 일방향으로 순환되는 순환라인과 연결되는 서멀사이폰을 상기 배기가스가 배출되는 배기관에 갖추어 상기 제3열교환기에서의 냉매증발시 발생하는 수분응결을 방지하는 열원을 제공하는 제상부 ; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 서멀사이폰을 이용한 보일러의 배기열 회수장치를 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention provides an apparatus for recovering exhaust heat of an exhaust gas discharged from a boiler, the apparatus comprising: A control valve for branching the high-temperature and high-pressure refrigerant to the first branch line or the second branch line; A first heat exchanger to heat and cool the high-temperature and high-pressure refrigerant selectively supplied through the first branch line to heat-exchange with heat supplied from the outside; A second heat exchanger for heating and discharging the high-temperature high-pressure refrigerant selectively supplied through the second branch line to heat exchange with the outside air; And a fourth branch line connected to a third branch line having a first expansion valve for expanding the refrigerant discharged from the first heat exchanger and having a second expansion valve for expanding the refrigerant discharged from the second heat exchanger A third heat exchanger for expanding the refrigerant to absorb heat from the outside air to be evaporated, and discharging the evaporated refrigerant to the compressor; And a thermal siphon which is evaporated during heat exchange with the exhaust gas discharged from the boiler and is connected to a circulation line in which a working fluid that is condensed when heat exchange with the third exchanger is circulated in one direction is provided in an exhaust pipe through which the exhaust gas is discharged An upper portion for providing a heat source for preventing condensation of water generated during evaporation of the refrigerant in the third heat exchanger; And an exhaust heat recovery device for the boiler using the thermal siphon.

바람직하게, 상기 제1열교환기는 외부로부터 물이 공급되는 급수라인을 매개로 연결되고, 온수라인을 매개로 하여 보일러, 바닥난방용 튜브 또는 온수탱크 중 어느 하나와 연결된다. Preferably, the first heat exchanger is connected to a boiler, a floor heating tube, or a hot water tank via a hot water line through a water supply line to which water is supplied from the outside.

더욱 바람직하게, 상기 온수라인은 상기 보일러 또는 바닥난방용 튜브측으로 온수를 선택적으로 공급할 수 있도록 삼방변을 매개로 하여 상기 보일러와 일단이 연결되는 제1분기온수라인과, 상기 바닥난방용 튜브와 일단이 연결되는 제2분기온수라인과 결합된다. More preferably, the hot water line includes a first branching hot water line connected to the boiler at one end via three sides to selectively supply hot water to the boiler or the bottom tube for heating, The second branch hot water line.

더욱 바람직하게, 상기 온수라인은 길이중간에 구비되는 다른 삼방변을 매개로 하여 온수를 저장할 수 있도록 온수탱크와 연결된다. More preferably, the hot water line is connected to the hot water tank so as to store the hot water through the other three sides provided in the middle of the length.

바람직하게, 상기 서멀 사이폰은 상기 보일러에서 연소된 배기가스를 배출하는 배출관의 외부면에 내주면이 면접하여 구비되고, 일정량의 작동유체가 채워지는 중공원통형 관체로 이루어진다. Preferably, the thermal siphon is formed of a hollow cylindrical tube having an inner circumferential surface on an outer surface of a discharge pipe for discharging combustion exhaust gas from the boiler and filled with a predetermined amount of working fluid.

더욱 바람직하게, 상기 중공원통형 관체의 상단은 증발된 기체상의 작동유체가 유입되는 순환라인의 일단과 연결되고, 상기 중공원통형 관체의 상단은 응축된 액체상의 작동유체가 유출되는 순환라인의 타단과 연결된다. More preferably, the upper end of the hollow cylindrical tubular body is connected to one end of a circulating line through which the working fluid on the evaporated gas flows, and the upper end of the hollow cylindrical tubular body is connected to the other end of the circulating line through which the condensed liquid working fluid flows do.

바람직하게, 상기 서멀사이폰은 상기 제3열교환기에서 액체상으로 상변화된 작동유체의 순환공급이 원활하게 이루어지도록 상기 제3열교환기의 설치위치보다 상대적으로 낮은 위치에 배치된다. Preferably, the thermal siphon is disposed at a position relatively lower than the installation position of the third heat exchanger so that the circulating supply of the working fluid, which is phase-changed from the third heat exchanger to the liquid phase, is smoothly performed.

바람직하게, 상기 제3열교환기의 후단에는 상기 서멀사이폰으로 재순환공급되는 작동유체와 상기 제3열교환기의 내부로 공급되는 냉매가 서로 열교환되어 냉매를 승온시키는 보조열교환기를 추가 포함한다. Preferably, an auxiliary heat exchanger is disposed at a rear end of the third heat exchanger for exchanging heat between the working fluid recirculated to the thermal siphon and the refrigerant supplied to the interior of the third heat exchanger to increase the temperature of the refrigerant.

상기한 바와 같은 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.The present invention as described above has the following effects.

(1) 저온저압의 냉매가 외부로부터 열을 흡수하여 열교환되는 증발형 제3열교환기를 통과하도록 연결되는 순환라인에 보일러의 배기가스에 의해서 증발된 작동유체가 순환공급됨으로써, 증발된 작동유체가 제3열교환기와 열교환되어 응축되는 과정에서 제3열교환기에 흡열원을 제공하기 때문에 히트펌프의 구동시 열효율을 향상시킬 수 있다. (1) The working fluid evaporated by the exhaust gas of the boiler is circulated and supplied to the circulation line connected to the low-temperature and low-pressure refrigerant so as to pass through the evaporative third heat exchanger where the refrigerant absorbs heat from the outside and is heat-exchanged, The third heat exchanger is provided with a heat absorbing source in the process of heat exchange with the third heat exchanger to thereby improve the thermal efficiency during driving of the heat pump.

(2) 히트펌프를 구성하는 증발형 열교환기인 제3열교환기에 흡입되는 외기의 온도를 배기가스의 배기열에 증발된 작동유체에 의해서 인위적으로 높일 수 있기 때문에 종래와 같이 빙점이하로 온도가 낮아지는 동절기에 증발형 열교환기에서 수분응결에 기인하는 착상을 제상히터와 같은 추가적인 제상시스템의 필요없이 근본적으로 방지하거나 지연시킬 수 있고, 이로 인하여 히트펌프를 적용한 보일러시스템의 작동효율성을 높일 수 있는 것이다. (2) Since the temperature of the outside air sucked into the third heat exchanger, which is the evaporation type heat exchanger constituting the heat pump, can be artificially raised by the working fluid evaporated in the exhaust heat of the exhaust gas, It is possible to fundamentally prevent or delay the implantation due to moisture condensation in the evaporative heat exchanger without the need for an additional defrost system such as a defrost heater, thereby improving the operating efficiency of the boiler system using the heat pump.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 서멀사이폰을 이용한 보일러의 배기열 회수장치에서 냉매가 히트펌프의 제1열교환기와 제3열교환기를 통하여 운전되는 상태를 도시한 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 서멀사이폰을 이용한 보일러의 배기열 회수장치에서 냉매가 히프펌프의 제2열교환기와 제3열교환기를 통하여 운전되는 상태를 도시한 전체 구성도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 서멀사이폰을 이용한 보일러의 배기열 회수장치에 채용되는 순환라인이 제3열교환기에 설치된 상태도이다.
FIG. 1 is a general view showing a state in which refrigerant is operated through a first heat exchanger and a third heat exchanger of a heat pump in an exhaust heat recovery apparatus of a boiler using a thermal siphon according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a general view showing a state where refrigerant is operated through a second heat exchanger and a third heat exchanger of a heat pump in an exhaust heat recovery apparatus of a boiler using a thermal siphon according to a preferred embodiment of the present invention.
3 is a state in which a circulation line employed in an apparatus for recovering exhaust heat of a boiler using a thermal siphon according to a preferred embodiment of the present invention is installed in a third heat exchanger.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 구조 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may obscure the subject matter of the present invention.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.The same reference numerals are used for portions having similar functions and functions throughout the drawings.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In addition, in the entire specification, when a part is referred to as being 'connected' to another part, it may be referred to as 'indirectly connected' not only with 'directly connected' . Also, to include an element does not exclude other elements unless specifically stated otherwise, but may also include other elements.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 서멀사이폰을 이용한 보일러의 배기열 회수장치(100)는 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 난방 및 급탕을 위한 보일러의 가동시 연소 후 외부로 배출되는 배기가스의 배기열을 열원으로 하여 보일러의 열효율을 위해 구비되는 히트펌프에서 동절기에 빈번하게 발생하는 수분응결을 제거하거나 지연시킬 수 있도록 제어변(101), 제1열교환기(110), 제2열교환기(120), 제3열교환기(130) 및 제상부(140)를 포함한다. As shown in FIGS. 1 to 3, an exhaust heat recovery apparatus 100 for a boiler using a thermal siphon according to a preferred embodiment of the present invention includes an exhaust gas heat exchanger The first heat exchanger 110, the second heat exchanger 110, the second heat exchanger 110, the second heat exchanger 110, and the second heat exchanger 110. The first heat exchanger 110, the second heat exchanger 110, 120, a third heat exchanger 130, and a top 140.

상기 제어변(101)은 냉매를 압축하는 압축기(102)로부터 토출되는 냉매의 진행방향을 정방향 또는 역방향으로 전환시키는 사방전환밸브(103)와 연결되는 제1냉매라인(151)과, 상기 제1,2열교환기(110,120)와 연결되는 제1,2냉매분기라인(111,121)사이에 구비되는 냉매유로전환용 밸브부재이다.The control side 101 includes a first refrigerant line 151 connected to the four-way switching valve 103 for switching the traveling direction of the refrigerant discharged from the compressor 102 compressing the refrigerant to the forward direction or the reverse direction, And the first and second refrigerant branch lines (111, 121) connected to the two heat exchangers (110, 120).

여기서, 상기 압축기(102)와 사방전환밸브(103)사이에는 상기 압축기로부터 사방전환밸브측으로 토출되는 고온고압의 냉매에 포함된 이물질을 제거하도록 제2냉매라인(152)의 길이중간에 필터부재(102a)를 구비하고, 상기 사방전환밸브(103)로부터 압축기(102)측으로 토출되는 저온저압의 냉매를 일시 저장하도록 제3냉매라인(153)의 길이중간에 저장조(102b)를 선택적으로 구비할 수 있다. In this case, between the compressor 102 and the four-way switching valve 103, a filter member (not shown) is inserted in the middle of the length of the second refrigerant line 152 so as to remove foreign substances contained in the refrigerant of high temperature and high pressure discharged from the compressor to the four- And a storage tank 102b may be optionally provided in the middle of the third refrigerant line 153 so as to temporarily store low-temperature low-pressure refrigerant discharged from the four-way switching valve 103 to the compressor 102 side have.

이러한 제어변(101)은 상기 사방전환밸브(103)로부터 토출되어 상기 제1냉매라인(151)을 통해 배출되는 고온고압의 냉매를 상기 제1열교환기(110)측으로 안내공급하는 제1분기라인(111)과, 고온고압의 냉매를 상기 제2열교환기(120)측으로 안내공급하는 제2분기라인(121)사이에 배치되어 보일러의 운전조건에 따라 미도시된 제어부의 제어신호에 의해서 고온고압의 냉매를 제1분기라인(111) 또는 제2분기라인(121)으로 선택하여 분기안내하는 것이다.
The control side 101 is connected to a first branch line 103 for guiding and supplying the high-temperature and high-pressure refrigerant discharged from the four-way switching valve 103 through the first refrigerant line 151 to the first heat exchanger 110 side. And a second branch line 121 for guiding and supplying the high-temperature and high-pressure refrigerant to the second heat exchanger 120 side. The control unit 110 controls the high-temperature high-pressure The first branch line 111 or the second branch line 121 and performs branching guidance.

상기 제1열교환기(110)는 상기 제1분기라인(111)을 통해 선택적으로 공급되는 고온고압의 냉매가 외부로부터 공급되거나 일정량의 물이 저장된 급수탱크로부터 공급되는 급수와 열교환되어 급수된 물을 가열하도록 열방출하는 응축형 열교환기이다. The first heat exchanger 110 exchanges heat with water supplied from an external supply source or a water supply tank through which a predetermined amount of water is stored, It is a condensed heat exchanger that emits heat to heat.

외부로부터 급수가 안내공급되는 급수라인(2a)은 제1열교환기(110)와 연결되는바, 이러한 제1열교환기(110)의 내부를 통과하면서 일정온도로 가열된 온수는 온수라인(2b)을 통하여 보일러(1)로 공급되거나 바닥난방용 튜브(3)측으로 선택적으로 공급되거나 온수탱크(2)에 저장될 수 있다. The hot water heated to a predetermined temperature while passing through the inside of the first heat exchanger 110 is supplied to the hot water line 2b through the first heat exchanger 110, Or may be selectively supplied to the bottom heating tube 3 side or stored in the hot water tank 2.

상기 온수라인(2b)은 상기 보일러 또는 바닥난방용 튜브(3)측으로 온수를 선택적으로 공급할 수 있도록 삼방변(4a)을 매개로 하여 상기 보일러(1)와 일단이 연결되는 제1분기온수라인(1a)과, 상기 바닥난방용 튜브(3)와 일단이 연결되는 제2분기온수라인(3a)과 각각 연결될 수 있다.  The hot water line 2b is connected to the boiler 1 via a three-way side 4a so as to selectively supply hot water to the boiler or the floor heating tube 3, And a second branch hot water line 3a connected at one end to the bottom heating tube 3, respectively.

이러한 온수라인(2b)의 길이중간에는 다른 삼방변(4)을 매개로 하여 온수를 일정량 저장하는 온수탱크(2)를 구비할 수 있다. In the middle of the length of the hot water line 2b, a hot water tank 2 for storing a certain amount of hot water through the other three sides 4 may be provided.

여기서, 상기 급수라인(2a)에는 상기 급수탱크(2)에 저장된 물을 제1열교환기(110)측으로 펌핑공급할 수 있도록 펌프부재(5)를 구비하고, 상기 온수라인(2b)에는 열교환후 가열된 온수가 상기 온수탱크, 보일러 또는 바닥난방용 튜브측으로 공급되는 온수유량을 측정할 수 있도록 유량계(6)를 구비하는 것이 바람직하다. The water supply line 2a is provided with a pump member 5 for pumping and supplying water stored in the water supply tank 2 to the first heat exchanger 110. The hot water line 2b is provided with a heat- It is preferable that the flow meter 6 is provided to measure the amount of hot water supplied to the hot water tank, the boiler or the tube for floor heating.

또한, 상기 제어변(101)과 제1열교환기(110)사이를 연결하는 제1분기라인(111)에는 이를 통해 공급되는 고온고압의 냉매를 상기 제1열교환기(110)측으로 안내공급하거나 상기 사방전환밸브(103)측으로 냉매라인을 통해 안내공급할 수 있도록 삼방변(111a)을 구비할 수 있다.
The first branch line 111 connecting between the control valve 101 and the first heat exchanger 110 may be provided with a high-temperature high-pressure refrigerant supplied through the first branch line 111 to the first heat exchanger 110, Three sides 111a may be provided so as to guide and supply the refrigerant through the refrigerant line to the four-way switching valve 103 side.

상기 제2열교환기(120)는 상기 제2분기라인(121)을 통해 선택적으로 공급되는 고온고압의 냉매가 외기와 열교환되어 냉각되도록 열방출하는 응축형 열교환기이다. The second heat exchanger (120) is a condensing heat exchanger that is selectively supplied to the second branch line (121) and is discharged in such a manner that the high temperature and high pressure refrigerant is heat-exchanged with the outside air to be cooled.

이러한 제2열교환기(120)는 제1열교환기와 마찬가지로 고온고압의 냉매가 공급되는 제2분기라인(121)이 통과하는 몸체외부면에 복수개의 방열핀을 구비하는 응축형 열교환기로 구비될 수 있다.
The second heat exchanger 120 may be provided as a condensing heat exchanger having a plurality of radiating fins on the outer surface of the body through which the second branch line 121, to which high-temperature and high-pressure refrigerant is supplied, as well as the first heat exchanger.

상기 제3열교환기(130)는 상기 제1열교환기(110)를 통과하면서 열을 방출하도록 열교환된 후 배출되는 냉매를 팽창시키는 제1팽창밸브(112)와, 일방향으로 흐르는 냉매의 역류를 방지하는 제1역지변(113)을 길이중간에 각각 구비하는 제3분기라인(114)과 연결된다. The third heat exchanger (130) includes a first expansion valve (112) for expanding the refrigerant that is heat-exchanged to discharge heat while passing through the first heat exchanger (110), and a second expansion valve To the third branch line 114, each of which has a first counterflow 113 in the middle of its length.

이와 동시에 상기 제2열교환기(120)를 통과하면서 열을 방출하도록 열교환된 후 배출되는 냉매를 팽창시키는 제2팽창밸브(122)를 구비하는 제4분기라인(124)과 연결되고, 이러한 제4분기라인(124)에도 일방향으로 흐르는 냉매의 역류를 방지할 수 있도록 제2역지변을 길이중간에 구비할 수 있다. And a second expansion valve (122) for expanding the refrigerant discharged from the second heat exchanger (120) while being heat-exchanged to discharge heat. The second expansion valve (122) is connected to the fourth branch line The second line may be provided in the middle of the length of the branch line 124 to prevent the reverse flow of the refrigerant flowing in one direction.

이러한 제3열교환기(130)는 몸체내부에 관통되어 배열배치되는 제3분기라인(114)또는 제4분기라인(124)을 통해 공급되는 팽창된 저온저압의 냉매가 외기로부터 열을 흡수하여 증발되는 증발형 열교환기로 구비될 수 있다. The third heat exchanger (130) is configured such that the expanded low-temperature and low-pressure refrigerant supplied through the third branch line (114) or the fourth branch line (124) arranged to pass through the inside of the body absorbs heat from the outside air, Type heat exchanger.

상기 제3열교환기(130)를 통과하면서 증발된 냉매는 상기 사방전환밸브(103)를 경유하여 상기 압축기(102)측으로 순환공급되는 것이다. The refrigerant evaporated while passing through the third heat exchanger (130) is circulated and supplied to the compressor (102) via the four-way switching valve (103).

상기 제3열교환기(130)는 제1,2열교환기와 마찬가지로 저온고압의 냉매가 공급되는 제3,4분기라인(114,124)이 통과하는 몸체외부면에 복수개의 방열핀(135)을 구비하는 증발형 열교환기로 구비될 수 있다. The third heat exchanger 130 is an evaporation type heat exchanger having a plurality of heat dissipation fins 135 on the outer surface of the body through which the third and fourth branch lines 114 and 124, And may be equipped with a heat exchanger.

또한, 상기 제3열교환기(130)와 사방전환밸브(103)사이를 연결하는 제4냉매라인(154)에는 상기 제3열교환기(130)로부터 배출되는 저온저압의 냉매의 역류를 방지하도록 제3역지변(115)을 구비하는 것이 바람직하다.
The fourth refrigerant line 154 for connecting the third heat exchanger 130 and the four-way switching valve 103 is provided with a second refrigerant line 154 for preventing reverse flow of the low- It is preferable to provide a three-way valve 115.

상기 제상부(140)는 상기 보일러(1)로부터 고온의 배기가스가 배출되는 배기관(1b)에 작동유체가 채워진 서멀사이폰(142)을 구비하여 상기 제3열교환기(130)에서의 냉매증발시 발생하는 수분응결인 착상을 방지하면서 착상을 지연시킬 수 있도록 열원을 제공하는 것이다. The upper part 140 includes a thermal siphon 142 filled with a working fluid in an exhaust pipe 1b through which exhaust gas of a high temperature is discharged from the boiler 1 and the refrigerant evaporated in the third heat exchanger 130 Thereby preventing the implantation of moisture condensation occurring at the time of implantation and delaying the implantation.

이러한 서멀사이폰(142)은 상기 보일러로(1)부터 배기관(1b)을 통해 배출되는 고온의 배기가스와의 열교환시 액체상태로부터 기체상태로 상변화되어 증발되면서 배기열을 흡수하여 가열되고, 상기 제3교환기(130)와의 열교환시에는 기체상태로부터 액체상태로 상변화되어 응축되면서 상기 제3열교환기(130)측으로 열을 전달하여 냉각되는 작동유체가 일방향으로 순환되는 순환라인(141)을 구비한다. The thermal siphon 142 is phase-changed from a liquid state to a gaseous state during heat exchange with a high temperature exhaust gas discharged from the boiler 1 through the exhaust pipe 1b, is evaporated, absorbs exhaust heat and is heated, And a circulation line 141 in which the working fluid is circulated in one direction by transferring heat to the third heat exchanger 130 while being phase-changed from the gas state to the liquid state and being condensed at the time of heat exchange with the third exchanger 130 do.

여기서, 상기 서멀 사이폰(142)은 상기 보일러에서 연소된 배기가스를 배출하는 배기관(1b)의 외부면에 내주면이 면접하여 배치되고, 일정량의 작동유체인 작동유체가 채워지는 중공원통형 관체로 이루어질 수 있다. Here, the thermal siphon 142 may be a hollow cylindrical tube which is disposed on the outer surface of the exhaust pipe 1b for discharging the exhaust gas burned in the boiler, have.

상기 중공원통형 관체의 상단은 증발된 기체상의 작동유체가 유입되는 순환라인(141)의 일단과 연결되고, 상기 중공원통형 관체의 상단은 응축된 액체상의 작동유체가 유출되는 순환라인(141)의 타단과 연결된다. The upper end of the hollow cylindrical tubular body is connected to one end of a circulating line 141 into which the working fluid on the evaporated base is introduced, and the upper end of the hollow cylindrical tubular body is connected to the other end of the circulating line 141 through which the condensed liquid working fluid flows. It is connected to the stage.

즉, 상기 순환라인(141)은 일단과 타단은 상기 배기관(1b)에서 비접촉식으로 열교환되는 작동유체의 증발과 상기 제3교환기(130)에서 열교환되는 작동유체의 응축에 의한 상변화에 맞추어 상기 작동유체의 일방향 순환이 자중에 의해서 원활하게 이루어지도록 상기 서멀사이폰(142)의 상단과 하단에 각각 연결되고, 일정량의 작동유체인 작동유체가 채워지는 밀폐루프형 순환파이프로 이루어지는 것이 바람직하다. That is, one end and the other end of the circulation line 141 are operated in accordance with the phase change due to the evaporation of the working fluid, which is heat-exchanged in a non-contact manner in the exhaust pipe 1b, and the condensation of the working fluid heat-exchanged in the third exchanger 130 And a closed loop circulation pipe connected to the upper and lower ends of the thermal siphon 142 so that one-way circulation of the fluid can be smoothly performed by its own weight, and a certain amount of working fluid is filled in the working fluid.

이에 따라, 보일러의 가동시 발생하는 배기가스의 배기열에 의해서 증발되어 승온된 서멀사이폰(142)의 작동유체가 순환라인(141)을 통하여 제3열교환기(130)를 통과하면서 열교환되어 상변화되어 응축됨으로써, 히트펌프를 구성하는 증발형 열교환기인 제3열교환기(130)에 순환라인(141)을 통하여 상변화되는 작동유체의 열원을 제공하기 때문에, 히트펌프의 구동시 열효율을 향상시킬 수 있고, 히트펌프를 구성하는 증발형 열교환기에 흡입되는 외기의 온도를 인위적으로 높여서 동절기에 증발형 열교환기의 표면에서 발생하는 수분응결에 기인하는 착상이 발생하지 않도록 추가적인 제상시스템의 필요없이 근본적으로 제거하거나 지연시킬 수 있는 것이다. Accordingly, the working fluid of the thermal siphon 142 evaporated by the exhaust heat of the exhaust gas generated when the boiler is operated is heat-exchanged through the third heat exchanger 130 through the circulation line 141, And is condensed to provide a heat source for the working fluid that is phase-changed through the circulation line 141 to the third heat exchanger 130, which is an evaporative heat exchanger constituting the heat pump. Therefore, And the temperature of the outside air sucked into the evaporating heat exchanger constituting the heat pump is artificially raised so that the defrosting heat exchanger is fundamentally removed without needing an additional defrosting system so that congestion due to moisture condensation occurring on the surface of the evaporating heat exchanger does not occur Or delay.

한편, 상기 배기가스의 배기열과 서멀사이폰의 작동유체가 열교환되는 증발영역은 상기 순환라인(141)을 통한 작동유체의 일방향 순환이 원활하게 이루어질 수 있도록 상기 제3열교환기(130)와 순환라인(141)의 작동유체가 열교환되는 응축영역보다 상대적으로 낮은 위치에 구비되는 것이 바람직하다.Meanwhile, the evaporation area where the exhaust heat of the exhaust gas and the working fluid of the thermal siphon are heat-exchanged is circulated through the third heat exchanger 130 and the circulation line 141 so that the one-way circulation of the working fluid through the circulation line 141 can be smoothly performed. It is preferable that the working fluid of the heat exchanger 141 is provided at a relatively lower position than the condensation region where heat exchange is performed.

이러한 경우, 상기 서멀사이폰(142)은 히트펌프를 구성하는 제3열교환기(130)의 설치위치보다 상대적으로 낮은 위치에 배치됨으로써, 상기 제3열교환기(130)에서 열교환되어 액체상으로 응축된 작동유체가 상기 서멀사이폰(142)으로 재순환 공급되는 일련의 순환동작을 자중에 의해서 막힘없이 원활하게 수행할 수 있는 것이다.In this case, the thermal siphon 142 is disposed at a position relatively lower than the installation position of the third heat exchanger 130 constituting the heat pump, so that the thermal siphon 142 is heat-exchanged in the third heat exchanger 130, A series of circulation operations in which the working fluid is recycled to the thermal siphon 142 can be smoothly performed without clogging due to its own weight.

그리고, 상기 서멀사이폰(142)과 제3열교환기(130)사이에 해당하는 순환라인(141)의 길이중간에는 개페밸브(143)를 구비함으로써 상기 제3열교환기에서의 수분응결을 방지하거나 지연시키기 위한 동절기 이외 기간에 작동유체가 불필요하게 순환되는 것을 제어하도록 하는 것이 바람직하다. The throttle valve 143 is provided in the middle of the length of the circulation line 141 between the thermal siphon 142 and the third heat exchanger 130 to prevent condensation in the third heat exchanger It is desirable to control the unnecessary circulation of the working fluid in a period other than the winter season for delaying the operation.

상기 제3열교환기(130)의 후단에는 제1팽창밸브(112) 또는 제2팽창밸브(122)의 개방시 상기 제3열교환기(130)의 내부로 공급되는 냉매와 상기 순환라인(141)을 통해 상기 서멀사이폰(142)으로 재순환공급되는 작동유체가 서로 열교환되어 냉매를 승온시킬 수 있도록 이중관 열교환기 형태의 보조열교환기(140a)를 추가로 구비함으로써 히트펌프의 열효율을 높일 수 있다. The refrigerant supplied to the inside of the third heat exchanger 130 and the refrigerant supplied to the circulation line 141 when the first expansion valve 112 or the second expansion valve 122 is opened are provided at the rear end of the third heat exchanger 130, The auxiliary heat exchanger 140a in the form of a dual pipe heat exchanger is further provided so that the working fluid recirculated to the thermal siphon 142 through the heat exchanger 142 can be heat-exchanged with each other to raise the temperature of the refrigerant.

상기한 본 발명의 특정 실시예와 관련하여 도면을 참조하여 상세히 설명하였지만 본 발명을 이와 같은 특정 구조에 한정하는 것은 아니다. 당업계에서 통상의 지식을 가진 당업자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상을 벗어나지 않고서도 용이하게 수정 또는 변경할 수 있을 것이다. 그러나 이러한 단순한 설계변형 또는 수정사항에 의한 등가물 및 변형물은 모두 명백하게 본 발명의 권리범위 내에 속함을 미리 밝혀둔다.Although the present invention has been described in detail with reference to the specific embodiments of the invention described above, it is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the following claims. It is to be expressly understood, however, that all such equivalents and modifications by such simple design variations or modifications are expressly included within the scope of the present invention.

1 : 보일러
2 : 온수탱크
101 : 제어변
102 : 압축기
103: 사방전환밸브
110 : 제1열교환기
111 : 제1분기라인
114 : 제3분기라인
120 : 제2열교환기
121 : 제2분기라인
124 : 제4분기라인
130 : 제3열교환기
140 : 제상부
141 : 순환라인
142 : 서멀사이폰
143 : 개폐밸브
1: Boiler
2: Hot water tank
101: Control variable
102: compressor
103: Four-way switching valve
110: first heat exchanger
111: First quarter line
114: Third quarter line
120: second heat exchanger
121: Second quarter line
124: Fourth quarter line
130: third heat exchanger
140:
141: circulation line
142: Thermal siphon
143: opening / closing valve

Claims (8)

보일러로부터 배출되는 배기가스의 배기열을 회수하는 장치에 있어서,
냉매를 압축하는 압축기로부터 토출되는 냉매의 진행방향을 전환시키는 사방전환밸브로부터 배출되는 고온고압의 냉매를 제1분기라인 또는 제2분기라인으로 분기하는 제어변 ;
상기 제1분기라인을 통해 선택적으로 공급되는 고온고압의 냉매가 외부로부터 공급되는 급수와 열교환되어 가열하도록 열방출하는 제1열교환기 ;
상기 제2분기라인을 통해 선택적으로 공급되는 고온고압의 냉매가 외기와 열교환되도록 열방출하는 제2열교환기 ;
상기 제1열교환기로부터 배출되는 냉매를 팽창시키는 제1팽창밸브를 갖는 제3분기라인과 연결되고, 상기 제2열교환기로부터 배출되는 냉매를 팽창시키는 제2팽창밸브를 갖는 제4분기라인과 연결되어 팽창된 냉매가 외기로부터 열을 흡수하여 증발되고, 증발된 냉매를 상기 압축기로 배출하는 제3열교환기; 및
상기 보일러로부터 배출되는 배기가스와의 열교환시 증발되고, 상기 제3교환기와의 열교환시 응축되는 작동유체가 일방향으로 순환되는 순환라인과 연결되는 서멀사이폰을 상기 배기가스가 배출되는 배기관에 갖추어 상기 제3열교환기에서의 냉매증발시 발생하는 수분응결을 방지하는 열원을 제공하는 제상부 ; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 서멀사이폰을 이용한 보일러의 배기열 회수장치.
An apparatus for recovering exhaust heat of an exhaust gas discharged from a boiler,
A control valve for branching the high-temperature and high-pressure refrigerant discharged from the four-way switching valve for switching the traveling direction of the refrigerant discharged from the compressor compressing the refrigerant to the first branch line or the second branch line;
A first heat exchanger to heat and cool the high-temperature and high-pressure refrigerant selectively supplied through the first branch line to heat-exchange with heat supplied from the outside;
A second heat exchanger for heating and discharging the high-temperature high-pressure refrigerant selectively supplied through the second branch line to heat exchange with the outside air;
And a fourth branch line connected to a third branch line having a first expansion valve for expanding the refrigerant discharged from the first heat exchanger and having a second expansion valve for expanding the refrigerant discharged from the second heat exchanger A third heat exchanger for expanding the refrigerant to absorb heat from the outside air to be evaporated, and discharging the evaporated refrigerant to the compressor; And
A thermal siphon which is evaporated during heat exchange with the exhaust gas discharged from the boiler and connected to a circulation line in which a working fluid to be condensed when heat exchange with the third exchanger is circulated in one direction is provided in an exhaust pipe through which the exhaust gas is discharged, An upper portion for providing a heat source for preventing condensation of water generated during evaporation of refrigerant in the third heat exchanger; And an exhaust heat recovering device for recovering exhaust heat of the boiler using the thermal siphon.
제1항에 있어서,
상기 서멀 사이폰은 상기 보일러에서 연소된 배기가스를 배출하는 배출관의 외부면에 내주면이 면접하여 구비되고, 일정량의 작동유체가 채워지는 중공원통형 관체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 서멀사이폰을 이용한 보일러의 배기열 회수장치.
The method according to claim 1,
Wherein the thermal siphon is made of a hollow cylindrical tube having an inner circumferential surface that is in contact with an outer surface of a discharge pipe for discharging the exhaust gas from the boiler and is filled with a predetermined amount of working fluid. Exhaust heat recovery device.
제2항에 있어서,
상기 중공원통형 관체의 상단은 증발된 기체상의 작동유체가 유입되는 순환라인의 일단과 연결되고, 상기 중공원통형 관체의 상단은 응축된 액체상의 작동유체가 유출되는 순환라인의 타단과 연결되는 것을 특징으로 하는 서멀사이폰을 이용한 보일러의 배기열 회수장치.
3. The method of claim 2,
The upper end of the hollow cylindrical tubular body is connected to one end of a circulating line through which the working fluid on the evaporated gas flows. The upper end of the hollow cylindrical tubular body is connected to the other end of the circulating line through which the working fluid in the condensed liquid flows out. Heat recovery device for boiler using thermal siphon.
제1항에 있어서,
상기 서멀사이폰은 상기 제3열교환기에서 액체상으로 상변화된 작동유체의 순환공급이 원활하게 이루어지도록 상기 제3열교환기의 설치위치보다 상대적으로 낮은 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 서멀사이폰을 이용한 보일러의 배기열 회수장치.
The method according to claim 1,
Wherein the thermal siphon is disposed at a position relatively lower than an installation position of the third heat exchanger so as to smoothly supply circulation of the working fluid that is phase-changed from the third heat exchanger to the liquid phase. Exhaust heat recovery system of boiler.
제1항에 있어서,
상기 제1열교환기는 외부로부터 물이 공급되는 급수라인을 매개로 연결되고, 온수라인을 매개로 하여 보일러, 바닥난방용 튜브 또는 온수탱크 중 어느 하나와 연결되는 것을 특징으로 하는 서멀사이폰을 이용한 보일러의 배기열 회수장치.
The method according to claim 1,
Wherein the first heat exchanger is connected to one of a boiler, a floor heating tube, and a hot water tank via a hot water line through a water supply line to which water is supplied from the outside, Exhaust heat recovery device.
제5항에 있어서,
상기 온수라인은 상기 보일러 또는 바닥난방용 튜브측으로 온수를 선택적으로 공급할 수 있도록 삼방변을 매개로 하여 상기 보일러와 일단이 연결되는 제1분기온수라인과, 상기 바닥난방용 튜브와 일단이 연결되는 제2분기온수라인과 결합되는 것을 특징으로 하는 서멀사이폰을 이용한 보일러의 배기열 회수장치.
6. The method of claim 5,
The hot water line may include a first branching hot water line connected to the boiler at one end via three sides so as to selectively supply hot water to the boiler or the bottom tube for heating the floor, And the hot water line is connected to the hot water line.
제5항에 있어서,
상기 온수라인은 길이중간에 구비되는 다른 삼방변을 매개로 하여 온수를 저장할 수 있도록 온수탱크와 연결되는 것을 특징으로 하는 서멀사이폰을 이용한 보일러의 배기열 회수장치.
6. The method of claim 5,
Wherein the hot water line is connected to the hot water tank so as to store hot water through other three sides provided in the middle of the length.
제1항에 있어서,
상기 제3열교환기의 후단에는 상기 서멀사이폰으로 재순환공급되는 작동유체와 상기 제3열교환기의 내부로 공급되는 냉매가 서로 열교환되어 냉매를 승온시키는 보조열교환기를 추가 포함하는 것을 특징으로 하는 서멀사이폰을 이용한 보일러의 배기열 회수장치.
The method according to claim 1,
Further comprising an auxiliary heat exchanger disposed at a rear end of the third heat exchanger for exchanging heat between the working fluid recirculated to the thermal siphon and the refrigerant supplied to the interior of the third heat exchanger to increase the temperature of the refrigerant. Exhaust heat recovery system of boiler using.
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