KR20200109568A - 응축수 탱크의 배출 수증기를 이용한 온수가열시스템 - Google Patents

응축수 탱크의 배출 수증기를 이용한 온수가열시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 산업용 보일러의 난방 시스템에 있어서의 응축수 탱크로부터 배출되는 수증기를 회수하여 재 사용하는 것에 의해 보일러의 효율을 한층 높일 수 있는 응축수 탱크의 배출 수증기를 이용한 온수가열시스템에 관한 것이다.
본 발명은, 보일러와, 이 보일러의 가동에 의해 생성되는 저온의 응축수를 공급받아 수용하기 위한 응축수 탱크와, 이 응축수 탱크로부터 이송되는 응축수를 고온으로 상승시키기 위한 열교환기와, 이 열교환기로부터 온도가 상승된 고온의 응축수를 받아 수용함과 동시에 온도가 떨어진 저온의 응축수를 다시 열교환기 측으로 순환 공급하는 온수탱크를 구비하여 이루어지며, 상기 열교환기 및 응축수 탱크를 포함한 온수탱크의 각 이송라인에는 제1 내지 제5밸브 및 제1, 제2펌프가 결속되어 유량을 제어함과 동시에 고온 및 저온의 응축수가 순환 공급되도록 구성한 것이다.
이에 따라, 보일러 급수로 사용한 후에 외부로 배출되는 수증기의 10％ 이상이 공중으로 배출되던 것에서 탈피하여 효율을 거의 95∼97％까지 상승시킬 수 있으며, 전반적인 가동비용을 줄일 수 있음은 물론 설비 자체가 간단하여 활용도를 크게 높일 수 있기 때문에 보다 경제적인 효과를 발휘할 수 있는 것이다.

Description

응축수 탱크의 배출 수증기를 이용한 온수가열시스템 {Water heating system using exhaust vapor of condensate tank}
본 발명은 산업용 보일러의 난방 시스템에 있어서의 응축수 탱크로부터 배출되는 수증기를 회수하여 재 사용하는 것에 의해 보일러의 효율을 한층 높일 수 있는 응축수 탱크의 배출 수증기를 이용한 온수가열시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 각종 산업현장이나 대형 건물에서의 중앙공급식 냉.난방시스템, 아파트 난방공급, 목용탕 등에 적용되어 사용되는 보일러의 난방시스템은 가동시에 사용되는 전력과 연료를 최대한 절감함과 동시에 열효율을 증대시키기 위한 기술개발이 활발하게 행해지고 있다.
이를 위해, 보일러의 가동에 의해 순환되는 온수의 폐열을 이용하여 보일러의 가동에 필요한 연료소비를 낮추면서 보일러의 성능 및 난방효율을 높혀 활용할 수 있도록 하고 있다.
통상적으로, 대형 건물 등에 적용되는 보일러는 일반 가정용 보일러와 달리 사용하는 난방을 구분 및 관리를 편하게 하기 위하여 온수보일러와 증기보일러로 나뉘어져 설비되어 있는데, 난방에 필요한 온수를 얻기까지 실온의 온수를 저장탱크로부터 일정 이상의 온도에 도달하기 전까지 순환시키기 위해서는 보일러의 가동에 많은 연료가 소비된다는 문제가 지적되고 있다.
또한, 이와 같은 보일러의 가동에 따라 얻어지는 온수는 난방수로 사용된 후에 보일러로 급수되며, 응축수 탱크에서 생성되는 폐증기의 경우 보일러의 보조 온수를 가열하여 보일러에만 사용을 행하게 되고, 응축수 탱크에서 발생되는 수증기는 외부로 배출하고 있는 실정이다.
예컨대, 대형 세탁업소에서 다량의 젖은 세탁물을 처리하기 위해서는 대개 고온의 열기가 공급되는 챔버(Chamber) 내로 세탁물을 통과시키면서 건조시킨 후 다음 공정으로 세탁물을 이송하게 된다.
이 때, 건조과정에서 사용된 고온의 열기는 세탁물의 건조시에 발생하는 가스로 오염된 상태에서 챔버에 연결된 배기구를 통해 외부로 배출되고, 다시 신선한 공기를 연속적으로 건조기 내로 유입되도록 구성됨에 따라 세탁물을 건조하는 과정에서 고온의 배기가스와 함께 상당한 열량이 그대로 방출된다.
따라서, 재생 가능한 연료를 낭비하는 결과를 초래하게 됨은 물론 환경 오염을 유발시키는 요인이 된다.
통상의 세탁용 건조설비와 관련하여 국내 공개특허 제2009-0085425호 및 제2010-0135149호, 제2015-0025071호 등의 공보에는 세탁물을 건조하는 과정에서 발생하는 폐열을 회수하여 재 활용할 수 있는 장치에 대해 기재되어 있다.
그러나, 유기용제 회수기를 적용하는 경우에는 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기 등으로 구성되는 복잡한 냉동 싸이클을 이용하는 방식이므로, 설비 자체가 복잡하게 구성됨은 물론 고장 발생율이 높고, 단순히 폐열을 이용하여 건조에 필요한 열원으로 사용할 경우 활용도가 크게 떨어진다는 문제를 내포하고 있다.
또한, 등록특허 제0653197호 공보에는 배기가스가 보유한 열을 흡수하여 높은 온도로 예열할 수 있도록 열 교환기가 설치된 하우징 내로 찬 공기를 공급하여 1차 및 2차에 걸쳐 순환시켜 예열함으로써 높은 열효율을 제공할 수 있도록 한 폐열 회수장치에 대해 개시되어 있다.
그러나, 이러한 장치는 폐열이 배출되면서 열 교환이 이루어진 후 폐열과 오염된 가스에 의해 발생하는 슬러지를 처리하기 위해 건조기 자체를 정지시킨 후 작업자가 일일이 수작업에 의존하여 청소를 행해야 하기 때문에 작업시간 오래 걸리고 불필요한 인력을 낭비하게 되는 문제를 내포하고 있다.
공개특허 제1991-0020392호(1991.12.20 공개) - 고열의 수증기를 이용한 전기식 난방용 보일러. 공개특허 제2002-0030765호(2002.04.25 공개) - 수증기 보일러. 공개특허 제2015-0025071호(2015.03.10 공개) - 폐열회수장치가 구비된 건조기. 등록특허 제0653197호(2006.11.27 등록) - 폐열회수장치.
본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 응축수 탱크에서 배출되는 수증기를 회수하여 상부와 하부의 차이가 나는 온도를 평균 80∼90℃로 유지할 수 있는 동시에 저압 수증기를 이용하여 기존의 온수탱크를 가열시킬 수 있도록 함에 따라 보일러의 효율을 크게 향상시킬 수 있는 응축수 탱크의 배출 수증기를 이용한 온수가열시스템을 제공하는데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 보일러와, 이 보일러의 가동에 의해 생성되는 저온의 응축수를 공급받아 수용하기 위한 응축수 탱크와, 이 응축수 탱크로부터 이송되는 응축수를 고온으로 상승시키기 위한 열교환기와, 이 열교환기로부터 온도가 상승된 고온의 응축수를 받아 수용함과 동시에 온도가 떨어진 저온의 응축수를 다시 열교환기 측으로 순환 공급하는 온수탱크를 구비하여 이루어지며, 상기 열교환기 및 응축수 탱크를 포함한 온수탱크의 각 이송라인에는 제1 내지 제5밸브 및 제1, 제2펌프가 결속되어 유량을 제어함과 동시에 고온 및 저온의 응축수가 순환 공급되도록 구성한 것이다.
또한, 상기 보일러로부터 공급되는 응축수는 제1 및 제2밸브의 가동에 의해 응축수 탱크를 거쳐 열교환기 측으로 유입되거나 또는 열교환기 측으로 직접 유입되도록 구성되며, 상기 응축수 탱크의 내부 온도가 80∼90℃로 유지되도록 구성할 수 있다.
또, 상기 열교환기 및 온수탱크 내에서의 응축수는 저류량에 따라 제1 및 제2 펌프의 ON/OFF 가동에 의해 조절되도록 구성할 수 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 특징들에 의해, 보일러 급수로 사용한 후에 외부로 배출되는 수증기의 10％ 이상이 공중으로 배출되던 것에서 탈피하여 수증기를 회수하여 재 사용함으로써 보일러의 효율을 거의 95∼97％까지 상승시킬 수 있는 장점을 가지게 된다.
더구나, 전반적인 가동비용을 줄일 수 있음은 물론 설비 자체가 간단하여 활용도를 크게 높일 수 있기 때문에 보다 경제적인 효과를 발휘할 수 있는 것이다.
도 1은 종래의 온수 및 증기보일러의 난방시스템 구성을 개략적으로 나타낸 블럭 흐름도,
도 2는 본 발명에 따른 응축수 탱크의 배출 수증기를 이용한 온수가열시스템을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하지만, 이들이 갖는 특정 구조 및 기능은 하나의 구성예를 나타낸 것이므로 본 명세서에 기재된 실시예에만 한정되는 것은 아니다.
우선, 본 발명이 적용되는 바람직한 예로서의 종래기술에 대하여 상세히 설명하고, 또한 이에 따른 문제점을 도출한 후에 본 발명의 구성 및 작용효과에 대하여 후술하고자 한다.
첨부된 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 온수 및 증기보일러의 설비에 따른 운전시스템을 살펴보면, 온수보일러(1)는 초기 실온으로 급수되는 물을 물탱크(2)에 저장하게 되고, 물탱크(2)로부터의 온수는 열교환기(3)를 통해 온수탱크(4)에 저장되면서 온수보일러(1) 측으로 유입되어 보일러의 가동에 따른 온수를 제공할 수 있도록 구성된다.
또, 온수사용에 따라 배수되는 온수는 폐열 제공으로 다시 폐열회수기(5)로 환원되도록 한 다음, 이 폐열회수기(5)로부터 열교환기(3)에 의한 열 전이작용에 따라 온도가 물탱크(2)로부터 공급되면서 온수의 온도를 10℃ 정도로 상승시켜 열교환기(3)를 통과하게 된다.
이어서, 상기 열교환기(3)를 통과한 온수는 다시 온수탱크(4)에 공급되도록 하여 온수보일러(1)의 가동으로 인해 온수를 효율적으로 사용할 수 있게 된다.
또한, 증기보일러(6)의 경우에는 증기보일러(6)로부터 가열되는 스팀을 별도로 구비되는 열교환기(7)를 통해 실내 난방과정을 거치게 되고, 실내 난방에 따라 공급라인 측에서 발생되는 응축수는 트랩(8a)에서 별도로 저장하여 배출시키게 되며, 난방수는 응축수 탱크(9)에 저장된다.
상기 응축수 탱크(9)에 저장된 응축수는 자연적으로 일정 수위까지 상승하면 오버 플로우 처리된다.
또, 상기 증기보일러(6)의 가동으로 얻어지는 온수는 사우나에 필요한 스팀을 발생시킬 수 있으며, 공급라인 관로 측에서 발생되는 응축수는 트랩(8b)을 거쳐 응축수 탱크(9)에 유입된다.
상기 응축수 탱크(9)에 저장된 상온의 온수는 다시 증기보일러(6) 측으로 환원되고, 사우나에 필요한 스팀 사용에 따라 응축수 탱크(9)에는 외부로부터 실온의 급수가 제공될 수 있다.
상기 증기보일러(6)의 가동에 따라 실내난방 또는 사우나를 거치는 온수공급라인에서 발생하는 스케일(scale)은 적어도 주 1회 제거하여야 하기 때문에 상기 응축수 탱크(9)에 구비된 드레인밸브 측으로 배출되는 난방시스템을 제공할 수 있게 된다.
그런데, 상기 응축수 탱크에 모여 보일러 측으로 환원되는 온수는 특히 목욕탕에 적용되는 보일러의 경우, 그 응축수의 양이 저조하여 응축수 탱크로부터의 상온의 응축수는 그대로 자연스럽게 오버플로우시키거나 혹은 보일러 관리자가 인위적으로 배출시키게 하는데, 통상 실온의 급수를 증기보일러에 급수시키기 때문에 응축수를 그대로 방치해두는 일이 발생한다.
이 때문에 응축수는 보일러 시스템 설비 주변에 습한 온도를 만들어 보일러 관리자의 건강을 해치는 요인이 되고, 보통 보일러가 설치된 장소의 환경을 열악하게 만드는 단점이 있다.
또한, 상기 종래의 온수 및 증기보일러는 각각 개별적인 난방시스템으로 가동되는 것이기 때문에 그 운영에 따른 각각의 많은 연료와 전기소모량을 감당해야만 한다는 문제가 있다.
한편, 첨부된 도 2는 본 발명에 따른 응축수 탱크의 배출 수증기를 이용한 온수가열시스템을 설명하기 위한 도면이다.
이 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명은 보일러(10)와, 이 보일러(10)의 가동에 의해 생성되는 저온의 응축수를 공급받아 수용하기 위한 응축수 탱크(20)와, 이 응축수 탱크(20)로부터 이송되는 응축수를 고온으로 상승시키기 위한 열교환기(30)와, 이 열교환기(30)로부터 온도가 상승된 고온의 응축수를 받아 수용함과 동시에 온도가 떨어진 저온의 응축수를 다시 열교환기 측으로 순환 공급하는 온수탱크(40)로 이루어져 있다.
상기 보일러(10)의 경우, 주지하는 바와 같이 물에 열을 가해서 증기를 발생시키는 장치이다. 그 주요부는 연료 연소장치 및 노(爐)·물 및 증기를 포용하는 강철로 된 용기로 이루어지며, 그 밖에 증기온도를 올리는 과열기(過熱器)와 재열기(再熱器) 또는 연소용 공기를 데우는 예열기 등의 부속 장치가 있다.
보일러(10)에 있어서의 가장 중요한 요소는 연료 연소에 의해 생긴 열이 허비되지 않도록 물과 증기로 전달하는 것이지만, 연소형식이라든가 전열면(傳熱面)의 형태 등에 따라 달라지며, 또 고압의 증기를 발생시키기 때문에 재료강도·내열성·안전성 면에서 문제가 생길 수 있다.
상기 응축수 탱크(20)는 보일러(10)에서 생성되는 응축수를 회수하여 수용한다. 이에 따라 보일러(10)로부터 저류되는 응축수 탱크(20)의 내부에 있어서의 상측 온도는 80∼90℃이고, 하측 온도는 40∼50℃로 유지되는 것이 보통이다.
또한, 보일러(10)에서 제공되는 응축수는 공급라인에 설치된 제1 및 제2밸브(11A,11B)의 가동에 의해 응축수 탱크(20)를 거쳐 열교환기(30) 측으로 유입되거나 또는 열교환기(30) 측으로 직접 유입되도록 구성할 수 있다.
즉, 평상시에는 제1밸브(11A)가 닫히고 제2밸브(11B)가 열린 상태를 유지함에 따라 보일러(10)로부터의 응축수는 응축수 탱크(20)에 저류되지만, 예기치 못한 응축수 탱크(20)의 고장 발생시에는 제2밸브(11B)가 닫히게 되고 제1밸브(11A)가 열림으로써 밸브(11E)를 거쳐 열교환기(20) 측으로 직접 응축수를 공급할 수 있는 것이다.
상기 열교환기(30)는 각종 가열장치나 공기조절기, 냉동장치 등에 사용되고 있으며, 보일러·증발기·과열기·응축기·냉각기 등을 모두 포함할 수 있다.
통상적으로, 열교환기(30)는 동축으로 배열된 2개의 관으로 구성됨과 동시에 2가지 액체에 대한 각각의 입구와 출구가 있다. 저온의 유체는 내관을 통해 흐르고 고온의 유체는 내관과 외관 사이에 있는 환상(環狀)의 공간을 통해 같은 방향으로 흐르게 되고, 그 안에서의 열은 내관의 벽을 통해 저온의 유체로 전달된다.
대용량의 열교환기(30)는 관들의 다발을 이용하여 두 유체 중의 한쪽 유체가 흐르고, 관들은 외각틀에 싸여 있는 동시에 그 사이의 공간으로 다른 유체가 흐르게 된다.
또한, 상기 열교환기(30) 측의 각 이송라인에는 제3 내지 제5밸브(11C∼11E)가 설치되어 유량을 조절함과 동시에 고온 및 저온의 응축수가 순환 공급되며, 제1펌프(31)의 ON/OFF 가동시에 고온으로 재 가열된 응축수를 밸브(11C)를 통해 응축수 탱크(20) 측으로 공급할 수 있다.
이에 따라, 열교환기(30)로부터 제공되는 고온의 응축수에 의해 응축수 탱크(20)의 내부는 전체적으로 80∼90℃로 항시 유지할 수 있게 된다.
상기 온수탱크(40)에 있어서는 내부 온도가 떨어지는 경우 저온의 물을 다시 열교환기(30) 측으로 순환 공급하여 온도를 상승시키게 된다.
또, 상기 온수탱크(40) 내에서의 물은 공급측 및 배출측에 각각 설치된 밸브(41A∼41C)에 의해 유량을 조절할 수 있게 되며, 제2펌프(42)가 자동으로 ON/OFF 가동됨에 따라 저온의 물을 열교환기(30) 측으로 이송시켜 재 가열한 후 다시 공급받을 수 있는 것이다.
이러한 구성에 의해, 제1펌프(21)가 작동하게 되면 열교환기(30)로부터 고온의 수증기가 밸브(11C)를 거쳐 응축수 탱크(20)로 이송되고, 이 응축수 탱크(20)로부터 저온의 수증기는 밸브(11D)를 통해 열교환기(30) 측으로 이송되어 재 가열된다.
또한, 상기 온수탱크(40)의 경우에는 열교환기(30)로부터 소정 온도로 가열된 물이 이송되고, 저온의 물은 제2펌프(42)의 가동에 의해 열교환기(30)로 다시 이송되어 재 가열되는 것으로, 이러한 일련의 과정은 각종 센서에 의한 자동화 시스템을 구축하여 구성할 수 있는 것이므로 이에 대한 상세 설명은 생략한다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 응축수 탱크의 배출 수증기를 이용한 온수가열시스템에 의하면, 보일러 급수로 사용한 후에 외부로 배출되는 수증기의 10％ 이상이 공중으로 배출되던 것에서 탈피하여 수증기를 회수하여 재 사용함으로써 보일러의 효율을 거의 95∼97％까지 상승시킬 수 있는 장점을 가지게 된다.
더구나, 전반적인 가동비용을 줄일 수 있음은 물론 설비 자체가 간단하여 활용도를 크게 높일 수 있기 때문에 보다 경제적인 효과를 발휘할 수 있는 것이다.
이상에서와 같은 기술적 구성에 의해 본 발명의 기술적 과제가 달성되는 것이며, 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나 여기에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능한 것임은 물론이다.
10: 보일러 11A∼11E: 밸브
20: 응축수 탱크 30: 열교환기
31: 제1펌프 40: 온수탱크
41A∼41C: 밸브 42: 제2펌프

Claims (3)

  1. 보일러(10)와, 이 보일러의 가동에 의해 생성되는 저온의 응축수를 공급받아 수용하기 위한 응축수 탱크(20)와, 이 응축수 탱크로부터 이송되는 응축수를 고온으로 상승시키기 위한 열교환기(30)와, 이 열교환기로부터 온도가 상승된 고온의 응축수를 받아 수용함과 동시에 온도가 떨어진 저온의 응축수를 다시 열교환기 측으로 순환 공급하는 온수탱크(40)를 구비하여 이루어지며,
    상기 응축수 탱크(20) 및 열교환기(30)를 포함한 온수탱크(40)의 각 이송라인에는 제1 내지 제5밸브(11A∼11E) 및 제1, 제2펌프(31,42)가 결속되어 유량을 제어함과 동시에 고온 및 저온의 응축수가 순환 공급되도록 구성한 것을 특징으로 하는 응축수 탱크의 배출 수증기를 이용한 온수가열시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보일러(10)로부터 공급되는 응축수는 제1 및 제2밸브(11A,11B)의 가동에 의해 응축수 탱크(20)를 거쳐 열교환기 측으로 유입되거나 또는 열교환기(30) 측으로 직접 유입되도록 구성되며, 이 응축수 탱크의 내부 온도가 80∼90℃로 유지되도록 구성한 것을 특징으로 하는 응축수 탱크의 배출 수증기를 이용한 온수가열시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 열교환기(30) 및 온수탱크(40) 내에서의 응축수는 저류량에 따라 제1 및 제2펌프(31,42)의 ON/OFF 가동에 의해 조절되도록 구성한 것을 특징으로 하는 응축수 탱크의 배출 수증기를 이용한 온수가열시스템.
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KR910020392A (ko) 1990-05-15 1991-12-20 정준화 고열의 수증기를 이용한 전기식 난방용 보일러
KR20020030765A (ko) 2002-03-29 2002-04-25 최현식 수증기 보일러
KR100653197B1 (ko) 2005-11-04 2006-12-04 삼정보일러공업(주) 폐열회수장치
KR20150025071A (ko) 2013-08-28 2015-03-10 김남훈 폐열회수장치가 구비된 건조기

Patent Citations (4)

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