KR20180055632A - 전기생산이 가능한 열전발전수단이 부설된 연소기기 폐열을 이용한 에너지 재활용시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연소기기의 폐열을 이용하여 에너지를 재활용함과 동시에 그 연소기기의 폐열이 배출되는 연도의 내구성을 향상할 수 있는 전기생산이 가능한 열전발전수단이 부설된 연소기기 폐열을 이용한 에너지 재활용시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연소기기 외부에 설치되되 냉각수를 공급하는 냉각수 공급부와, 상기 연소기기에 적어도 하나 이상 설치되되 상기 터빈설비에서 연소시에 발생하는 폐열을 수집하여 외부로 배출할 수 있도록 안내하는 연도와, 폐열에 의해 가열된 각각의 상기 연도 온도를 감소시킬 수 있게 상기 냉각수 공급부에서 공급되는 냉각수와 열교환 할 수 있도록 구비되는 냉각수단과, 상기 냉각수단을 통해 열교환된 냉각수가 유입가능하도록 상기 냉각수단과 관 연결되되 외부에서 공급저장된 직수와 서로 열교환을 실시하여 열교환수를 생성하는 열교환기 및 상기 열교환기를 통해 생성된 열교환수를 수용하되 수용된 열교환수가 난방실시구역의 난방수나 온수로 사용할 수 있도록 하는 축열조를 포함하되, 상기 연도는 원통 형상의 제1관, 상기 제1관 내부에 삽입설치되되 외면이 상기 제1관 내면과 서로 이웃하게 설치되는 제2관, 상기 제2관 내부에 삽입설치되되 외면이 상기 제2관 내면과 서로 이웃하게 설치되는 제3관을 포함한다.

Description

전기생산이 가능한 열전발전수단이 부설된 연소기기 폐열을 이용한 에너지 재활용시스템{Using waste heat energy recycling systems}

본 발명은 연소기기의 폐열을 이용하여 전기에너지의 생산뿐만 아니라, 폐열에 의한 에너지를 재활용함과 동시에 그 연소기기의 폐열이 배출되는 연도의 내구성을 향상할 수 있는 전기생산이 가능한 열전발전수단이 부설된 연소기기 폐열을 이용한 에너지 재활용시스템에 관한 것이다.

최근 들어, 온실가스로 인한 기후변화 및 화석연료 상승에 따라 신재생에너지에 대해 전세계적으로 중요한 이슈로 떠오르고 있으며, 이중 가장 큰 부분이 폐기물을 이용한 에너지 확보 방법이다.

일반적으로 매일 100톤 규모의 생활폐기물 소각장의 경우 시간당 9 Gcal의 스팀이 발생하며, 이러한 스팀의 열에너지는 발열량 6,000Kcal/kg인 유연탄 1.5톤/hr에 해당되는 열량으로 년간 532톤을 절감할 수 있는 에너지량에 해당하지만, 대다수 폐기물 소각 및 연소시설은 주변 민원 등으로 인해서 도시 외곽에 위치하게 되므로, 소각 및 연소시설에서 발생되는 스팀 등의 열에너지가 재사용되지 못하고 버려지고 있는 현실이다.

또한, 열에너지를 필요로 하는 소비처에서는 화석연료 가격 상승으로 인하여 경제적으로 많은 비용이 지출되고 있으며, 열 발생처와 열 소비처를 연결하는 방법으로는 스팀배관을 이용하는 방법이 일반적이지만 수요처가 원거리에 위치하거나 소규모일 경우에는 경제성이 낮아 스팀배관을 이용할 수 없는 문제점이 있었다.

도 1은 종래의 연소 폐열의 재활용 열에너지 공급방법의 일 예를 나타내는 구성도이고, 도 2는 종래의 연소 폐열의 재활용 열에너지 공급방법의 다른 예를 나타내는 구성도이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 종래의 특허공보 제10-1620034(공고일:2016.05.12)에 개시된 재활용 열에너지 공급방법의 일 예는, 폐기물을 소각 및 연소설비(110)에 연소시켜 보일러(120)에 열원을 제공하고, 대기방지시설(130)을 통과해서 굴뚝(stack; 160)을 통해 배기가스를 배출하게 된다.

이때 보일러(120)에서 발생한 스팀은 발전기(140)을 통과해서 전기를 생산하게 되고, 발전기(140)를 통과한 스팀은 외부로 배출되거나 냉각탑(150)을 통과해서 보일러(120)로 회수하여 재사용하게 된다. 또한, 소각 및 연소설비(110), 보일러(120) 및 대기방지시설(130)에서 발생된 재(ash; 170)는, 하나의 저장조에 포집되며 매립되어 폐기 처리된다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 종래의 재활용 열에너지 공급방법의 다른 예는, 폐기물을 소각 및 연소설비(210)에 연소시켜 보일러(220)에 열원을 제공하고, 대기방지시설(230)을 통과해서 굴뚝(stack; 240)을 통해 배기가스를 배출하게 된다.

이때 보일러(220)에서 발생된 스팀은 외부로 배출되고, 소각 및 연소설비(210), 보일러(220) 및 대기방지시설(230)에서 발생된 재(ash; 250)는, 하나의 저장조에 포집되며 매립되어 폐기 처리된다.

따라서, 소각로나 보일러 등과 같은 연소기기에 구비된 각종 연소장치나 가열장치를 가동하면서 많은 양의 폐열이 발생하고 있으나 통상 이러한 폐열원을 이용하는 경우가 많지 않고, 또한 폐열원을 이용하더라도 단순히 폐열원이 발생하는 지점이나 파이프 라인을 분기하고 이를 단열처리하여 직접적으로 공급받는 것으로, 폐열 에너지의 이용에 매우 소극적일 뿐만 아니라 폐열원의 이용효율 또한 크게 떨어지는 문제점이 있었다.

또한 페열이 집중되어 배출되는 굴뚝 등이 그 폐열에 의한 온도로 인하여 손상이나 파손되는 경우가 많아 잦은 유지보수를 실시하여야 하는 문제점이 있었다.

아울러 종래기술은 동작하기에 필요한 전기를 외부전원에 의존하여 사용하고 있어 그 사용전기에 의한 경제적인 부담이 크다는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로, 연소기기를 통해 연소시에 발생하는 폐열을 전기에너지로 생산하거나 재활용하여 에너지원으로 사용하기 용이한 구성을 간소화함과 동시에 그 폐열이 집중배출되는 굴뚝 등의 손상을 방지할 수 있는 전기생산이 가능한 열전발전수단이 부설된 연소기기 폐열을 이용한 에너지 재활용시스템을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

또한 에너지를 재활용함과 동시에 전기를 자가 생산하여 사용할 수 있는 전기생산이 가능한 열전발전수단이 부설된 연소기기 폐열을 이용한 에너지 재활용시스템을 제공하고자 하는데 또 다른 목적이 있다.

상술한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 전기생산이 가능한 열전발전수단이 부설된 연소기기 폐열을 이용한 에너지재활용시스템은 연소기기 외부에 설치되되 냉각수를 공급하는 냉각수 공급부와, 상기 연소기기에 적어도 하나 이상 설치되되 상기 터빈설비에서 연소시에 발생하는 폐열을 수집하여 외부로 배출할 수 있도록 안내하는 연도와, 폐열에 의해 가열된 각각의 상기 연도 온도를 감소시킬 수 있게 상기 냉각수 공급부에서 공급되는 냉각수와 열교환 할 수 있도록 구비되는 냉각수단과, 상기 냉각수단을 통해 열교환된 냉각수가 유입가능하도록 상기 냉각수단과 관 연결되되 외부에서 공급저장된 직수와 서로 열교환을 실시하여 열교환수를 생성하는 열교환기, 상기 열교환기를 통해 생성된 열교환수를 수용하되 수용된 열교환수가 난방실시구역의 난방수나 온수로 사용할 수 있도록 하는 축열조 및 상기 연소기기와 근접하게 설치되되 상기 연도의 폐열과 외기의 온도를 흡수하여 그 온도 편차에 의해 자가로 전기를 생산하는 열전모듈, 상기 열전모듈에서 생산된 전기가 충전되는 축전지를 포함하는 전기생산수단를 포함하되, 상기 연도는 원통 형상의 제1관, 상기 제1관 내부에 삽입설치되되 외면이 상기 제1관 내면과 서로 이웃하게 설치되는 제2관, 상기 제2관 내부에 삽입설치되되 외면이 상기 제2관 내면과 서로 이웃하게 설치되는 제3관을 포함한다.

또한 상기 냉각수단은 메인냉각부재 또는 보조냉각코일 중 적어도 어느 하나를 포함하되, 상기 메인냉각부재는 상기 제1관 외면에 길이방향으로 관 형태의 나선형상을 갖도록 돌출형성되되 일단은 상기 냉각수 공급부와 연결되며, 타단은 상기 열교환기와 연결되어 상기 제1관의 온도를 감쇄하는 제1냉각코일 또는 상기 제2관 외면에 길이방향으로 관 형태의 나선형상을 갖도록 돌출형성되되 일단은 상기 냉각수 공급부와 연결되며, 타단은 상기 열교환기와 연결되어 상기 제2관의 온도를 감쇄하는 제2냉각코일 중 적어도 어느 하나를 포함하며, 상기 보조냉각코일은 상기 제1냉각코일이 형성된 상기 제1관 또는 상기 제2냉각코일이 형성된 상기 제2관 중 적어도 어느 하나의 외면에 길이방향으로 감싸도록 코일형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한 상기 축열조는 내부에 수용공간부가 형성되되 외면에는 상기 수용공간부와 연결된 제1출구와 상기 수용공간부와 연결되지 않은 제2출구가 형성된 원통 형상의 몸체와, 상기 몸체에 구비되되 상기 열교환기를 통해 생성된 열교환수가 유입되는 입구가 형성되며, 입구를 통해 유입된 열교환수가 상기 난방실시구역의 난방이나 온수로 사용할 수 있게 분리배출가능한 복수의 출구로 이루어진 삼방밸브 및 상기 수용공간부 내부에 구비되되 일단은 상기 삼방밸브의 복수의 출구 중 어느 하나와 연결되며, 타단은 상기 제2출구와 연결되어 상기 난방실시구역의 난방에 필요한 난방수만 공급할 수 있도록 형성된 코일관을 포함하되, 상기 코일관은 상기 수용공간부에 수용된 열교환수의 온도에 의해 일정온도로 유지될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 연소기기가 연소시에 폐열이 배출되는 연도에 구비되는 냉각수단, 상기 냉각수단에 냉각수를 공급하는 냉각수 공급부 및 상기 연도에서 열교환이 이루어진 냉각수가 유입되어 외부에서 공급되는 직수와 다시 열교환하는 열교환기가 냉각라인을 통해 서로 순환가능하도록 설치되며, 상기 열교환기를 통해 열교환이 이루어진 열교환수를 난방실시구역의 난방이나 온수로 사용할 수 있도록 난방라인을 통해 순환가능하도록 함으로써, 폐열을 재활용하는 시스템의 구성을 간소화하고, 상기 연도에 구비된 냉각수단을 통하여 폐열의 온도에 의해 내구성이 저하되는 것을 방지하는 효과를 갖는다.

또한 전기생산수단을 통해 자가발전방식으로 전기를 생산/축적하여 사용함으로써, 경제적인 부담도 줄일 수 있는 효과를 갖는다.

도 1 및 도 2는 종래의 연소 폐열의 재활용 열에너지 공급방법을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 전기생산이 가능한 열전발전수단이 부설된 연소기기 폐열을 이용한 에너지 재활용시스템을 나타낸 개략도.
도 4는 본 발명에 따른 전기생산이 가능한 열전발전수단이 부설된 연소기기 폐열을 이용한 에너지 재활용시스템의 연도를 나타낸 도면.
도 5a는 도 4에 대한 제1관을 나타낸 도면.
도 5b는 도 5a에 대한 A-A' 단면도.
도 6a는 도 4에 대한 제2관을 나타낸 도면.
도 6b는 도 6a에 대한 B-B' 단면도.
도 7a는 도 4에 대한 일부 확대 단면도.
도 7b는 도 7a에 대한 다른 실시예.
도 8은 본 발명에 따른 전기생산이 가능한 열전발전수단이 부설된 연소기기 폐열을 이용한 에너지 재활용시스템의 보조냉각코일을 나타낸 도면.
도 9는 본 발명에 따른 전기생산이 가능한 열전발전수단이 부설된 연소기기 폐열을 이용한 에너지 재활용시스템의 축열조를 나타낸 도면.
도 10은 본 발명에 따른 전기생산이 가능한 열전발전수단이 부설된 연소기기 폐열을 이용한 에너지 재활용시스템의 작용관계도.
도 11은 본 발명에 따른 전기생산이 가능한 열전발전수단이 부설된 연소기기 폐열을 이용한 에너지 재활용시스템의 냉각수단에 관한 다른 실시예.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전기생산이 가능한 열전발전수단이 부설된 연소기기 폐열을 이용한 에너지재활용시스템(이하, 간략하게 '재활용시스템'이라 한다)에 대하여 상세히 설명한다.

먼저, 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 재활용시스템(1)은 크게 냉각수 공급부(100), 연도(200), 냉각수단(300), 열교환기(400), 축열조(500) 및 전기생산수단(700)을 포함하는 구성으로 이루어진다.

더욱 상세하게 설명하면, 상기 냉각수 공급부(100)는 후술하는 연도(200)를 통하여 연소기기(F)의 연소에 의해 발생한 고온의 폐열이 배출시에 상기 연도(200)의 온도(특히 표면온도)를 감쇄시키기 위한 냉각수를 냉각수단(300)에 공급하기 위한 구성이다.

냉각수 공급부(100)는 연소기기(F) 외부에 설치될 수 있으며, 제1순환펌프(P1)에 의해 냉각수단(300) 및 열교환기(400)와 서로 순환가능하게 냉각라인(L1)에 관 연결되어 연도(200)의 온도를 감쇄시킬 수 있도록 한다.

아울러 냉각라인(L1)에는 후술하는 열교환기(400)와 열교환이 이루어진 냉각수가 냉각수 공급부(100)로 순환시에 일시저장하되 그 저장된 냉각수의 온도를 제어부(미도시)로 측정하여 설정온도 이상의 냉각수가 저장된 경우에는 유입된 냉각수의 온도를 설정온도로 유지시킬 수 있는 별도의 냉각기(110)를 거쳐 냉각수 공급부(100)로 공급될 수 있도록 함으로써, 새로운 냉각수의 공급이 없이도 연도(200)의 온도를 감쇄시킬 수 있도록 한다.

그리고, 상기 연도(200)는 도 4 내지 도 6b에 도시한 바와 같이, 연소기기(F)에서 배출되는 고온의 폐열을 수집하여 일 방향으로 배출될 수 있도록 하기 위한 구성으로 통상 하나의 관으로 사용될 수 있으나 본 발명에서는 제1 내지 제3관(210,220,230)이 서로 이웃하게 중첩된 3중관 형상의 연도를 일 예로 설명하도록 한다.

제1관(210)은 내부에 소정지름의 중공부가 형성된 원통의 관 형상으로 이루어져 있으며, 외면에는 길이방향으로 내부에 냉각수 공급부(100)에서 공급된 냉각수가 이동할 수 있는 이동로를 제공하는 제1냉각코일(311)이 나선형상으로 돌출형성된다.

제2관(220)은 내부에 소정지름의 중공부가 형성된 원통의 관 형상으로 이루어져 제1관(210) 내부에 삽입설치되며, 외면에는 길이방향으로 내부에 냉각수 공급부(100)0)에서 공급된 냉각수가 이동할 수 있는 이동로를 제공하는 제2냉각코일(313)이 나선형상으로 돌출형성된다.

아울러 제2관(220)은 제1관(210) 내부에 삽입설치되되 외면이 상기 제1관(210) 내면과 소정거리 이웃하도록 삽입되어 후술하는 보조냉각코일(320)이 설치될 수 있도록 한다.

나아가 제1 및 제2관(210,220) 외면에 돌출형성된 제1 및 제2냉각코일(311,313)은 각각 그 돌출부(311a,313a)가 상기 제1관(210) 및 제2관(220)의 길이방향으로 소정거리 이웃하게 공간부(311b,313b)를 형성하도록 돌출형성되어 필요에 따라, 후술하는 보조냉각코일(320)이 상기 공간부(311b,313b)에 안정적으로 위치하여 설치될 수 있도록 한다.(도 7a 및 도 8 참조)

더 나아가 제1관(210) 외면에 돌출형성된 제1냉각코일(311)은 상기 제1관(210) 내면에 부가적으로 더 형성되거나 또는 상기 제1관(210) 외면이 아닌, 내면에만 돌출형성되어 제2냉각코일(313)에 형성된 공간부(313b)에 돌출부(311a)가 삽입될 수 있도록 하여 돌출부(311a)의 간섭이 없이 연도(200)가 설치되는 연소기기(F)의 구조에 따라 용이하게 설치될 수 있도록 한다.

제3관(230)은 내부에 소정지름의 중공부가 형성된 원통의 관 형상으로 이루어져 제2관(220) 내부에 삽입설치된다.

제3관(230)의 중공부에는 연소기기(F)의 폐열이 수집되어 배출될 수 있는 통로를 제공하며, 상술한 제1관(210)이나 제2관(220)과 동일하게 냉각수가 이동하는 제1 또는 제2냉각코일(311,313)이 형성될 수 있으나 폐열의 온도에 의해 상기 제1 또는 제2냉각코일(311,313)의 내구성이 저하되어 잦은 유지보수를 실시하는 문제점이 발생하지 않게 미설치되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 냉각수단(300)은 도 7a 내지 도 8에 도시한 바와 같이, 냉각수 공급부(100)를 통해 공급되는 냉각수가 연도(200) 외면을 따라 제1순환펌프(P1)에 의해 순환되어 상기 연도(200)의 표면온도를 감쇄시키기 위한 구성으로 제1냉각코일(311)과 제2냉각코일(313)로 이루어진 메인냉각부재(310) 및 보조냉각코일(320)을 포함하는 구성으로 이루어진다.

제1냉각코일(311)은 원통의 관 형상으로 이루어진 제1관(210) 외면 또는 내면 중 적어도 어느 한 면과 이어지게 길이방향으로 나선형상을 갖도록 돌출형성되어 냉각수의 이동에 의해 제1관(210)의 온도를 감쇄시킬 수 있도록 설치되며, 각각의 돌출부(311a)는 소정거리 서로 이웃하게 공간부(311b)를 형성하도록 돌출된다.

제2냉각코일(313)은 원통의 관 형상으로 이루어진 제2관(220) 외면과 이어지게 길이방향으로 나선형상을 갖도록 돌출형성되어 냉각수의 이동에 의해 제2관(220)의 온도를 감쇄시킬 수 있도록 설치되며, 각각의 돌출부(313a)는 제1관(210)에 형성된 제1냉각코일(311)과 동일하게 소정거리 서로 이웃하게 공간부(313b)를 형성하도록 돌출된다.

아울러 제1 및 제2냉각코일(311,313)은 필요에 따라 하나의 관으로 연결되어 설치될 수 있으나 이들 중 어느 하나의 냉각코일이 파손시에 비용의 부담이 없이 용이하게 교체할 수 있도록 냉각수 공급부(100)를 통해 각각 냉각수를 공급받아 연도(200)의 온도를 감쇄시킬 수 있도록 하며, 각각의 출구 측은 열교환기(400) 내부에서 하나로 합쳐져 직수공급부(420)에서 공급되는 직수와 열교환이 이루어지도록 한다.

보조냉각코일(320)은 전체적으로 코일 형상을 갖도록 형성되되 일단이 냉각수 공급부(100)0)와 관 연결되며, 타단은 열교환기(400)와 관 연결되어 상술한 제1관(210) 또는 제2관(220) 중 적어도 어느 하나의 외부에 길이방향으로 설치되어 메인냉각부재(310)과 함께 연도(200)의 온도를 감쇄시킨다.

보조냉각코일(320)은 제1관(210) 또는 제2관(220)에 돌출형성된 제1 또는 제2냉각코일(311,313)의 공간부(311b,313b)에 삽입될 수 있도록 배치되어 상기 제1 또는 제2관(210,220)과 고정설치된다.

아울러 보조냉각코일(320) 일단은 필요에 따라 제1 또는 제2냉각코일(311,313)의 입구 측과 서로 관 연결되되 밸브(미도시)에 의해 선택적으로 개폐되어 냉각수 공급부(100)에서 공급되는 냉각수가 동시에 유입될 수 있도록 함으로써, 작업자가 제어부를 통해 판단하여 메인냉각부재(310) 만으로 연도(200)의 온도 감쇄가 원활하지 못하다고 판단되면 밸브를 개방하여 보조냉각코일(320)에 냉각수를 더 공급하여 연도(200)의 온도를 감쇄하는데 일조하도록 한다.

나아가 상술한 제1 및 제2냉각코일(311,313)은 제1 및 제2관(210,220) 외면에 형성시에 연소기기(F) 방향에서 폐열이 배출되는 출구 측 방향으로 공간부(311b,313b)의 폭을 서로 달리하여 연소기기와 근접한 연도(200)의 온도는 급격하게 냉각하되 상기 연도(200)의 출구방향으로 향할수록 점진적으로 냉각속도가 느려지도록 함으로써, 폐열에 의해 서로 다른 온도범위를 갖는 연도(200)의 위치에 맞게 냉각되는 속도를 어느 정도 조절할 수 있도록 한다.(도 11 참조)

그리고, 상기 열교환기(400)는 도 3에 도시한 바와 같이, 연도(200)의 온도를 감쇄하는데 사용되어 온도가 상승한 냉각수와 직수를 열교환하여 난방실시구역(600)의 난방에 필요한 난방수와 온수를 획득하기 위한 구성이다.

열교환기(400)는 판형 또는 원통 형상으로 이루어진 통상의 열교환기기가 사용될 수 있으며, 온도가 상승한 냉각수와 열교환 하고자 하는 직수는 탱크(tank) 형상을 갖는 직수공급부(420)에 일시저장되어 열교환기(400) 측으로 유입되어 열교환이 이루어질 수 있도록 한다.

아울러 직수공급부(420)는 제어부와 연결된 수위센서(미도시)가 설치되어 상기 직수공급부(420)에 수용된 직수의 양을 측정하여 그 결과에 따라 보충할 수 있도록 하여 적정량의 직수가 항시 수용될 수 있도록 한다.

이때, 직수공급부(420)에서 열교환기(400) 측으로 유입되는 직수의 적정수압은 1±0.5kg/㎠ 를 유지하도록 하는 것이 바람직하다.

즉, 열교환기(400)를 통해 냉각수와 열교환을 하고자하는 직수는 그 공급지역에 따라 적게는 1kg/㎠ 에서 많게는 4kg/㎠ 의 수압차이를 가질 수 있는데 이 수압차이를 극복하여 열교환기(400)에 직수가 일정수압으로 공급될 수 있도록 직수공급부(420)를 통해 그 직수를 일시저장하여 열교환기(400)에 공급함으로써, 원활한 수압으로 열교환이 이루어지도록 하게 된다.

아울러 도시되어 있지는 않지만, 직수공급부(100)0)에는 저장된 직수가 적정수압으로 열교환기(400)에 공급될 수 있도록 감압기능을 갖는 펌프(미도시)에 의해 공급되도록 하며, 상술한 직수의 고유수압과 함께 제2순환펌프(P2)에 의해 열교환수가 난방라인에서 순환하도록 한다.

이때, 펌프는 제어부(미도시)를 통해 열교환기(400)로 공급되는 직수의 수압을 조절하여 생성하고자 하는 열교환수의 온도를 설정할 수 있도록 하며, 열교환수의 온도는 열교환기(400)에서 축열조(500)로 이어지는 난방라인(L2)에 설치된 온도센서(410)의 감지온도에 의해 제어될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또한 냉각수와 직수의 열교환이 이루어져 생성된 소정온도의 열교환수는 제2순환펌프(P2)에 의해 축열조(500)로 공급되어 난방실시구역(600)의 난방수는 물론, 온수로 사용될 수 있도록 한다.

그리고, 상기 축열조(500)는 도 9에 도시한 바와 같이, 상술한 직수공급부(420)와 동일한 탱크의 형태를 가지고 있으며, 열교환기(400)에서 열교환이 이루어져 생성된 열교환수가 난방라인(L2)에 설치된 제2순환펌프(P2)에 의해 공급 및 저장될 수 있도록 하기 위한 구성으로 몸체(510) 및 삼방밸브(520)를 포함하는 구성으로 이루어진다.

몸체(510)는 전체적으로 원통형이되 내부에 열교환수가 수용될 수 있는 수용공간부(515)가 형성된 탱크(tank) 형태로 이루어진다.

아울러 몸체(510) 외면에는 난방라인(L2)을 통해 상기 몸체(510) 내부로 공급된 열교환수가 난방실시구역(600)의 난방에 필요한 난방수와 상기 난방실시구역(600)에서 사용하고자 하는 온수로 분리되어 공급가능하도록 수용공간부(515)와 연통되는 제1출구(511) 및 상기 수용공간부(515)와 연결되지 않은 제2출구(513)가 각각 형성되도록 한다.

삼방밸브(520)는 제어부에 의해 전기적으로 개방되는 출구방향이 제어가능한 하나의 입구와 두 개의 분리된 출구를 갖는 통상의 3way 밸브인 삼방밸브(520)를 의미하며, 입구는 난방라인(L2)과 관 연결되어 열교환수가 유입될 수 있도록 하고, 복수의 출구는 몸체(510) 내부에 독립적으로 설치되어 상기 몸체(510) 외면에 설치된 복수의 출구와 각각 연결된다.

아울러 삼방밸브(520)의 복수의 출구 중 어느 하나는 몸체(510)에 구비된 제2출구(513)와 연결되어 난방라인(L2)과 난방실시구역(600)을 순환하는 난방수로 사용할 수 있도록 몸체(510) 내부에 전열면적이 넓어지게 코일관(530) 형태로 연결설치되며, 다른 하나의 출구는 상기 몸체(510)에 수용공간부(515)로 열교환수가 수용되어 제1출구(511)를 통해 온수로 사용할 수 있도록 한다.

이때, 코일관(530)은 그 외면이 수용공간부(515)에 수용된 열교환수의 온도에 의해 일정온도로 항시 유지할 수 있도록 하여 열교환기(400)와 축열조(500) 사이의 난방라인(L2)을 이동하는 열교환수의 온도가 어느 정도 상실되어도 상기 수용공간부(515)에 수용된 열교환수에 의해 소정온도 상승하여 보상받을 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 전기생산수단(700)은 연도(200)의 폐열을 이용하여 전기를 생산하기 위한 구성으로 백금으로 이루어진 열전모듈(710) 및 축전지(720)의 구성으로 이루어진다.

예컨대 열전모듈(710)은 폐열에 의한 전기를 생산할 수 있는 구성으로 가열소자(713) 및 냉각소자(715)를 포함하는 열전반도체(711)를 의미한다. 설명에 앞서, 본 발명에서의 축전지(720)는 통상의 전기가 충전되는 구성을 의미하는 것으로, 본 발명의 요지를 흐리지 않도록 상세한 설명은 생략하도록 하며, 상기 축전지(720)은 전기적으로 연결된 바이메탈을 통해 열전모듈(710)과 연결되어 전력이 생산되지 않을 시에는 전원을 차단하여 축전지(720)의 전력소모를 최소한으로 한다.

아울러 상기 가열소자(713)와 냉각소자(715)의 사이에는 상호 간의 열전도를 차단할 수 있는 석면, 유리섬유, 단열재 중 적어도 어느 하나를 포함하는 차단부재가 더 구비될 수 있으며, 각각의 가열소자(713)와 냉각소자(715)는 외부와의 접촉면적 즉, 열을 받아들이거나 외기온도를 받아들이기 위한 면적을 최대한으로 할 수 있도록 주름이 형성된 형태를 갖도록 형성된다.

열전반도체(711)의 일단은 열효율을 높이기 위해 고온의 폐열을 방출하는 연도(200)와 근접하게 설치되며, 그 타단은 공기공급관(200-1) 즉, 외기(연소용 공기)에 의해 냉각되는 상기 공기공급관(200-1)과 근접하게 설치된다.

아울러 열전반도체(711) 일단은 폐열을 회수할 수 있는 주름이 형성된 플레이트 구조의 가열소자(713)가 연결되며, 타단은 회수된 내부 열을 방출하여 보다 효율적으로 냉각할 수 있도록 상기 가열소자(713)와 동일 구조를 갖는 냉각소자(715)가 연결된다.

하여, 열전모듈(710)은 가열소자(713)와 냉각소자(715)를 통해 폐열의 회수는 물론, 냉각이 동시에 이루어져 열전반도체(711)를 통해서만 열전도가 이루어지는 구조를 가질 수 있으며, 이로 인하여 열전반도체(711)는 그 높은 온도 편차에 비례하여 기전력이 발생하고 전류가 흐르게 되어 전기를 생산하는 발전이 이루어지게 되는 것이다.

나아가 생산된 전기는 후술하는 축전지(720)에 충전되며, 제어부(미도시)를 통해 상술한 전기의 인가를 통하여 동작이 이루어지는 냉각기(110), 온도센서(410), 삼방밸브(520) 및 다수의 순환펌프에 각각 전기를 인가할 수 있도록 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 재활용 시스템(1)의 동작 및 작용관계를 설명하도록 한다.

도 10을 참조하면, 제어부(미도시)를 통하여 연소기기(F) 내부에 구비된 연소부에서 연소가 실행되면 동시적으로 냉각수 공급부(100)가 동작하여 냉각라인(L1)에 설치된 제1순환펌프(P1)에 의해 메인냉각부재(310) 또는 보조냉각코일(320) 중 적어도 어느 하나에 냉각수를 공급하여 연도(200)의 온도를 감쇄한다.

이후, 연도(200)의 온도를 감쇄하는데 사용된 냉각수는 제1순환펌프(P1)에 의해 열교환기(400)로 유입되며, 상기 열교환기(400)로 유입된 냉각수는 직수공급부(420)에서 공급되는 직수와 열교환을 하여 난방실시구역(600)의 난방이나 온수로 사용하기 위한 열교환수를 획득한다.

아울러 열교환기(400) 내에서 열교환이 이루어진 냉각수는 다시 냉각수 공급부(100)0)로 유입되거나 또는 냉각라인(L1)에 설치된 냉각기(110)에 의해 설정온도로 냉각되어 상기 냉각수 공급부(100)로 유입될 수 있도록 제1순환펌프(P1)에 의해 순환된다.

그리고, 열교환기(400)를 통해 획득한 열교환수는 난방라인(L2)에 설치된 제2순환펌프(P2)에 의해 축열조(500)를 구성하는 몸체(510) 내부로 유입되며, 상기 몸체(510)로 유입되는 열교환수는 삼방밸브(520)에 형성된 복수의 출구를 통해 각각 수용공간부(515)와 코일관(530)으로 분리 유입되어 난방실시구역(600)의 난방으로 사용하고자 하는 난방수와 상기 난방실시구역(600)의 온수로 사용할 수 있도록 한다.

아울러 난방실시구역(600)의 난방에 사용된 난방수는 다시 직수공급부(100)0)로 난방라인(L2)을 따라 환수되어 열교환기(400)를 통해 다시 열교환을 실시할 수 있도록 한다.

이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 재활용시스템은 종래와는 차별적으로 연소기기(F)가 연소시에 폐열이 배출되는 연도(200)에 구비되는 냉각수단(300), 상기 냉각수단(300)에 냉각수를 공급하는 냉각수 공급부(100) 및 상기 연도(200)에서 열교환이 이루어진 냉각수가 유입되어 외부에서 공급되는 직수와 다시 열교환하는 열교환기(400)가 냉각라인(L1)을 통해 서로 순환가능하도록 설치되며, 상기 열교환기(400)를 통해 열교환이 이루어진 열교환수를 난방실시구역(600)의 난방이나 온수로 사용할 수 있도록 난방라인(L2)을 통해 순환가능하도록 함으로써, 폐열을 재활용하는 시스템의 구성을 간소화하고, 상기 연도(200)에 구비된 냉각수단(300)을 통하여 폐열의 온도에 의해 내구성이 저하되는 것을 방지하는 효과를 갖는다.

또한 종래와는 차별적으로 전기생산수단(700)을 통해 자가발전방식으로 전기를 생산/축적하여 사용함으로써, 경제적인 부담도 줄일 수 있는 효과를 갖는다.

이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.

따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

1: 본 발명에 따른 전기생산이 가능한 열전발전수단이 부설된 연소기기 폐열을 이용한 에너지 재활용시스템
100: 냉각수 공급부 110: 냉각기
200: 연도 210: 제1관
220: 제2관 230: 제3관
300: 냉각수단 310: 메인냉각부재
311: 제1냉각코일 313: 제2냉각코일
320: 보조냉각코일 400: 열교환기
410: 온도센서 420: 직수공급부
500: 축열조 510: 몸체
511: 제1출구 513: 제2출구
515: 수용공간부 520: 삼방밸브
530: 코일관 600: 난방실시구역
700: 전기생산수단 710: 열전모듈
711: 연전반도체 713: 가열소자
715: 냉각소자 720: 축전지
P1: 제1순환펌프 P2: 제2순환펌프
L1: 냉각라인 L2: 난방라인

Claims (3)

1. 연소기기(F) 외부에 설치되되 냉각수를 공급하는 냉각수 공급부(100);
   상기 연소기기(F)에 적어도 하나 이상 설치되되 상기 연소기기(F)에서 연소시에 발생하는 폐열을 수집하여 외부로 배출할 수 있도록 안내하는 연도(200);
   폐열에 의해 가열된 각각의 상기 연도(200) 온도를 감소시킬 수 있게 상기 냉각수 공급부(100)에서 공급되는 냉각수와 열교환 할 수 있도록 구비되는 냉각수단(300);
   상기 냉각수단(300)을 통해 열교환된 냉각수가 유입가능하도록 상기 냉각수단(300)과 관 연결되되 외부에서 공급저장된 직수와 서로 열교환을 실시하여 열교환수를 생성하는 열교환기(400);
   상기 열교환기(400)를 통해 생성된 열교환수를 수용하되 수용된 열교환수가 난방실시구역(600)의 난방수나 온수로 사용할 수 있도록 하는 축열조(500); 및
   상기 연소기기(F)와 근접하게 설치되되 상기 연도(200)의 폐열과 외기의 온도를 흡수하여 그 온도 편차에 의해 자가로 전기를 생산하는 열전모듈(710), 상기 열전모듈(710)에서 생산된 전기가 충전되는 축전지(720)를 포함하는 전기생산수단(700);를 포함하되,
   상기 연도(200)는 원통 형상의 제1관(210), 상기 제1관(210) 내부에 삽입설치되되 외면이 상기 제1관(210) 내면과 서로 이웃하게 설치되는 제2관(220), 상기 제2관(220) 내부에 삽입설치되되 외면이 상기 제2관(220) 내면과 서로 이웃하게 설치되는 제3관(230)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기생산이 가능한 열전발전수단이 부설된 연소기기 폐열을 이용한 에너지 재활용시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 냉각수단(300)은 메인냉각부재(310) 또는 보조냉각코일(320) 중 적어도 어느 하나를 포함하되,
   상기 메인냉각부재(310)는 상기 제1관(210) 외면에 길이방향으로 관 형태의 나선형상을 갖도록 돌출형성되되 일단은 상기 냉각수 공급부(100)와 연결되며, 타단은 상기 열교환기(400)와 연결되어 상기 제1관(210)의 온도를 감쇄하는 제1냉각코일(311) 또는 상기 제2관(220) 외면에 길이방향으로 관 형태의 나선형상을 갖도록 돌출형성되되 일단은 상기 냉각수 공급부(100)와 연결되며, 타단은 상기 열교환기(400)와 연결되어 상기 제2관(220)의 온도를 감쇄하는 제2냉각코일(313) 중 적어도 어느 하나를 포함하며,
   상기 보조냉각코일(320)은 상기 제1냉각코일(311)이 형성된 상기 제1관(210) 또는 상기 제2냉각코일(313)이 형성된 상기 제2관(220) 중 적어도 어느 하나의 외면에 길이방향으로 감싸도록 코일형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기생산이 가능한 열전발전수단이 부설된 연소기기 폐열을 이용한 에너지 재활용시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 축열조(500)는
   내부에 수용공간부(515)가 형성되되 외면에는 상기 수용공간부(515)와 연결된 제1출구(511)와 상기 수용공간부(515)와 연결되지 않은 제2출구(513)가 형성된 원통 형상의 몸체(510);
   상기 몸체(510)에 구비되되 상기 열교환기(400)를 통해 생성된 열교환수가 유입되는 입구가 형성되며, 입구를 통해 유입된 열교환수가 상기 난방실시구역(600)의 난방이나 온수로 사용할 수 있게 분리배출가능한 복수의 출구로 이루어진 삼방밸브(520); 및
   상기 수용공간부(515) 내부에 구비되되 일단은 상기 삼방밸브(520)의 복수의 출구 중 어느 하나와 연결되며, 타단은 상기 제2출구(513)와 연결되어 상기 난방실시구역(600)의 난방에 필요한 난방수만 공급할 수 있도록 형성된 코일관(530);을 포함하되,
   상기 코일관(530)은 상기 수용공간부(515)에 수용된 열교환수의 온도에 의해 일정온도로 유지될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 전기생산이 가능한 열전발전수단이 부설된 연소기기 폐열을 이용한 에너지 재활용시스템.

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