보일러 폐연소열 난방장치{HEATING APPARATUS USING WASTE COMBUSTION HEAT OF BOILER}
본 발명은 보일러 폐연소열 난방장치에 관한 것이고, 더욱 상세하게는 개별 난방 보일러의 폐연소열(배기가스) 배출 파이프에 간편하게 설치하며, 폐연소열을 이용하여 실내 공기 온도를 높이는 에너지 절약형 난방장치에 관한 것이다.
일반적으로 보일러는 내부의 온수조를 가열하여 뜨거워진 온수를 배관을 통해 순환시킴으로써 보일러의 목적을 달성하게 되는데 이러한 보일러는 온수조를 가열할 때 발생하는 배기가스가 보일러의 연통으로 배출될 때 보일러 내부의 뜨거운 열기도 같이 빠져나가게 되므로 보일러의 열효율이 떨어지는 문제점이 있다. 이에 보일러의 폐열을 이용한 장치가 다수 개발되고 있으나, 대개 보일러에서 배기가스로 빠져 나가는 약 200℃ ~ 350℃ 정도의 폐열을 회수하여 온수 탱크로 고온의 온수를 공급하는 것으로서, 그 설비 자체의 부피 및 하중이 크고, 폐열 회수 효율이 떨어지는 문제점이 있으며, 이에따라 수요자의 요구를 충족시키지 못하는 단점이 있었다. 또한, 현재 개별 난방 보일러 사용의 경우, 국내의 대부분이 온돌문화이기 때문에 실내의 온도를 높이기 위해서는 일정시간 보일러를 가동하여 바닥이 데워진 후 지열로서 실내의 온도를 높이도록 되어 있다. 따라서 급격히 차가워진 실내온도의 경우, 그 온도를 쾌적한 온도로 높이기 위해서 보일러를 장시간 가동하여야 하는 일이 발생하게 된다. 이에, 소비되는 에너지원(난방용 등유, 가스등)이 많아지게 되고 대기환경에도 유해한 영향을 미치는 문제점이 있다.
본 발명은 이러한 종래 문제점을 반영하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 보일러를 가동할 때 버려지는 폐연소열을 이용하여 단시간 내에 실내 온도를 높이는 에너지 절약형 보일러 폐연소열 난방장치를 제공하고자 하는 것이다. 또한, 본 발명의 다른 목적은 쾌적한 실내 환경을 조성할 수 있도록 공기를 정화하고 방향 효과를 낼 수 있는 보일러 폐연소열 난방장치를 제공하고자 하는 것이다.
상술한 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보일러 폐연소열 난방장치는, 저온의 공기를 흡입하여 고온의 공기를 배출하는 실내기와, 배기가스 배출용 보일러 파이프를 통해 유입되는 배기가스를 이용하여 상기 실내기로부터 유입된 공기를 가열하는 열교환 장치, 및 상기 실내기와 상기 열교환 장치 사이에 각각 연결된 공기흡입관과 공기배출관을 포함하는 보일러 폐연소열 난방장치로서, 상기 열교환 장치는, 상기 배기가스 배출용 보일러 파이프와 연결되어 상기 배기가스가 통과하는 복수의 열교환 파이프를 내부에 포함하는 제 1 하우징; 상부면으로부터 상기 제 1 하우징 내부로 연장된 중앙 분리벽을 포함하고, 상기 제 1 하우징과 결합하여 상기 제 1 하우징 내부를 밀폐하는 제 2 하우징으로 이루어진 것을 특징으로 한다. 바람직한 실시예에 따라, 상기 실내기는 상기 저온의 공기를 흡입하는 공기유입구와 상기 고온의 공기를 배출하는 공기배출구를 포함하고, 상기 공기유입구 또는 상기 공기배출구의 적어도 일측에는 공기 여과 필터, 방향 필터 중 어느 하나 이상의 필터를 설치할 수 있다. 바람직한 실시예에 따라, 상기 실내기는, 상기 공기배출구의 유해 가스를 검출하는 감지 센서; 및 상기 감지 센서의 신호에 따라 경보음을 출력하는 경보 장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 보일러 폐연소열 난방장치에 의하면, 실내 공기의 온도를 높이는 데 별도의 에너지원의 공급이 필요 없으므로 에너지 절약이 가능하며, 이에 따라 난방 비용의 절감과 대기환경 오염을 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한, 기존의 사용중인 보일러의 교체없이 간편하게 설치가 가능하고, 또한, 제조사와 관계없이 설치가 가능하므로 설치 비용을 낮출 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐연소열 난방장치의 전체 구성도이고, 도 2는 도 1의 폐연소열 난방장치에서 폐연소열과 공기의 이동 경로를 설명하기 위한 개요선도이고, 도 3은 도 1의 폐연소열 난방장치에 포함된 열교환 장치의 절개 사시도이고, 도 4는 도 3의 열교환 장치에 포함된 제 2 하우징의 사시도이고, 도 5 는 도 4의 제 2 하우징을 A-A' 선으로 절단한 단면도이고, 도 6은 도 3의 열교환 장치에 포함된 제 1 하우징의 사시도이고, 도 7은 도 6의 제 1 하우징의 단면도이고, 도 8은 도 1의 폐연소열 난방장치에 포함된 덕트형 이음장치의 사시도이고, 도 9는 도 1의 폐연소열 난방장치에 포함된 실내기의 사시도이고, 도 10은 도 9의 실내기를 절단한 단면도이다. 먼저 도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 보일러 폐연소열 난방장치는 제 1 하우징(200)과 제 2 하우징(100)으로 이루어진 열교환 장치(10), 실내기(400), 및 실내기와 열교환 장치 사이에 각각 연결된 공기흡입관(500)과 공기배출관(510)을 포함한다. 한편, 미설명 부호 300은 보일러의 배기가스 배출용 파이프(A)와 제 1 하우징(200)을 연결하는 덕트형 이음장치이다. 본 발명인 보일러 폐연소열 난방장치는, 실내기(400)를 통해 저온의 실내 공기를 흡입한 후, 열교환 장치(10)를 이용하여 고온의 공기로 전환하여 다시 실내로 유출시키는 난방장치이다. 구체적으로, 도 2를 참조하여, 본 발명인 폐연소열 난방장치의 열전달 경로를 설명하면, 실내기(400)를 통하여 유입된 저온의 실내 공기는 열교환 장치(10)의 제 2 하우징(100)으로 전달(송풍)된다. 이때, 열교환 장치(10)의 제 1 하우징(200)은 덕트형 이음장치(300)를 통해 보일러의 배기가스 배출용 파이프(A)에 연결되어 있으며, 상기 파이프(A)로부터의 폐연소열을 이용(열교환 파이프(210)를 이용)하여, 실내기(400), 및 제 2 하우징(100)을 각각 경유하여 유입된 공기를 고온으로 가열하게 된다. 열교환 장치(10)의 제 1 하우징(200)에 의하여 고온으로 가열된 공기는 다시 제 2 하우징(100), 및 실내기(400)를 차례로 경유한 후, 실내로 배출된다. 이와 같이, 고온의 공기를 실내로 직접 배출함으로써, 실내 공기의 온도는 신속하게 높아지게 된다. 즉, 본 발명인 폐연소열 난방장치는 보일러를 통해 실내의 바닥을 직접 가열할 뿐만 아니라, 이와 동시에 실내의 공기도 함께 가열하므로, 보일러를 가동한 후 단시간 내에 실내 온도를 소정 온도까지 상승시킬 수 있다. 도 3 내지 도 7를 참조하면, 열교환 장치(10)는 저온의 실내 공기를 고온의 배기가스를 이용하여 가열시키는 장치로서, 실내기(도 1의 400 참조)를 통하여 유입한 저온의 공기를 배기가스가 통과하는 열교환 파이프(210)와 접촉시켜 고온으로 가열시킨다. 이러한 열교환 장치(10)는 하부를 구성하는 제 1 하우징(200)과 상부를 구성하는 제 2 하우징(100)의 결합으로 이루어지며, 제 1 하우징(200)과 제 2 하우징(100)은 제 2 하우징(100)을 구성하는 중앙 분리벽(130)이 제 1 하우징(200)을 구성하는 삽입홈(240)에 삽입 고정된 후 볼트용 홈(140, 250)에 볼트 조립하는 것에 의해 결합되는 구조이다. 제 1 하우징(200)과 제 2 하우징(100)은 고온의 기체에 견딜 수 있으며, 부식이 잘 안 되고 가볍고 열에 강한 소재, 예를 들면, 스테인레스, 동(銅) 등의 재료로 형성할 수 있다. 도 4 및 도 5를 참조하여 제 2 하우징(100)의 구조를 더욱 구체적으로 설명하면, 제 2 하우징(100)은 몸체의 일측면에 공기흡입관(500) 및 공기배출관(510)과 각각 접속되는 홀(110, 120)이 형성되어 있고, 두개의 홀(110, 120) 사이에 배치되어 제 2 하우징(100)의 내부공간을 좌우로 구획하는 중앙 분리벽(130)이 설치되어 있다. 공기흡입관(500)과 접속된 홀(120)을 통해 실내기(400)로부터 유입된 저온의 공기는, 제 1 하우징(200)(열교환 파이프(210))을 경유하여 가열된 후에, 공기배출관(510)이 접속된 홀(110)을 통해 다시 실내기(400)로 공급된다. 제 2 하우징(100)은 밑면이 개방된 박스 구조로 형성되어 있고, 중앙 분리벽(130)이 상부면으로부터 하부 방향으로 돌출하여 있으며, 돌출된 중앙 분리벽(130)이 제 1 하우징(200)의 삽입홈(240)에 삽입되고, 볼트용 홈(140, 250)에 볼트 조립되는 것에 의해 제 1 하우징(200)과 결합하여 제 1 하우징(200)의 내부를 밀폐한다. 중앙 분리벽(130)은 공기흡입관(500)과 접속된 홀(120)을 통해 실내기(400)로부터 유입된 저온의 공기가 제 1 하우징(200)(열교환 파이프(210))의 내부를 거쳐 온도가 상승된 상태로 홀(110)을 통해 다시 실내기(400)로 공급함에 있어, 유입공기와 유출공기가 섞이지 않고 순환하게 하는 역할을 한다. 이를 위해, 중앙 분리벽(130)의 연장된 길이는, 제 1 하우징(200)과 제 2 하우징(100)이 결합된 경우에 중앙 분리벽(130)의 하부에 개방된 공간이 형성되도록 하는 높이, 즉, 중앙 분리벽(130)의 하단이 제 1 하우징(200)의 하부면과 접촉하지 않는 높이로 형성해야 한다. 다음, 도 6 및 도 7를 참조하여 제 1 하우징(200)의 구조를 더욱 구체적으로 설명하면, 제 1 하우징(200)은 상면이 개방된 박스 구조로 형성되어 있고, 전술한 바와 같이 제 2 하우징(100)과 결합하여 밀폐된 공간을 형성한다. 제 1 하우징(200)의 내부에는 배기가스가 통과하는, 복수의 열교환 파이프(210)를 포함하며, 제 2 하우징(100)의 중앙 분리벽(130)을 제 1 하우징(200) 내에서 고정하기 위한 삽입홈(240)이 형성되어 있다. 이러한 삽입홈(240)은, 전술한 바와 같이, 제 1 하우징(200)의 하부에 개방된 공간을 확보하기 위해서 삽입홈(240)의 끝부분을 밑면보다 높게 형성하였다(도 7의 240). 또한, 각각의 열교환 파이프(210)의 직경은 보일러의 배기가스 배출용 파이프보다 더 작다. 즉, 제 1 하우징(200)은 그 일면이 이음장치(300)를 사이에 두고 보일러의 배기가스 배출용 파이프(A)에 연결되어 있고, 상기 보일러의 배기가스 배출용 파이프(A)로부터 전달되는 배기가스(고온)는 직경이 작은 복수의 열교환 파이프(210)를 통해 효율적으로 제 1 하우징(200)의 내부로 방열되므로(즉, 방열되는 표면적이 넓음), 제 2 하우징(100)으로부터 제 1 하우징(200)으로 유입된 저온의 실내 공기를 효과적으로 상승시킬 수 있다. 바람직한 실시예에 따라, 열교환 파이프(210)는 열전달율이 높은 재료, 예를 들면, 동 파이프를 제 1 하우징의 결합용 홀(미도시)에 고정한 후 용접결합하는 것에 의해 설치할 수 있다. 또한, 열교환 파이프(210)가 결합된 후에는, 상기 결합용 홀(미도시)이 형성된 제 1 하우징의 외주면에, 석면 패킹을 설치하여 배기가스가 누출되는 것을 방지하는 것이 바람직하다. 다음, 도 8을 참조하여 덕트형 이음장치(300)의 구조를 더욱 구체적으로 설명하면, 이음장치(300)는 보일러의 배기가스 배출용 파이프(A)와 연결되는, 배기가스의 입구측보다 배기가스 출구측의 단면적이 더 크게 형성된 것으로서, 배기가스 입구측(배기가스 배출용 파이프(A)측)은 배기가스 배출용 파이프와 동일한 직경을 가진 원통 형태이며, 배기가스 출구측(제 1 하우징(200)측)은 상기 원통 형태보다 단면적이 큰 사다리꼴의 다면체 형태(330)를 가진다. 바람직한 실시예에 따라, 배기가스 입구측(배기가스 배출용 파이프(A)측)에는 회전하여 보일러의 배기가스 배출용 파이프(A)와 끼움 고정되는 구조의 회전식 조인트(310)를 포함할 수 있다. 한편, 이음장치(300)와 제 1 하우징(200)은 각각의 몸체에 형성된 볼트용 홈(320, 230)에 볼트 조립함으로써 서로 결합된다. 다음, 도 9 및 도 10을 참조하여 실내기(400)의 구조를 더욱 구체적으로 설명하면, 실내기(400)에는 실내 공기 유입되는 저온 공기 유입구(410), 열교환 장치를 경유하여 온도가 상승된 고온의 공기를 배출시키는 고온 공기 유출구(420)가 형성되어 있고, 저온 공기 유입구(410) 및 고온 공기 유출구(420)의 각 후면 일측에는 공기흡입관(500) 및 공기배출관(510)과 연통하는 홀(450, 460)이 형성되어 있다. 또한 실내기(400)의 몸체 내부에는, 실내 공기를 저온 공기 유입구(410)로 강제 흡입한 다음, 열교환장치(10)로 송풍시키는 팬 모터(470)(예를 들면, 저소음 팬모터)가 설치되어 있다. 팬 모터(470)는 리모컨에 의해 작동되도록 구성할 수 있다. 또한, 실내 공기가 유입, 유출되는 저온 공기 유입구(410) 및 고온 공기 유출구(420)에는 실내 공기를 방향 또는 정화시키는 필터, 예를 들면, 공기 여과 필터(440) 또는 방향 필터(430)가 각각 설치되어 있다. 또한, 바람직한 실시예에 따라, 실내기(400)의 몸체 내부에는 유해가스가 실내로 유입되는 것을 막기 위한 유해가스 감지 센서(미도시)와 경보음을 울려주는 경보 장치(미도시)를 포함할 수 있다. 또한, 바람직한 실시예에 따라, 실내기(400) 의 몸체 내부에는 감지 센서의 신호를 받아 실내기(400)의 전원을 차단하여 실내기(400)의 작동을 멈추게 하는 제어기를 더 포함할 수 있다. 이하, 본 발명에 따른 보일러 폐연소열 난방장치의 작용 및 효과를 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 다시, 도 1 및 도 2를 참조하여 일실시예에 관한 본 발명을 실시하는 경우를 설명하면, 보일러가 가동된 후 보일러에서 배출되는 고온의 배기가스가 보일러의 배기가스 배출용 파이프(A)를 따라 이동하게 된다. 이 때, 저온의 실내 공기를 따뜻하게 하기 위해 실내기의 전원을 온시키면(리모컨 등에 의해) 전원을 공급받아 작동하는 실내기 내부의 팬모터(470)에 의해 실내 공기가 저온 공기 유입구(410)로 흡입된 후 공기 여과 필터(440)를 거쳐 정화된 공기는 공기흡입관(500)을 경유하여 열교환 장치(10)의 제 2 하우징(100) 내부로 유입된다. 이후, 제 2 하우징(100) 내부로 유입된 저온의 실내공기는 중앙 분리벽(130)을 따라 하측으로 이동하여 제 1 하우징(200) 내부에 도달한다. 제 1 하우징(200) 내부에 도달한 공기는 중앙 분리벽을 넘어 순환하여 제 1 하우징(200)에서 제 2 하우징(100)으로 계속하여 이동한다. 이 때, 제 1 하우징(100)으로 이동한 저온의 실내 공기는 고온의 배기가스가 통과하는 복수의 열교환 파이프(210)를 지나면서 고온의 배기가스의 폐연소열을 전달받아 온도가 상승된 상태이다. 이후, 온도가 상승된 채로 제 2 하우징(100)으로 이동된 공기는 공기배출관(510)을 경유하여 실내기(400)로 유입된 후, 방향 필터(430)를 통과하여 실내기(400) 앞면 상단의 고온 공기 유출구(420)를 통해 실내로 배출된다. 이에 따라 실내는, 저온 공기의 상태에서 고온 공기의 상태로 점차 변화하여 빠르게 난방된다. 뿐만아니라, 방향 또는 정화된 상태의 실내 공기가 실내로 배출되기 때문에, 사용자는 쾌적하고 안전한 실내활동을 할 수 있다. 만약, 열교환 장치의 노화로 인해 열교환 파이프의 균열이 생겨 유해 가스가 실내로 유입되는 경우에는 실내기 내부의 유해가스 감지 센서가 작동하여 감지 센서의 신호를 받은 경보 장치가 경보음을 울리게 된다. 또한, 실내기(400)의 전원을 제어하는 제어기는 감지 센서의 신호를 받아 실내기의 전원을 차단하여 실내기의 작동을 멈추게 한다. 이에따라, 보일러의 배기가스의 유해성분이 실내에 들어오는 것을 차단하여 안전한 실내 공기를 유지할 수 있다. 이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보이러 폐연소열 난방장치의 전체 구성도. 도 2는 도 1의 폐연소열 난방장치에서 보일러 폐연소열과 공기의 이동 경로를 설명하기 위한 개요선도. 도 3은 도 1의 보일러 폐연소열 난방장치에 포함된 열교환 장치의 절개 사시도. 도 4는 도 3의 열교환 장치에 포함된 제2 하우징의 사시도. 도 5는 도 4의 제 2 하우징을 A-A' 선으로 절단한 단면도. 도 6은 도 3의 열교환 장치에 포함된 제1 하우징의 사시도. 도 7은 도 6의 제 1 하우징의 단면도. 도 8은 도 1의 보일러 폐연소열 난방장치에 포함된 덕트형 이음 장치의 사시도. 도 9는 도 1의 보일러 폐연소열 난방장치에 포함된 실내기의 사시도. 도 10은 도 9의 실내기를 절단한 단면도. < 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 > 10: 열교환 장치 100: 제 2 하우징 130: 중앙 분리벽 200: 제 1 하우징 210: 열교환 파이프 240: 중앙 분리벽 삽입홈 300: 덕트형 이음 장치 310: 회전식 조인트 400: 실내기 410: 저온 공기 유입구 420: 고온 공기 유출구 430, 440: 필터 470: 팬 모터 500: 공기흡입관 510: 공기배출관 |
