KR101764736B1 - 난방기의 폐열 회수장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 난방기의 폐열회수장치는 내부에 공간부가 마련된 본체와; 상기 본체의 내부에 설치되어 연료가 연소되는 연소실과, 상기 연소실과 연통되어 발생된 열을 외부로부터 유입되는 공기와 열교환시키기 위한 열교환부와, 연소된 연소가스를 외부로 배출할 수 있도록 관부재로 이루어진 배출부를 포함하는 열발생유닛과; 내부 또는 외기와 열교환부 사이에 열교환이 이루어진 후 실내로 공급될 수 있도록 통로를 형성하며 내기 또는 외기의 송풍을 위한 송풍기들이 마련된 열교환매체 송풍유닛과; 상기 배출부와 송풍기로의 외기 또는 내기의 공기유입부 사이에 설치되어 배출부를 통하여 배출되는 배출가스와의 공기 유입부로 유입되는 내기 또는 외기 사이에 열교환이 이루어질 수 있도록 하는 폐열회수유닛을 구비하며,
상기 폐기열회수유닛은 배출부와 연결되며 상기 송풍의 공기 유입구측에 위치되는 열교환관과, 상기 열교환관의 외주면에 방사상으로 설치되며 상기 송풍기의 공기 유입방향과 나란하게 설치되는 방열휜과, 상기 열교환관의 내부로부터 연장되어 방열핀의 외주면에 밀착되는 스트립상의 히트파이프를 구비한다.

Description

난방기의 폐열 회수장치{Waste heat recovery apparatus}

본 발명은 폐열회수장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 난방기 즉 농업용 난방기의 배출부를 통하여 배출되는 폐열을 회수할 있는 난방기의 폐열 회수장치에 관한 것이다.

일반적으로 계절이나 기후의 조건에 관계없이 사시사철 각종 채소나 원예작물등의 재배를 가능하게 하는 비닐하우스나 온실에는 내부온도를 작물의 생육에 적합한 온도로 조절하거나 유지할 수 있도록 난방을 위한 난방기 즉, 온풍기, 보일러 등이 설치된다.

상기 난방기는 사용되는 연료의 종류에 따라 가스, 기름, 연탄, 석탄 펠렛을 이용하는 것으로 나눌 수 있다. 이중 기름을 이용한 난방기는 다른 연료에 비해 높은 연소효율을 가지는 장점이 있는 반면 고유가로 인한 유지비 상승과 이에 따른 재배원가의 상승을 가져온다는 문제점으로 인하여 점차 사용이 줄고 있다.

상기 연탄, 석탄, 펠렛을 이용한 난방기는 기름보일러에 비해 유지비가 적게 든다는 장점으로 인하여 대부분의 농가에서 사용되고 있는 설비중의 하나임에는 분명하나, 기름보일러에 비해 발열량이 낮아 넓은 면적을 가지는 비닐하우스나 온실의 내부온도를 효율적으로 유지시킬 수 없다는 문제점이 있다.

상술한 바와 같은 문제점들을 감안하여 온실 또는 비닐 하우스과 같은 재배시설에 사용되는 난방기 또는 각종 보일러들은 난방효율을 향상시키거나 배기관을 통하여 배출되는 폐열을 회수하기 위한 연구개발이 이루어지고 있으며, 또한 개발된 장치는 일부 난방기에 적용되고 있다.

대한미국 특허등록 제 0601212호에는 히트파이프가 내설된 폐열회수 환기장치가 게시되어 있다. 게시된 폐열회수 환기장치는 몸체의 중앙에 열교환기가 구비되고 격막에 의해 환기부, 급기부, 폐기부 및 유입부로 각각 구획되어 이루어진 것으로, 상기 폐기부와 유입부를 가로질러 히트파이프가 설치되고, 상기 폐기부에서 폐기되는 공기와 유입부에서 유입되는 공기의 온도차에 의해 상기 히트파이프의 작동유체가 증발 및 응축하면서 발생되는 열에너지를 이용하여 상기 열교환기 쪽으로유입되는 공기의 온도를 변화시키도록 된 기술적 구성이 게시되어 있다.

이러한 종래의 폐열회수장치는 유입부와 배기구의 사이에 설치되는 히트 파이프는 상기 히트파이프의 타측(응축부)은 상기 유입부 측에 위치되는데, 상기 폐기부에서 폐기되는 공기의 온도는 상기 유입부에서 유입되는 공기의 온도보다 높으므로, 상기 히트파이프의 증발부(폐기부 측에 위치됨)에서는 작동유체가 증발되면서 압력차에 의해 고속으로 이동되어 상기 히트파이프의 응축부(유입부 측에 위치됨)에서 액화되면서 응축잠열을 방출하고 응축된 작동유체는 모세관 압력에 의해 상기 히트파이프의 증발부로 순환되는 과정을 하면서 열교환이 이루어지게 된다.

그러나 이러한 종래의 폐열회수장치는 작동유체가 증발 및 응축에 의해 이루어지게 되므로 상대적으로 열교환효율이 떨어지게되는 문제점이 있다. 특히, 상대적으로 방열표면적이 넓지 않고, 통기저항이 상대적으로 커지는 문제점이 있다.

그리고 대한민국 특허등록 제 0764552호에는 히트 파이프를 사용한 열회수식 에어와셔 외기 공조기가 게시되어 있다. 이 공조기는 외부의 공기를 내부로 공급하는 외기통로와, 내부의 공기를 밖으로 내보내는 배기통로로 구성되며, 상기 배기통로는 내부의 공기를 외부로 보내는 장치로서 외부로 보내지는 공기의 열을 회수하기 위하여 물을 분무하는 물 분무장치를 구비하는 분사식 열회수 장치를 구비한다.

대한미국 특허등록 제 1008900호에는 다중댐퍼와 히트파이프를 이용한 에너지 절감형 제습공조기가 게시되어 있다.

상술한 바와 같이 공기열을 회수하기 위하여 상기와 같이 물을 사용하게 되므로 구조가 상대적으로 복잡하고, 소형의 제품에 적용이 용이하지 않다.

대한미국 특허등록 제 0601212호 대한민국 특허등록 제 0764552호

본 발명의 해결하고자 하는 기술적 과제는 연도를 통하여 외부로 배출되는 폐기가스와 연통을 통하여 연통을 난방기로부터 외부로 배출되는 폐열을 회수하여 난방기로 유입되는 공기와 열교환시킴으로써 열효율이 높일 수 있는 난방기의 폐열 회수장치를 제공함에 있다.

본 발명의 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 히트파이프 배기가스 및 유입되는 공기와의 열교환 효율을 높일 수 있는 난방기의 폐열 회수장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 난방기의 폐열 회수장치는 내부에 공간부가 마련된 본체와; 상기 본체의 내부에 설치되어 연료가 연소되는 연소실과, 상기 연소실과 연통되어 발생된 열을 외부로부터 유입되는 공기와 열교환시키기 위한 열교환부와, 연소된 연소가스를 외부로 배출할 수 있도록 관부재로 이루어진 배출부를 포함하는 열발생유닛과;

내부 또는 외기와 열교환부 사이에 열교환이 이루어진 후 실내로 공급될 수 있도록 통로를 형성하며 내기 또는 외기의 송풍을 위한 송풍기들이 마련된 열교환매체 송풍유닛과,

상기 배출부와 송풍기로의 외기 또는 내기의 공기유입부 사이에 설치되어 배출부를 통하여 배출되는 배출가스와의 공기 유입부로 유입되는 내기 또는 외기 사이에 열교환이 이루어질 수 있도록 하는 폐열회수유닛을 구비하며,

상기 폐기열회수유닛은 배출부와 연결되며 상기 송풍의 공기 유입구측에 위치되는 열교환관과, 상기 열교환관의 외주면에 방사상으로 설치되며 상기 송풍기의 공기 유입방향과 나란하게 설치되는 방열휜과, 상기 열교환관의 내부로부터 연장되어 방열핀의 외주면에 밀착되는 스트립상의 히트파이프를 구비한 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 따른 난방기의 폐기열 회수장치는 배출부를 통하여 배출되는 폐열을 송풍기를 통하여 유입되는 공기와 열교환시킴으로써 난방기의 에너지 효율을 향상시킬 수 있으며, 나아가서는 난방기의 구동에 따른 유지비를 줄일 수 있다.

그리고 본 발명의 난방기의 폐열 회수장치는 방열표면적을 넓히고, 도입되는외기 또는 내기와의 저항을 줄이고, 히트파이프에 의한 열전달 효율을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 난방기의 폐열 회수장치의 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 폐열회수유닛을 발췌하여 도시한 단면도,
도 3은 도 2에 도시된 히트파이프를 발체하여 도시한 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 폐열회수유닛의 다른 실시예를 나타내 보인 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 폐열 회수유닛의 일부절제 사시도,
도 6은 히트파이프가 설치된 상태를 나타내 보안 사시도,
도 7은 본 발명에 따른 난방기의 폐열 회수장치의 다른 실시예를 나타내 보인 사시도.

본 발명에 따른 난방기의 폐기열 회수장치는 배출부를 통하여 외부로 배출되는 폐열을 회수하여 난방기의 에너지 효율을 항상시키기 위한 것으로, 그 일 실시예를 도 1 내지 도 4 및 도 7 에 나타내 보였다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 난방기의 폐열 회수장치(10)는 공간부를 가지는 본체(11)의 내부에 설치되는 열을 발생시키고 이 발생된 열을 외기 또는 난방을 위한 열교환 매체와 열교환이 이루어질 수 있도록 열교환부(21)와 배출부(22)를 포함하는 열발생유닛(20)과, 상기 열발생유닛(20)의 열교환부(21)와 내기 또는 외기와 열교환 시키기 위한 제 1열교환매체송풍유닛(30)과, 상기 배출부(22)로 배출되는 배기가스와 공기유입부(33)를 통하여 유입되는 내기 또는 외기 즉, 열교환매체와 열교환이 이루어질 수 있도록 하는 수 있도록 하는 폐기열회수유닛(50)을 포함한다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 다른 난방기의 폐기열 회수장치(10)를 구성요소별로 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

상기 열발생유닛(20)은 도 1에 도시된 바와 같이 본체(11)의 내부에 설치되는 것으로, 버너(23)가 설치되는 연소실(24)이 마련되고, 이 연소실(24)와 연결되는 열교환부(21)가 설치되며, 이 열교환부(21)와 연결되어 연소실(24)에서 연소된 폐기가스가 열교환부(21)를 통하여 배출될 수 있도록 하는 배출부(22)를 구비한다. 상기 열교환부(21)는 복수개의 튜브들이 소정의 간격을 유지하면서 나란하게 배열설치되어 이루어질 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다. 그리고 상기 본체(11)에는 상기 열교환부(21)를 통과하면서 열교환이 이루어지 후 외부로 배출될 수 있는 그릴(미도시)이 설치될 수 있다.

상기 열교환기송풍유닛(30)은 시설하우스 내부의 내기 또는 외기, 외기와 내가가 혼합된 공기 즉, 열교환매체를 선택적으로 송풍하여 열발생유닛(20)의 열교환부(21)와 열교환시킬 수 있는 것으로, 상기 본체(11)의 상부측에 설치되어 열교환부(21)가 설치된 공간과 연통될 수 있도록 설치되는 송풍기(31)들과, 상기 송풍기(31)을 감싸며 송풍되는 공기를 가이드하는 쉬라우드(32)를 포함한다. 상기 쉬라우드(31)은 도면에 도시되어 있지 않으나 내기와 외기를 연통시키기 위한 덕트와 연결될 수 있다.

그리고, 상기 폐열회수유닛(50)은 배출부(22)와 상기 송풍기(31)에 의해 공기가 유입되는 공기 유입부(33) 사이에 설치되어 유입되는 공기와 배출부(22)를 통하여 배출되는 배출가스와의 열교환이 이루어질 수 있도록 하는 것으로, 배출부(22)를 이루는 관부재(22a)와 연결되며 상기 송풍기의 공기 유입구(33) 측에 위치되는 열교환관(51)을 포함한다. 상기 열교환관(51)의 외주면에는 소정의 간격으로 배열되며 상기 송풍기(31)로의 공기 유입방향과 나란하게 설치되는 방열휜(52)를 포함한다. 그리고 열교환관(51)에는 상대적으로 온도가 높은 배기가스에 노출되는 수열부(61)와, 상기 온도가 낮은 공기 유입부(33) 측에 노출되는 발열부(62)를 포함하는 히트파이프(60)을 포함한다.

상기 히트 파이프(60)는 도 3에 도시된 바와 같이 수열부(61)와 단열부(63) 및 방열부(62)을 가지는 판상의 튜브본체(64)를 구비하며, 이 튜브본체(64)의 내부에는 격벽(65)에 의해 구획되며 상기 수열부(61)와 단열부(63) 및 방열부(62)에 걸쳐 형성되는 사행 또는 루프형의 열교환 매체 통로(66)가 형성되고, 이 통로에는 후술하는 열교환매체가 흐른다. 상기 튜브본체(64)는 길이 방향으로 다수의 통로가 형성된 압출튜브를 사용함이 바람직하다. 이 경우 상기 사행 또는 루프형의 열교한 매체 통로(66)는 그 턴부가 수열부(61)와 방열부(62)에서 이루어지도록 수열부(61)와 발열부(62)에서 격벽이 교호적으로 짧게 형성된다. 상기 통로의 단면 형상은 다양한 형태로 제작될 수 있는데, 내경은 0.1 내지 5.0mm의 범위 내에서 형성함이 바람직하다. 통로의 내주면에는 열교환 매체의 표면적을 넓히기 위한 돌기 또는 요철부가 형성될 수 있다. 상기 튜브본체(64)의 수열부(61) 측의 열교환 매체 통로(66)의 내면에는 다수의 리엔트란트 캐비티(reentrant cavity)를 형성하여 열교환 매체가 쉽게 가열되도록 함으로써 열교한 매체의 진동에너지원을 크게함이 바람직하다. 상기 리엔트란트 캐비티는 내면이 인입되어 이루어질 수 있다. 상기 튜브본체(64)의 열교환 매체 통로(65)에 주입되는 열교환 매체는 2상 응축성 작동액이면 어느것이나 가능한데, 단위 용적당 증기 발생량이 많고, 열용량이 크고, 잠열(潛熱)이 크며, 동점성계수가 작고 포화 증기압이 큰 것이 바람직하다. 예컨데 질소, 물, 프레온 가스 등이 이용될 수 있는데, 상기 열교환 매체는 2상 응축성 물질이면 어느 것이나 가능하다 상기 열교환매체는 내부공간에 80 내지 90%만 채워져 다수가 기포를 포함할 수 있어야 한다.

한편, 상기 열교환관(51)의 내부에 위치되는 히트파이프(60)의 수열부는 공기의 흐름방향과의 저항을 줄일 수 있도록 상대적으로 넓은 폭방향이 공기의 흐름방향과 나란하게 수평방향으로 설치되고, 히트파이프(60)의 발열부는 공기 유입부의 공기 흐름방향과 상대적으로 폭이 넓은 폭방향이 나란하게 설치된다. 이를 위하여 상기 히트 파이프(60)의 단열부(63)가 꼬아진 형태로 이루어진다.(도 6참조)

도 4 및 도 5에는 본 발명에 따른 폐기열 회수유닛의 다른 실시예를 나타내 보였다. 상기 실시예와 동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 가리킨다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 폐기열 회수유닛은 공기유입부(33) 측에 설치되며 배출부(22)와 연결되는 열교환관(70)의 단면이 수직폭보다 수평폭이 좁은 적어도 두 개의 분기관(72)을 구비하는데, 이 분기관(72)는 상호 소정간격 이격된 구성을 가진다.

그리고 상기 각 분기관(72)에는 분기관(72)의 내측으로 노출되는 수열부(61)과 분기관(72)의 외측으로 노출되는 발열부(62)를 가지는 히트파이프(60)들이 설치된다. 상기 분기관(72)에 설치되는 히트파이프(60)는 도 6에 도시된 바와 같이 분기관(72)의 내부로 노출되는 수열부(61)의 넓은 폭이 공기의 흐름 방향과 나란하게 설치되고, 발열부(62)의 넓은 폭이 공기 유입부(33)의 공기 유입방향과 나란하게 설치된다. 그리고 도면에는 도시되어 있지 않으나 분기관의 내벽에는 배기가스상기 히트파이프의 수열부(61)로 가이드하기 위한 가이드깃이 더 구비된다. 상기 가이드깃은 상기 분기관의 내주면에 사행형상으로 밴딩된 스트립상의 띠가 부착되어 이루어질 수 있다.

상술한 바와 같이 구성된 난방기의 폐열 회수장치는 열발생유닛(20)의 버너(23)에 의해 연료가 연소됨으로써 발생된 고열의 가스는 열교환부(22)를 통과하면서 열교환매체송풍유닛(30)으로부터 송풍되는 공기와 열교환이 이루어진 후 배출부(22)를 통하여 배출된다.

과정에서 상기 배출부(22)의 열교환관(51)의 내부에 노출되는 수열부(61)에 의해 열교환매체가 가열되고, 가열된 열교환 매체는 단열팽창되면서 열교환매체통로(66)을 따라 이동되어 방열부(62)로 이동된다. 그리고 상기 공기 유입부(33)를 흐르는 내기 또는 외기와 열교환이 이루어지면서 단열수축되어 상기 수열부(61) 측으로 이동된다. 이러한 과정을 반복으로 상기 배출부(22)와 연결된 열교환관(51)의 내부를 흐르는 배기가스와 가열을 위한 내기 또는 외기와 열교환이 이루어져 배기부를 통하여 배출되는 폐열을 회수할 수 있다.

상기와 같이 본 발명의 난방기의 폐기열 회수장치는 배출부를 통하여 배출되는 폐기열과 공기 유입부를 통하여 유입되는 공기의 열교환효율을 향상시킬 수 있으므로 난방기의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 폐열회수장치는 도면에 도시된 일 예를 참조하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호의 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10 : 본체
20 :가열유닛
30 : 열교환매체송풍유닛
50 : 폐기열회수유닛
60 : 히트파이프

Claims (2)

1. 내부에 공간부가 마련된 본체와; 상기 본체의 내부에 설치되어 연료가 연소되는 연소실과, 상기 연소실과 연통되어 발생된 열을 외부로부터 유입되는 공기와 열교환시키기 위한 열교환부와, 연소된 연소가스를 외부로 배출할 수 있도록 관부재로 이루어진 배출부를 포함하는 열발생유닛과;
   내부 또는 외기와 열교환부 사이에 열교환이 이루어진 후 실내로 공급될 수 있도록 통로를 형성하며 내기 또는 외기의 송풍을 위한 송풍기들이 마련된 열교환매체 송풍유닛과,
   상기 배출부와 송풍기로의 외기 또는 내기의 공기유입부 사이에 설치되어 배출부를 통하여 배출되는 배출가스와의 공기 유입부로 유입되는 내기 또는 외기 사이에 열교환이 이루어질 수 있도록 하는 폐열회수유닛을 구비하며,
   상기 폐열회수유닛은 배출부와 연결되며 상기 송풍의 공기 유입구측에 위치되는 열교환관과, 상기 열교환관의 외주면에 방사상으로 설치되며 상기 송풍기의 공기 유입방향과 나란하게 설치되는 방열휜과, 상기 열교환관의 내부로부터 연장되어 방열핀의 외주면에 밀착되는 스트립상의 히트파이프와, 폐기부와 연결되는 열교환관의 단면이 수직폭보다 수평폭이 좁고 상호 소정간격 이격되는 적어도 두 개의 분기관을 구비하며,
   상기 각 분기관에는 분기관의 내측으로 노출되는 수열부와 분기관의 외측으로 노출되는 발열부를 가지는 히트파이프들이 설치되고, 상기 분기관의 내부에 노출되는 히트파이프의 수열부는 넓은 폭이 공기의 흐름 방향과 나란하게 설치되고, 분기관의 외부로 노출되는 발열부는 넓은 폭이 공기 유입부(33)의 공기 유입방향과 나란하게 설치된 것을 특징으로 하는 난방기의 폐열 회수장치.
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