폐열 회수용 연통

폐열 회수용 연통{Stovepipe for Heat recovery}

본 발명은 연통에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열 발생 기기에서 발생된 고온의 열기 및 연기에 포함된 열 에너지가 가지고 있는 폐열을 회수하여 재사용 하기 위한 폐열 회수용 연통에 관한 것이다.

일반적으로 보일러 또는 벽난로 등의 연소실에서 발생되는 연기 및 분진을 외부로 배출시키기 위해 상기 보일러 및 벽난로의 일측에는 소정의 직경으로 이루어진 연통을 연결하고, 상기 연통은 일정 길이를 가지고 실내에서 실외를 향해 연장 설치된다.

상기 연통은 일 예로 보일러 및 벽난로와 같이 고온의 온도로 연소가 이루어지는 열 발생 기기에서 발생되는 고온의 열기 및 연기의 배출이 이루어지는데, 상기 연기에는 상대적으로 고온의 열 에너지가 포함된 상태이나 재사용되지 못하고 실외로 배출되므로 에너지 효율 측면에서 상당히 불리한 점이 유발되었다.

또한 온실에 난로를 설치한 경우 항시 일정한 온도로 온실 내부에 대한 난방을 하기 위해서는 다량의 연료가 소모되므로 상기 연통을 통해 고온의 열 에너지가 포함된 연기를 그대로 배출시키지 말고 재사용을 통해 연료 소비율을 절감하고 경제적인 난방을 실시할 수 있으므로 이에 대한 대책이 요구되었다.

본 발명의 실시예들은 난로 및 보일러를 포함하는 각종 열 발생 기기에서 발생되는 폐열을 회수하여 재사용 하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 열 발생 기기에 연결된 연결부와 연결되고, 상기 연소실에서 발생된 고온의 열기 및 연기에 포함된 폐열과 일차적으로 열교환이 이루어지도록 다중관이 설치된 제1 연통이 구비되되, 상기 다중관은 서로 다른 직경을 가지고 동심원을 가지며 설치되고, 고온의 열기 및 연기가 길이 방향을 따라 이동된 후에 상부에 개구된 상부 개구부를 경유하여 상기 제1 연통의 하측으로 이동되면서 열교환이 이루어지고, 상기 제1 연통의 하측으로 이동된 고온의 열기 및 연기는 하부에 개구된 하부 개구부를 경유하여 상측으로 이동되면서 열교환이 반복적으로 이루어지며, 상기 제1 연통보다 상대적으로 큰 직경을 가지고 상기 제1 연통의 외측에 삽입된 제2 연통;을 포함한다.
상기 제1 연통 또는 제2 연통 중의 어느 하나 또는 모두는 표면적이 증가되도록 주름관으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 제1,2 연통은 상기 열 발생 기기에 대해 횡 방향으로 연결된 것을 특징으로 한다.
상기 제1 연통 또는 제2 연통 중의 어느 하나 또는 제1,2 연통 모두는 상기 열 발생 기기에서 배출된 고온의 열기 및 연기가 이동되는 이동 방향을 따라 직경이 증가되는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 연통의 외측으로 연장되고 적어도 1개 이상의 조절 밸브가 설치된제3 연통을 더 포함한다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 폐열 회수용 연통은 열 발생 기기와 연결된 연결관과 직접 연결되고, 상기 연소실에서 발생된 고온의 열기 및 연기가 이동되는 제1 연결관; 상기 연결관의 일단에 하단이 연결되고 상단이 상측을 향해 연장되며 상기 고온의 열기 및 연기가 가지고 있는 폐열과 열교환이 이루어지는 제1 연통; 상기 제1 연통과 서로 다른 직경을 가지고 동심원을 이루며 상기 제1 연통의 외측에 삽입되고, 상기 제1 연통을 경유한 고온의 열기 및 연기에 포함된 폐열과 추가적으로 열교환이 이루어지는 제2 연통; 상기 제1 연결관과 제2 연통 사이에 양단이 연결되고 상기 제1 연통을 경유한 고온의 열기 및 연기를 보다 신속하게 외부로 배출시키기 위한 제2 연결관을 포함한다.
상기 연통에는 상기 제1 연통의 하측에 설치되고, 상기 열 발생 기기에서 발생된 고온의 열기 및 연기의 이동 방향을 상기 제1 연통 또는 제1 연결관을 향해 선택적으로 이동 가능하게 하는 제1 조절 밸브; 상기 제2 연결관에 설치되어 상기 고온의 열기 및 연기를 외부로 배출 가능하게 하고, 상기 열 발생 기기의 열기를 낮추고자 할 때 선택적으로 개폐되는 제2 조절 밸브를 포함한다.

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본 발명의 실시 예들은 열 발생 기기를 통해 배출되는 고온의 열기 및 연기에 포함된 고온의 열 에너지를 재사용하여 난방 효과를 극대화시키고, 외부로 버려지는 폐열을 회수하여 재사용이 가능하므로 열 발생 기기의 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 일정한 온도로 난방을 필요로 하는 온실에 설치할 경우 연통을 통한 난방 효과를 얻을 수 있어서 보다 연료 소비율을 감소시키고 열 효율을 극대화시킬 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 열 발생 기기에서 발생되는 폐열을 회수하여 재사용하여 열 에너지 손실을 최소화하여 경제적인 난방을 실시할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 폐열 회수용 연통을 도시한 단면도.
도 3 내지 도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 폐열 회수용 연통을 도시한 단면도.
도 10 내지 도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 폐열 회수용 연통의 작동 상태도.

본 발명의 일 실시 예에 따른 폐열 회수용 연통의 구성에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 의한 폐열 회수용 연통(100)은 제1 연통(110)과 제2 연통(120) 및 제3 연통(130)을 포함하여 구성된다.

제1 연통(110)은 통상의 난로 또는 보일러와 같은 열 발생 기기(2)의 연결부(2a)와 연결되고, 연소실에서 발생된 고온의 열기 및 연기에 포함된 폐열을 공급받아 일차적으로 열교환이 이루어진다. 상기 제1 연통(110)은 소정의 직경으로 이루어지고 단일관 또는 이중관 내지 오중관과 같은 다중관 형태로 이루어지며 부식 및 연소 가스에 의한 화학 반응이 발생되지 않도록 스테인리스 스틸이 사용되나 상기 재질로 반드시 한정하지 않는다.

일 예로 제1 연통(110)은 하단이 연결부(2a)와 직결되어 상측을 향해 연장되고, 상단이 개구된 형태로 제2 연통(120)의 내부에 배치되며, 열 발생 기기(2)에서 발생된 고온의 열기는 상기 제1 연통(110)의 길이 방향을 따라 상측으로 이동된다.

제2 연통(120)은 제1 연통(110) 보다 상대적으로 큰 직경을 가지고 제1 연통(110)의 외측에 삽입되고, 상단에는 사용자가 상기 제2 연통(120)의 상단을 선택적으로 개폐하기 위한 연통 커버(122)가 설치된다. 상기 연통 커버(122)는 별도의 손잡이(미도시)가 설치될 수 있으며 연통(100)의 고장 및 수리를 위해 설치된다.

제1 연통(110)은 제2 연통(120)의 중앙에 삽입되고, 상기 제1 연통(110)의 길이 방향을 따라 상단으로 이동된 연기는 제2 연통(120)의 길이 방향 하측으로 이동된 후에 제3 연통(130)으로 이동된다. 여기서, 조절밸브(101)가 내장된 제3 연통(130)은 생략가능하지만 바람직하게는 제2 연통(120)가 연결되어 조절밸브(101)의 개방 각도에 따라 연기의 배출량을 조절할 수 있도록 구비된다.

이와 같이 고온의 열 에너지가 포함된 열기 및 연기는 상기 제1,2 연통(110,120)을 경유하는 동안 외부를 향해 상기 열기 및 연기가 가지고 있는 열 에너지의 방열이 이루어져 열효율이 증가되고, 이로 인해 상기 열 발생 기기(2)가 설치된 주변 및 상기 연통(100)이 설치된 주변에 대한 난방 효과가 증대된다.

본 발명의 일 실시 예에 의한 제1 연통(110)은 이중관 또는 이중관 이상의 다중관으로 이루어질 수 있다. 이와 같이 다중관으로 이루어질 경우 고온의 열 에너지를 가지는 열기 및 연기가 제3 연통(130)을 향해 곧바로 이동되지 않고 상기 제1 연통(110)에서 장시간 지체되면서 연통(100) 주변의 공기와 최대한 열교환이 이루어진다. 따라서 제1 연통(110)이 최소한의 체적을 가지고도 최대한의 열효율을 가질 수 있으므로 에너지 재사용에 따른 열효율이 보다 향상된다.

상기 제1 연통(110)이 다중관 형태로 이루어질 경우 연기의 흐름은 상기 제1 연통(110)의 길이 방향을 따라 상측 및 하측이 교대로 반복되면서 고온의 연기가 제3 연통(130)으로 이동되는 시간이 지체된 상태로 열교환이 이루어지며 이 경우 관경은 작아지나, 관 길이가 상대적으로 길어지면서 장시간 고온의 열기 및 연기가 제3 연통(130)을 향해 곧바로 배출되지 않고 연통(100) 주위의 공기와 열교환 되면서 방열을 실시할 수 있다. 즉 제1 연통(110)은 다중관으로 이루어지되, 서로 다른 직경을 가지고 동심원을 가지며 설치되고, 고온의 열기 및 연기가 길이 방향을 따라 이동된 후에 상부에 개구된 상부 개구부(112)를 경유하여 상기 제1 연통(110)의 하측으로 이동되면서 열교환이 이루어지고, 상기 제1 연통(110)의 하측으로 이동된 고온의 열기 및 연기는 하부에 개구된 하부 개구부(114)를 경유하여 상측으로 이동되면서 열교환이 반복적으로 이루어진다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 연통(110) 또는 제2 연통(120) 중의 어느 하나 또는 모두는 표면적이 증가되도록 주름관으로 이루어질 수 있으며, 이를 통해 상기 제1,2 연통(110,120)의 표면적이 상대적으로 증가되어 보다 많은 표면적이 확보됨으로써 방열을 실시할 수 있다. 참고로 주름관의 형태 및 형상에 대해 특별히 한정하지는 않는다.

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첨부된 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 제1,2 연통(110,120)은 열 발생 기기(2)에 대해 횡 방향으로 연결될 수 있으며, 이 경우 상대적으로 따뜻한 공기가 상측으로 이동되는 대류 특성상 방열 효율은 전술된 세로 배치된 연통보다는 상대적으로 향상될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 의한 조절 밸브(101)는 첨부된 도 2에 도시된 바와 같이, 제3 연통(130)을 통해 배출되는 연기 및 열기를 조절하기 위해 사용자에 의해 수동으로 조절되고, 상기 제3 연통(130)의 내부에 설치된 밸브판(131)을 포함한다.

예를 들어 열 발생 기기(2)는 연소 초기에 상기 조절 밸브(101)가 오픈 방향으로 작동되고, 안정적인 연소 상태가 유지될 경우에는 오픈 방향의 개도량 대비 1/2정도 클로즈시켜 고온의 열기가 배출되는 것이 조절된다.

연통(100)은 외측에 설치된 지지부재(10)를 포함하고, 상기 지지부재(10)는 연통(100)이 이동되는 경로의 주변 구조물(미도시)에 지지하기 위해 구비된다. 상기 지지부재(10)는 외주면 길이 방향을 따라 나사산이 형성되고, 상기 지지부재(10)에 너트가 설치될 수 있다.

첨부된 도 7을 참조하면, 제1 연통(110) 또는 제2 연통(120) 중의 어느 하나 또는 제1,2 연통(110,120) 모두는 열 발생 기기(2)에서 배출된 고온의 열기 및 연기가 이동되는 이동 방향을 따라 직경이 증가되는 형태로 이루어진다.

이와 같이 이루어질 경우 연기의 이동 방향을 따라 단면적이 증가되므로 상기 연기의 이동속도가 동일 직경의 경우보다 상대적으로 느리게 이동되고, 이로 인해 연통(100)의 내부에서 열교환 성능이 보다 향상될 수 있다. 또한 이러한 직경이 증가되는 형태는 이중관 형태 또는 다중관 형태 모두 설치 가능함을 밝혀둔다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 폐열 회수용 연통의 구성에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 8을 참조하면, 폐열 회수용 연통은 열 발생 기기(2)와 연결된 연결관(2a)과 직접 연결되고, 연소실에서 발생된 고온의 열기 및 연기가 이동되는 제1 연결관(300)과, 상기 제1 연결관(300)의 일단에 하단이 연결되고 상단이 상측을 향해 연장되며 상기 고온의 열기 및 연기가 가지고 있는 폐열과 열교환이 이루어지는 제1 연통(110)과, 상기 제1 연통(110)과 서로 다른 직경을 가지고 동심원을 이루며 상기 제1 연통(110)의 외측에 삽입된 제2 연통(120)과, 상기 제1 연결관(300)과 제2 연통(120) 사이에 연결되고 상기 제1 연통(110)을 경유한 고온의 열기 및 연기가 상기 제1 연결관(300)을 경유하여 외부로 배출되기 위해 설치된 제2 연결관(200)을 포함한다.

본 실시 예의 가장 큰 기술적 특징은 열 발생 기기의 작동 상태에 따라 고온의 열기 및 연기의 외부 배출량을 선택적으로 조절하여 실내 또는 상기 열 발생 기기(2)가 설치된 특정 장소에서의 난방 효율 및 열효율을 사용자가 보다 다양하게 조절하고자 한다.

이를 위해 본 발명의 다른 실시 예에 의한 연통은 제1 연결관(300)이 ┛자 형태로 열 발생 기기(2)와 직접적으로 연결되고, 제1 연통(110)의 제1 연결관(300)의 상단에 하단이 연결되고 상측을 향해 수직 방향으로 소정의 길이를 가지고 연장되며, 상기 제1 연통(110)의 외측에 제2 연통(120)이 설치된다.

제1 연통(110)과 제2 연통(120)은 전술한 바와 같이 이중관 또는 다중관 및 주름관 중의 어느 하나로 이루어질 수 있으며 특정 형태로 반드시 한정하지 않는다.

제2 연결관(200)은 상기 제2 연통(120)과 제1 연결관(300) 사이를 연결하며 도면에 도시된 바와 같이 1개 또는 다수개가 상기 제2 연통(120)과 제1 연결관(300) 사이에 설치될 수 있다. 제2 연결관(200)은 열 발생 기기(2)가 과열되거나 고온의 열기 및 연기를 실외측으로 보다 신속히 배출시켜 열 발생 기기(2)가 설치된 공간의 열기를 낮추기 위해 설치된다.

폐열 회수용 연통은 제1 연통(110)의 내측 하단에 설치되고, 상기 열 발생 기기(2)에서 발생된 고온의 열기 및 연기의 이동 방향을 상기 제1 연통(110) 또는 제1 연결관(300)을 향해 선택적으로 이동 가능하게 하는 제1 조절 밸브(20)와, 상기 제2 연결관(200)에 설치되어 상기 고온의 열기 및 연기를 외부로 배출 가능하게 하고, 상기 열 발생 기기(2)의 열기를 낮추고자 할 때 선택적으로 개폐되는 제2 조절 밸브(30)를 포함한다.

제1,2 조절 밸브(20,30)는 사용자에 의해 수동으로 작동되거나 자동으로 작동되도록 구성되며, 이로 인해 고온의 열기 및 연기의 배출량이 선택적으로 조절된다.

제1 조절 밸브(20)가 클로즈될 경우 고온의 열기 및 연기는 제1,2 연통(110,120) 방향으로 이동되지 않고 제1 연결관(300)을 통해서만 이동되므로 열 발생 기기(2)가 과열되거나, 상기 열 발생 기기(2)가 설치된 장소가 상대적으로 고온 상태인 것으로 판단될 경우 이를 낮추기 위해 클로즈 위치로 작동된다.

예를 들어 제1 조절 밸브(20)가 오픈되면 고온의 열기 및 연기는 제1 연결관(300)과 제1,2 연통(110,120)을 통해 모두 이동되므로 상기 열 발생 기기(2)가 설치된 장소의 난방 및 열효율을 높이기 위해 오픈 위치로 작동될 수 있다.

제2 조절 밸브(30)는 제2 연결관(200)의 내부에 설치되고 제1 연통(110)을 경유하여 제2 연통(120)으로 이동된 고온의 열기 및 연기의 일부가 제1 연결관(300)의 말단으로 이동되도록 개폐작동되면서 열 발생 기기(2)의 열효율을 조정할 수 있다.

첨부된 도 9는 도 8의 변형된 실시 예로서 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 9를 참조하면, 폐열 회수용 연통은 제1 연결관(300)의 특정 위치에 제1 조절 밸브(20)가 단독으로 설치된 구성으로 이루어지며, 이 경우 제1 조절 밸브(20)의 개도량만 조절하여 열기를 간편하게 조절할 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 일 실시 예에 의한 연통의 사용 상태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 참고로 본 실시 예에서는 다중관으로 이루어진 경우로 설명한다.

첨부된 도 10을 참조하면, 열 발생 기기(2)에서 발생된 고온의 열기 및 연기는 연결부(2a)를 경유하여 제1 연통(110)으로 유입되고, 상기 제1 연통(110)으로 유입된 연기는 다중관의 내부 경로를 따라 상, 하 방향으로 다수회 이동되면서 상기 연기가 가지고 있는 고온의 열기가 제1 연통(110)과 제2 연통(120)을 경유하여 주변의 상대적으로 차가운 공기와 열교환되면서 상기 열 발생 기기(2)와 함께 방열이 이루어진다.

상기 열기는 제1 연통(110)을 통해 다수회 이동되면서 보유한 고온의 열 에너지 중의 대부분을 방열하고, 제2 연통(120) 및 제3 연통(130)을 통해 외부로 배출되며, 상기 제3 연통(130)을 통해 배출된 연기 중에는 미량의 열 에너지만 포함된 상태로 외부로 배출되므로 상기 열 발생 기기(2)의 열 효율이 향상된다.

본 발명의 다른 실시 예에 의한 연통의 사용 상태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 11을 참조하면, 열 발생 기기(2)에서 발생된 고온의 열기 및 연기는 주름관 형태로 이루어진 제1 연통(110)으로 유입되고, 상기 주름관의 표면적을 통해 외부로 방열이 시작된다. 제2 연통(120)은 제1 연통(110)과 마찬가지로 주름관으로 이루어지므로 상기 제1 연통(110) 및 제2 연통(120)을 경유하여 이동하는 고온의 연기가 가지고 있는 열 에너지와 열교환을 통해 외부로 방열이 이루어진다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 연통의 사용 상태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 12를 참조하면, 본 실시 예에서는 전술한 바와는 다르게 연통(100)이 열 발생 기기(2)에 대해 횡 방향으로 설치되면서 상기 열 발생 기기(2)에서 발생된 고온의 열기 및 연기는 화살표로 도시된 바와 같이 제1 연통(110)의 횡 방향으로 이동된 후에 제2 연통(120)을 경유하여 제3 연통(130)으로 배출되면서 상기 연통(100) 주위의 공기와 열교환을 통해 방열이 이루어진다.

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본 발명의 다른 실시 예에 의한 폐열 회수용 연통의 작동 상태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 13을 참조하면, 열 발생 기기(2)에서 발생된 고온의 열기 및 연기는 제1 연결관(300)을 통해 이동되거나, 제1 연통(110)으로 이동될 수 있으며, 사용자는 현재 열 발생 기기(2)가 설치된 온실의 온도가 상대적으로 고온 상태인 것으로 판단될 경우 상기 열 발생 기기(2)의 열기를 낮추기 위해 제1 조절 밸브(20)를 오픈 위치로 조절하여 제1,2 연통(110,120) 및 제1 연결관(300) 모두를 통해 고온의 열기 및 연기의 배출을 실시한다.

또한 제2 조절 밸브(30)를 오픈 방향으로 작동시켜 제2 연결관(200)을 통해 제1 연결관(110)을 경유한 고온의 열기 및 연기가 제1 연결관(300)을 통해 외측으로 배출되도록 조절하여 상기 온실의 과열 상태를 조절하면 된다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

2 : 열 발생 기기
100 : 연통
101 : 조절 밸브
110, 120 : 제1,2 연통
122 : 연통 커버
130 : 제3 연통
200 : 제2 연결관
300 : 제1 연결관
20,30 : 제1,2 조절 밸브