KR20170079924A - 보일러의 폐열을 이용한 하이브리드 열 회수형 환기 시스템 - Google Patents

보일러의 폐열을 이용한 하이브리드 열 회수형 환기 시스템 Download PDF

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Abstract

보일러의 폐열을 이용한 하이브리드 열 회수형 환기 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 보일러의 폐열을 이용한 하이브리드 열 회수형 환기 시스템은 보일러의 가동 시 발생하는 고온의 폐열을 실외로 배출하는 보일러 연도를 감싸는 형태로 배치되고, 일측에 연통 형성된 실외 연도를 통해 유입된 실외의 외기를 상기 폐열을 가열 열원으로 이용하여 가열하고, 상기 가열된 외기를 타측에 연통 형성된 열교환 연도를 통해 배출하는 열교환기; 및 일측에 연통 형성된 상기 열교환 연도를 통해 상기 열교환기로부터 배출된 상기 가열된 외기를 전달받고, 타측에 연통 형성된 실내 연도를 통해 상기 가열된 외기를 실내로 전달하는 환기장치를 포함한다.

Description

보일러의 폐열을 이용한 하이브리드 열 회수형 환기 시스템{HEAT RECOVERY TYPE VENTILATION SYSTEM USING WASTE HEAT OF BOILER}
본 발명의 일 실시예는 보일러 또는 화석연료로 인하여 발생하는 폐열을 이용하여 실외에서 들어오는 공기를 데우는 방식으로 폐열을 회수하는 열교환 장치인 이른바 이코노마이저를 활용하는 보일러의 폐열을 이용한 하이브리드 열 회수형 환기 시스템에 관한 것이다.
환기 시스템은 '다중이용시설 등의 실내공기질 관리법', '주택법' 및 '학교보건법' 등을 통해 각 정부부처별로 실내 공기 질과 관련하여 권고기준 및 유지관리기준을 꾸준히 강화해 옴에 따라 현재는 의무설치로 되어있다.
따라서 공공시설뿐만 아니라 민간시설에 대해서도 실내공기질 관리 대상이 확대되고 최근 아파트와 주상복합아파트, 학교 등 100세대 이상 다중이용시설에의 환기장치 설치가 법규로 의무화되면서 실내공기질 관리 대상이 확대됨으로써 밀폐된 공간에서 실내와 외부 공기의 열교환을 통해 냉난방 에너지 손실을 최소화하면서도 공기를 정화할 수 있고, 이산화탄소의 발생을 최소로 할 수 있는 에너지 절약형 첨단 환기장치의 필요성이 절실하다.
관련 선행기술로는 대한민국 공개특허공보 특2001-0036855호(발명의 명칭: 3차원 그물구조의 다공성 구리를 이용한 보일러 열교환기 및 그 제조방법, 공개일자: 2001. 05. 07)가 있다.
본 발명의 일 실시예의 목적은 보일러 등에서 발생하는 폐열을 이용하여 실외에서 유입되는 공기를 데우는 방법으로 폐열을 회수할 수 있는 열교환기 즉, 이코노마이저를 활용하는 보일러의 폐열을 이용한 하이브리드 열 회수형 환기 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 보일러의 폐열을 이용한 하이브리드 열 회수형 환기 시스템은 보일러의 가동 시 발생하는 고온의 폐열을 실외로 배출하는 보일러 연도를 감싸는 형태로 배치되고, 일측에 연통 형성된 실외 연도를 통해 유입된 실외의 외기를 상기 폐열을 가열 열원으로 이용하여 가열하고, 상기 가열된 외기를 타측에 연통 형성된 열교환 연도를 통해 배출하는 열교환기; 및 일측에 연통 형성된 상기 열교환 연도를 통해 상기 열교환기로부터 배출된 상기 가열된 외기를 전달받고, 타측에 연통 형성된 실내 연도를 통해 상기 가열된 외기를 실내로 전달하는 환기장치를 포함한다.
상기 열교환기는 내면이 유리섬유, 석고계, 유리면 및 암면 중 적어도 하나를 포함하는 보온재로 마감되는 것을 특징으로 한다.
상기 열교환기는 상기 실외 연도의 연결을 유도하는 실외 연도 유도부 및 상기 열교환 연도의 연결을 유도하는 열교환 연도 유도부를 포함한다.
상기 열교환기는 상기 보일러 연도와 접촉하는 적어도 하나의 방열 핀을 포함하고, 상기 방열 핀은 구리 또는 알루미늄 중 적어도 하나로 구성된다.
상기 열교환기는 상기 실내 연도를 통해 유입된 실내의 내기를 상기 환기장치 및 배출 연도를 순차적으로 거쳐 실외로 배출하는 것을 특징으로 한다.
상기 환기장치는 회전 방향에 기초하여 상기 열교환기 내부의 공기의 이동 방향을 유도하는 팬을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 환기장치는 상기 열교환기와 상기 배출연도의 연결 부위 및 상기 열교환기와 상기 열교환 연도의 연결 부위 각각에 마개를 더 포함하고, 상기 팬의 회전 방향에 기초하여 상기 마개가 선택적으로 열리거나 닫히도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 환기장치는 축열식 열교환 방식으로 열을 교환하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 보일러 등 화석 연료를 사용하는 전열 장치에서 발생하는 폐열을 이용하여, 실외에서 유입되는 공기를 가열하여 실내로 유입함으로써 경제적이고 효율적인 열 회수형 환기 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보일러의 폐열을 이용한 하이브리드 열 회수형 환기 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열교환기를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 보일러의 폐열을 이용한 하이브리드 열 회수형 환기 시스템을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 보일러의 폐열을 이용한 하이브리드 열 회수형 환기 시스템을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 보일러의 폐열을 이용한 하이브리드 열 회수형 환기 시스템을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 마개를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수개의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수개의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수개의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 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 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보일러의 폐열을 이용한 하이브리드 열 회수형 환기 시스템을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 열 회수형 환기 시스템(100)은 열교환기(110), 환기장치(120), 보일러(130), 보일러 연도(140), 열교환 연도(150), 실내 연도(160) 및 실외 연도(170)을 포함할 수 있다.
열교환기(110)는 보일러(130)의 가동 시 발생하는 고온의 폐열을 실외로 배출하는 보일러 연도(140)를 감싸는 형태로 배치되고, 일측에 연통 형성된 실외 연도(170)를 통해 유입된 실외의 외기를, 폐열을 가열 열원으로 이용하여 가열하고, 가열된 외기를 타측에 연통 형성된 열교환 연도(150)를 통해 배출한다.
즉, 열교환기(110)는 고온의 폐열과 비교적 차가운 온도의 실외의 외기의 열을 교환하는 역할을 수행한다.
다시 말해서, 본 발명의 일 실시예에 따른 열 회수형 환기 시스템(100)은 보일러(130)에서 물을 가열하고 발생하는 고온의 수증기가 갖는 폐열을 이용하여 겨울철 실내로 유입되는 차가운 공기를 가열하는데 활용함으로써 에너지 활용성을 높일 수 있다.
여기서 보일러(130)는 보일러(130)뿐만 아니라 용광로를 비롯하여 폐열이 발생할 수 있는 모든 장치가 해당될 수 있다.
또한 보일러 연도(140)는 보일러에서 발생되는 수증기를 실외로 배출하는 연도가 사용될 수 있다.
열교환기(110)는 열교환의 효율성을 위하여 내면이 유리섬유, 석고계, 유리면 및 암면 중 적어도 하나를 포함하는 보온재로 마감될 수 있다.
열교환기(110)의 구체적인 구조에 대해서는 도 2 및 도 3을 참조하여 후술한다.
환기장치(120)는 일측에 연통 형성된 열교환 연도(150)를 통해 열교환기(110)로부터 배출된 가열된 외기를 전달받고, 타측에 연통 형성된 실내 연도(160)를 통해 가열된 외기를 실내로 전달한다.
환기장치(120)는 축열식 열교환 방식이 사용될 수 있다.
축열식 열교환 방식은 고체의 축열제를 사용하기에 본 발명의 일 실시예처럼 고온의 폐열을 사용하는 열 회수형 환기 시스템(100)에서 활용하기에 적합한 방식이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기를 도시한 도면이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기의 사시도를 도시한 도면이다.
도 2a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기(110)는 실외 연도(170)의 연결을 유도하는 실외 연도 유도부(112) 및 열교환 연도(150)의 연결을 유도하는 열교환 연도 유도부(114)를 포함한다.
실외 연도 유도부(112) 및 열교환 연도 유도부(114)는 각각 실외 연도(170) 및 열교환 연도(150)를 열교환기(110)에 고정적으로 연결되어 실외의 외기 및 가열된 외기가 외부로 새지 않고 안정적으로 흐를 수 있도록 위치를 고정하는 역할을 수행한다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기의 예상 실시도를 도시하고 있다.
도 2b를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기(110)는 내부로 보일러 연도(140)를 감싸는 형태 즉, 보일러 연도(140)가 관통하는 형태를 나타낼 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열교환기를 도시한 도면이다.
도3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 열교환기(110)는 보일러 연도(140)와 접촉하며 구리 또는 알루미늄 중 적어도 하나로 구성되는 적어도 하나의 방열 핀(116)을 포함할 수 있다.
여기서 방열 핀(116)은 보일러 연도(140)에서 발생하는 고온의 열을 보다 효율적으로 실외의 공기에게 전달하기 위하여 활용되는 핀으로서, 은, 구리, 알루미늄, 철 등 열전도도가 높은 물질이 사용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 보일러의 폐열을 이용한 하이브리드 열 회수형 환기 시스템을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 열 회수형 환기 시스템(100)은 열교환기(110)가 실내 연도(160)를 통해 유입된 실내의 내기를 환기장치(120)를 통하여 전달받아 배출 연도(180)를 이용하여 실외로 전달하는 것을 특징으로 한다.
가열된 외기가 실내에 유입된 후 실내의 내기가 되고, 실내의 내기는 다시 배출되어야 하는데, 실내의 내기는 열교환기(110)를 통과하면서 열을 교환할 필요가 없다. 오히려 열교환기(110)를 통과하여 실외의 외기와 섞이는 경우에는 오히려 열교환 효율이 나빠질 수 있기에 실내의 내기와 실외외 외기가 섞이지 않도록 별도의 통로를 이용하여 배출시킴으로써 열교환 효율을 높일 수 있다.
배출 연도(180)는 실내의 내기를 열교환기(110)를 통과하지 않고 실외로 배출함으로써 열교환기(110)의 열교환 효율을 높이는 역할을 수행한다.
더 나아가, 또 다른 실시예에 따른 열 회수형 환기 시스템(100)은 회전 방향에 기초하여 열교환기(110) 내부의 공기의 이동 방향을 유도하는 팬(152, 182)을 포함할 수 있다.
팬(152, 182)을 더 포함하는 실시예에 따른 열 회수형 환기 시스템(100)은 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 보일러의 폐열을 이용한 하이브리드 열 회수형 환기 시스템을 도시한 도면이다.
팬(152, 182)은 열교환 연도(150)와 환기장치(120)의 중간에 설치되는 열교환 팬(152) 및 환기장치(120)와 배출 연도(180)의 중간에 설치되는 배출 팬(182)으로 적어도 두 군대에 설치되거나(도 5a), 열교환 연도(150)와 배출 연도(180)가 결합되는 부위에 하나가 설치(도 5b)될 수 있다.
도 5a를 참조하면, 열교환 팬(152)과 배출 팬(182)은 서로 반대되는 방향으로 돌아가거나, 두 개의 팬 중 하나가 돌아갈 때 다른 하나의 팬은 회전하지 않을 수 있다.
도 5b는 환기 팬(122)이 하나만 사용되는 실시예인데, 환기 팬(122)이 하나만 사용되는 실시예에서는 후술하는 도 6b와 같이 마개(154, 184)를 사용하여 효율적으로 활용할 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 보일러의 폐열을 이용한 하이브리드 열 회수형 환기 시스템을 도시한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 팬 및 마개가 장착된 실시예를 도시하고 있다.
도 6a를 참조하면, 열 회수형 환기 시스템(100)은 열교환 팬(152)과 배출 팬(182) 각각에 마개(154, 184)를 포함하고, 각각의 팬의 회전 방향에 기초하여 마개가 선택적으로 열리거나 닫히는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 실외의 외기가 유입되는 경우, 열교환 팬(152)은 실외의 외기가 환기장치(120)로 유입되는 방향으로 회전하고, 배출 마개(184)는 닫힘으로써, 열교환 연도(150)로 유입된 공기가 바로 배출 연도(180)로 배출되는 것을 막을 수 있다.
또한, 실내의 내기가 환기장치(120)를 이용하여 배출 연도(180)로 배출되는 경우, 배출 팬(182)은 실내의 내기가 환기장치(120)에서 배출되는 방향으로 회전하고, 열교환 마개(154)는 닫힘으로써, 배출 연도(180)로 유입된 공기가 바로 열교환 연도(150)로 배출되는 것을 막을 수 있다.
도 6b를 참조하면, 환기 팬(122)이 하나만 사용되고, 환기 팬(122)은 실외의 외기가 유입되는 경우와 실내의 내기가 배출되는 경우에 따라 각각 다른 방향으로 회전할 수 있고, 환기 팬(122)의 회전 방향에 따라 각각의 마개(154, 184)가 각각 다르게 작동될 수 있다.
더 구체적으로, 실외의 외기가 유입되는 경우, 환기 팬(122)은 실외의 외기가 환기장치(120)로 유입되는 방향으로 회전하고, 배출 마개(184)는 닫히게 된다.
또한, 실내의 내기가 배출되는 경우에는, 환기 팬(122)은 실내의 내기가 환기장치(120)로부터 배출되는 방향으로 회전하고, 열교환 마개(154)는 닫히게 된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 다른 마개를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 열 교환 마개(154) 또는 배출 마개(184)는 복수의 날개(710)를 포함할 수 있고, 상기 날개(710)가 움직임으로써 열고 닫히는 역할을 수행할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 열 회수형 환기 시스템 110 : 열교환기
112 : 실외 연도 유도부 114 : 열교환 연도 유도부
116 : 방열핀 120 : 환기장치
122 : 환기 팬 130 : 보일러
140 : 보일러 연도 150: 열교환 연도
152 : 열교환 팬 154 : 열교환 마개
160 : 실내 연도 170 : 실외 연도
180 : 배출연도 182 : 배출 팬
184 : 배출 마개 710 : 날개

Claims (8)

  1. 보일러의 가동 시 발생하는 고온의 폐열을 실외로 배출하는 보일러 연도를 감싸는 형태로 배치되고, 일측에 연통 형성된 실외 연도를 통해 유입된 실외의 외기를 상기 폐열을 가열 열원으로 이용하여 가열하고, 상기 가열된 외기를 타측에 연통 형성된 열교환 연도를 통해 배출하는 열교환기; 및
    일측에 연통 형성된 상기 열교환 연도를 통해 상기 열교환기로부터 배출된 상기 가열된 외기를 전달받고, 타측에 연통 형성된 실내 연도를 통해 상기 가열된 외기를 실내로 전달하는 환기장치
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러의 폐열을 이용한 하이브리드 열 회수형 환기 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열교환기는
    내면이 유리섬유, 석고계, 유리면 및 암면 중 적어도 하나를 포함하는 보온재로 마감되는 것을 특징으로 하는 보일러의 폐열을 이용한 하이브리드 열 회수형 환기 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열교환기는
    상기 실외 연도의 연결을 유도하는 실외 연도 유도부 및 상기 열교환 연도의 연결을 유도하는 열교환 연도 유도부를 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러의 폐열을 이용한 하이브리드 열 회수형 환기 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열교환기는
    상기 보일러 연도와 접촉하는 적어도 하나의 방열 핀을 포함하고, 상기 방열 핀은 구리 또는 알루미늄 중 적어도 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 보일러의 폐열을 이용한 하이브리드 열 회수형 환기 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열교환기는
    상기 실내 연도를 통해 유입된 실내의 내기를 상기 환기장치 및 배출 연도를 순차적으로 거쳐 실외로 배출하는 것을 특징으로 하는 보일러의 폐열을 이용한 하이브리드 열 회수형 환기 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 환기장치는
    회전 방향에 기초하여 상기 열교환기 내부의 공기의 이동 방향을 유도하는 팬을 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러의 폐열을 이용한 하이브리드 열 회수형 환기 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 환기장치는
    상기 열교환기와 상기 배출연도의 연결 부위 및 상기 열교환기와 상기 열교환 연도의 연결 부위 각각에 마개를 더 포함하고,
    상기 팬의 회전 방향에 기초하여 상기 마개가 선택적으로 열리거나 닫히도록 제어하는 것을 특징으로 하는 보일러의 폐열을 이용한 하이브리드 열 회수형 환기 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 환기장치는
    축열식 열교환 방식으로 열을 교환하는 것을 특징으로 하는 보일러의 폐열을 이용한 하이브리드 열 회수형 환기 시스템.

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