KR0174226B1 - 온수순환식 난방기의 온수온도 제어장치 - Google Patents

온수순환식 난방기의 온수온도 제어장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 바닥난방의 효과가 확실하게 발휘되도록 한 온수순환식 난방기의 온수온도 제어장치에 관한 것이다.
가스급탕기(1)에서 1차온수를 생성하고, 에어컨디셔너(A)로 실내공기를 따뜻하게 송풍하는 온풍난방운전 중의 '약'난방과, 복수로(b1)를 통해서 환류되는 복수의 일부를 2차온수로서 온수매트(Fa,Fb)에 순환시키는 바닥난방을 동시에 할 경우에, 2차온수의 온도를 검지하여, 이 2차온수의 온도가 소정온도(예를들어 60℃)로 일정하게 유지되도록 가스급탕기(1)에서의 가열량을 제어하도록 한다.

Description

온수순환식 난방기의 온수온도 제어장치
제1도는 급탕기와 주변기기의 접속상태를 나타낸 도면.
제2도는 급탕기내의 배관상태를 나타낸 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 가스급탕기 2 : 펌프
3 : 저장탱크 4 : (액-액식)열교환기
5H : (1차온수축의)온도센서 5L : (2차온수측의)온도센서
A : 에어컨디셔너 B : 욕조
D : 실온센서 Fa : 온수매트
Fb : 온수매트 S : 세퍼레이터
본 발명은 버너에 의해서 비교적 고온으로 가열된 온수를 1차온수로서 순환시키며 '강·약'절환이 자유로운 온풍난방운전과, 순환되어 버너로 환류되는 복수(復水:증기를 액체로 복원시킨 물)의 일부를 2차온수로서 순환시키는 바닥난방을 동시에 할 수 있는 온수순환식 난방기의 온수온도 제어장치에 관한 것이다.
이러한 종류의 온수온도 제어장치로서는, 예를 들어, 일본국 공개특허공보 평1-27716호에 의하면, 비교적 고온인 1차온수를 순환시키는 순환로와, 상기 1차온수보다 저온인 2차온수를 순환시키는 순환로를 별개로 설치하고, 각 순환로에 개폐밸브를 설치함과 아울러 1차온수 순환로에 설치된 개폐밸브의 상류측에서 1차온수를 2차온수 순환로로 흐르게 하는 바이패스로를 설치하여, 1차온수에 의한 난방과 2차온수에 의한 난방을 택일적으로 행하도록 한 것이 기재되어 있다.
상기한 종래와 같은 온수순환식 난방기에 있어서, 온풍난방운전을 단독으로 할 경우에 온풍난방운전의 '강·약'절환을 자유롭게 한다면, '강'난방을 할때에는 1차온수온도가 약 80℃인 것이 바람직하며, 또 '약'난방을 할 때에 1차온수를 약 60℃정도로 낮추면 1차온수의 순환량을 변경시키지 않아도 되고, 또 도중의 배관부 등에서의 방열량을 적게할 수 있어 사용 상태가 좋아질 것이다. 한편, 바닥난방은 바닥에 매설된 온수매트에 2차온수를 순환시켜서 하는 것이므로, 2차온수온도는 소정온도 이상이 되지 않으면 바닥난방 효과가 발휘되지 않기 때문에, 통상 2차온수온도는 60℃정도로 설정된다. '강'난방과 바닥난방을 동시에 할 경우에는, 1차온수온도를 80℃로 설정하면 2차온수온도는 약 60℃가 되기 때문에 문제가 되지 않지만, '약'난방과 바닥난방을 동시에 할 때에는, 1차온수온도를 60℃로 설정하면 2차온수온도가 약 40℃까지 내려가기 때문에 바닥난방을 실질적으로 할 수 없다는 문제점이 발생한다.
여기서, 본 발명은, 상기한 문제점에 감안하여, '약'난방과 바닥난방을 동시에 할 경우에 바닥난방의 효과를 발휘할 수 있는 온수순환식 난방기의 온수온도 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특허청구범위 제1항의 발명은, 버너에 의해서 비교적 고온으로 가열된 온수를 1차온수로서 순환시켜 '강·약'절환이 자유로운 온풍난방운전과, 순환되어 버너로 환류되는 복수의 일부를 2차온수로서 순환시켜 바닥난방을 동시에 할 수 있는 온수순환식 난방기의 온수온도를 제어하는 장치로서, 1차온수의 일부를 2차온수측으로 흐르게 하는 바이패스로를 가진 것에 있어서, 2차온수의 온도를 검지하는 2차온수온도 검지수단과, '약'난방과 바닥난방을 동시에 할 때에 2차온수의 온도가 소정온도가 되도록 버너의 연소량을 제어하는 연소제어수단을 형성한 것을 특징으로 한다.
특허청구범위 제2항의 발명은, 특허청구범위 제1항의 발명에 있어서, 바닥난방이 행해지는 방의 실온을 검지하는 실온검지수단을 형성하여, 실온이 소정온도 이상인 경우에 2차온수의 단위시간당 순황량을 감소시키는 순환량 감소수단을 형성한 것을 특징으로 한다.
특허청구범위 제3항의 발명은, 특허청구범위 제2항의 발명에 있어서, 상기 순환량 감소수단은, 2차온수의 순환경로에 개설된 열동식(熱動式) 개폐밸브와, 상기 개폐밸브를 소정주기로 개폐시키는 개폐밸브 제어수단으로 된 것을 특징으로 한다.
'약'난방과 바닥난방을 동시에 할 때에는 2차온수의 온도를 기준으로 2차온수온도가 소정온도, 예를 들면 60℃가 되도록 버너의 연소량을 제어하도록 하면, 바닥난방의 효과를 발휘시킬 수 있다. 또 이 경우에는, 1차온수온도가 '약'난방에 적당한 온도, 예를 들어 60℃보다 고온이 되지만, 팬과 열교환기 등을 구비한 온풍난방기구내에서 비례밸브 등에 의해 1차온수의 유로를 좁혀 1차온수의 순환량을 감소시킴으로써 '약'난방을 할 수 있다. 또 이와 같이 1차온수의 순환량을 감소시키면 바이패스로를 통하여 2차온수측으로 분기되는 1차온수의 양이 증가하여 2차온수의 온도가 상승하려고 하지만, 버너의 연소량이 2차온수온도를 기준으로 제어되기 때문에, 2차온수온도가 상승하려고 하더라도 소정온도로 유지되도록 버너의 연소량이 억제되어, '약'난방과 바닥난방이 동시에 이루어질 수 있는 연소량으로 조절되게 된다.
또, 바닥난방과 온풍난방은 반드시 같은 방에 대해서 할 필요는 없고 별개의 방에 대해서 실시하는 경우가 있으며, 이러한 경우에는 바닥난방을 행하고 있는 방의 실온이 소정온도 이상이 되면 바닥난방에 의한 난방력을 감소시키는 것이 바람직하다. 그래서, 특허청구범위 제2항의 발명과 같이, 실온이 소정온도 이상이 되면 이차온수의 순환량을 감소시켜 바닥난방에 의한 난방력을 감소시키도록 하였다.
또, 열동식 개폐밸브는, 고온환경하에서의 내구성은 뛰어나지만 히터에 통전하고서 실제로 개폐되기까지의 응답성이 나쁘기 때문에, 전자식의 비례제어밸브와 같이 중간 열림도로 일정하게 유지하기 어렵다. 따라서 종래는, 열동식 개폐밸브는 주로 난방기와 같이 개폐밸브의 응답성이 요구되지 않는 특히 난방기의 관로르 개폐하기 위해 사용되며, 난방기라 하더라도 유량제어를 위한 목적으로는 그다지 사용되지 않는다. 그래서 특허청구범위 제3항의 발명과 같이, 상기 개폐밸브를 소정주기로 개폐시켜 단위시간당 순환량을 감소시키도록하면, 예를 들어 비례제어밸브를 사용하는 경우보다 간단한 제어로 2차온수의 순환량을 감소시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.
제1도는 가스급탕기(1)를 사용하여, '강·약'절환이 자유로운 온풍난방운전과 욕실의 물을 데우는 시스템의 개요를 나타내고 있다. 온풍난방운전의 경우에는, 가스급탕기(1)에서 고온의 온수(이하, 1차온수라고 한다)를 순환로(f1)를 통해서 에어컨디셔너(A)에 공급하고, 실내공기를 고온의 온수로 가열하여 온풍으로서 실내에 송풍한다. 상기 에어컨디셔너내에는 송풍용의 팬과, 상기 팬의 송풍로에 위치하며 1차온수가 흐르는 열교환기(방열기)가 구비되어 있으며, 또한 1차온수온도를 검지하여 1차온수온도가 다소 변동하더라도 방열기에서 송풍공기에 부여되는 열량이 일정하게 유지되도록 1차온수의 순환량을 증감제어하는 비례제어밸브가 설치되어 있다. 또한, 송풍온도는 '고·저' 2단계로 설정할 수 있으며, 고온으로 설정하면 '강'난방이 행해지고 저온으로 설정하면 '약'난방이 행해진다. 또, 본 실시예에서는 상기 방열기의 상류에 냉매에 의해서 냉각되는 열교환기(냉각기)를 구비하여, 여름철에는 쿨러로서 사용할 수 있으며, 또 방열기와 냉각기의 동시 사용에 의하여 제습기로서도 사용할 수 있다.
또, 제습기로서 사용할 때는 방열기는 '약'난방과 같은 조건에서 작동시킨다. 그리고, 방열기를 통하여 팬으로부터의 송풍공기에 열을 전달하여 온도가 내려간 복수는 복수로(b1)를 통하여 가스급탕기(1)에 환류된다. 상기 환류된 복수는 다시 가스급탕기(1)에서 가열되어 1차온수로서 순환로(f1)를 통하여 송출되고, 한편, 가열되기 전의 복수의 일부는 2차온수로서 순환로(f2)로 분기되고, 세퍼레이터(S)에서 다시 순환로(f3)와 순환로(f4)로 분기된다. 각 순환로(f3,f4) 모두는 각각 온수매트(Fa,Fb)에 공급되어 바닥난방을 한 후, 상기 복수로(b1)를 통해서 복수로서 가스급탕기(1)에 환류된다. 또, 욕실의 물을 데울 경우에는 에어컨디셔너(A)용의 1차온수 및 온수매트(Fa,Fb)용의 2차온수의 순환경로와는 다른 경로를 형성하여, 욕조(B)내의 온수를 복수로(b2)를 통하여 흡수하고, 에어컨디셔너(A)로 보내는 1차온수의 일부를 사용해서 후술하는 액-액식(液-液式)의 열교환기를 통해서 욕조로부터 흡수한 온수를 가열하여 순환로(f5)를 통해서 욕조내에 상기 가열된 온수를 되돌린다. 또, D는 실온검지수단인 실온센서이고, 온수매트(Fa,Fb)가 설치되어 있는 실내의 온도를 검지하는 것이다.
제2도를 참조해서, 가스급탕기(1)내에는 버너(10)를 열원으로 하는 열교환기(11)가 설치되어 있고, 펌프(2)에 의해서 순환되는 온수가 버너(10)에 의해 열교환기(11)를 통해서 가열되어 1차온수가 되고 관로(12)에서 상기 순환로(f1)에 공급된다. 복수로(b1)를 통하여 되돌아온 복수는 일단 저장탱크(3)에 들어온 후, 상기 펌프(2)에 흡인된다. 그런데, 상기 펌프(2)로부터 토출되는 복수는 관로(13)를 통해서 상기 열교환기(11)에 환류되는데, 복수의 일부는 2차온수로서 관로(14)로 흘러서 순환로(f2)를 통해서 세퍼레이터(S)에 도달한다. 또한, 1차온수의 온도는 관로(12)에 설치된 온도센서(5H)에 의해거 검지되고, 2차온수의 온도는 관로(14)에 설치된 온도센서(5L)에서 검지되어, 양 온도센서(5H,5L)의 검지신호는 모두 도시하지 않은 제어장치로 보내진다. 상기 세퍼레이터(S)내에는 순환로(f3,f4)에 대응해서 열동식 개폐밸브(Va,Vb)가 설치되어 있으며, 가스급탕기(1)내에 설치된 도시하지 않은 제어장치에서의 제어신호에 의해 순환로(f3,f4)의 입구를 각각 개폐하여 온수매트(Fa,Fb)로의 2차온수의 공급을 차단할 수 있다. 그런데, 개폐밸브(Va,Vb)는 내부에 왁스펠릿과 이 왁스펠릿을 가열하는 히터가 구비되어 있으며, 왁스펠릿내에 슬라이딩이 자유로운 피스톤에 의해서 밀봉된 왁수를 히터로 가열하여 팽창시킴으로써 피스톤을 슬라이딩시켜, 피스톤에 일체로 된 왁스펠릿의 로드로 밸브자를 눌러서 밸브를 개방시키는 것이다. 또, 온수매트(Fa,Fb)에서 나오는 복수는 복수로(b1)를 통해서 저장탱크(3)에 되돌아 온다. 그런데, 상기 순환로(f1)와 상기 복수로(b1) 사이에는 바이패스(BP)에 의하여 연이어 통하도록 되어 있어, 에어컨디셔너(A)내의 비례제어밸브를 닫고 에어컨디셔너(A)의 작동을 정지하여 바닥난방을 단독으로 운전할 경우에는, 1차온수가 바이패스(BP)를 통해서 직접 시스템(3)으로 흐르게 하여, 그 일부를 2차온수로서 온수매트(Fa,Fb)에 흘려 바닥난방의 단독운전이 가능하도록 하였다. 또, 저장탱크(3)에는 고수위를 검지하기 위한 전극(31)과 저수위를 검지하기 위한 전극(32)이 설치되어 있으며, 저장탱크의 수량이 줄어들어 수면이 전극(32)의 하단가지 낮아지면 전극(31)의 선단에 수면이 접촉할 때까지 수도물이 급수관(33)을 통해서 급수되며, 또, 예를 들어 저장탱크(3)내의 수면이 전극(31)의 하단위치를 초과하여 오버플로하더라도 배수관(34)을 통해서 여분의 물 또는 온수가 배출된다.
그런데, 상기 관로(12)의 도중에서 1차온수의 일부를 액-액식의 열교환기(4)로 분기되도록 배관되어 있으며, 상기 열교환기(4)의 1차온수의 입구부분에는 열동식의 개폐밸브(Vc)가 설치되어 있다. 이 개폐밸브(Vc)는 상기 욕조(B)내의 온수를 데울 경우에만 상기 제어장치로부터 제어신호를 받아 밸브를 닫는다. 상기 열교환기(4)에는 펌프(40)에 의해서 욕조(B)내의 온수가 순환되지만, 온수를 보충할 때에는 별도의 도시하지 않은 급탕기로부터 관로(41)를 통해서 온수가 공급되어, 열교환기(4) 및 순환로(f5)와 복수로(b2)를 통해서 욕조(B)내에 공급된다. 또한, 42는 항상 폐쇄되어 있는 개페밸브로서, 관로(41)를 통해서 온수를 욕조(B)내에 공급할 때에 밸브가 개방되며, 이 개폐밸브(42)를 통과한 온수는 역류방지밸브(43) 및 유량제(44)를 통해서 욕조(B)내에 공급된다. 또 45는 수류 스위치로서, 펌프(40)의 작동에 의한 복수로(b2)로부터의 온수가 실제로 열교환기(4)에 유입되는 것을 검지하며, 반드시 욕조(B)내에 온수가 있는 상태에서만 펌프(40)를 작동시켜 펌프(40)의 공회전에 의한 파손과소음을 방지하는 것이다.
상기 구성에 의해, 겨울철과 같이, 에어컨디셔너(A)에 의한 온풍난방운전 중에서 '강'난방과 온수매트(Fa,Fb)에 의한 바닥난방을 동시에 할 경우에는 열교환기(11)내에서의 비등방지와 '강'난방에 의한 온풍온도의 확보를 우선으로 하여, 온도센서(5H)로부터의 검지신호에 기초하여 1차온수의 온도가, 예를 들어 80℃가 되도록 버너(10)의 연소량을 제어하여, 에어컨디셔너(A)의 온풍온도를 강난방시의 소정온도로 유지되도록 한다. 온스매트(Fa,Fb)가 설치되어 있는 방의 실온은 실온센서(D)에 의해 검지되며, 이 실온이 임의로 설정되는 소정온도까지 상승하면 발바닥의 온도가 높다고 느끼게 되므로, 따라서 온수매트(Fa,Fb)의 2차온수 순환량을 감소시켜 바닥난방에 의한 난방량을 감소시킬 필요가 생긴다. 따라서 개폐밸브(Va,Vb)로의 통전전류치를, 개폐밸브(Va,Vb)를 완전하게 폐쇄하는 전류치보다 작게 하여, 개폐밸브(Va,Vb)를 완전하게 폐쇄하지는 않고, 개방 정도를 온수매트(Fa,Fb)로의 2차온수순환량을 감소시키면 된다. 다만, 상기 실시예와 같이 개폐밸브(Va,Vb)가 열동식인 경우에는 전자비롑래브와 같이 개방 정도를 정확하게 콘트롤하기 어렵기 때문에, 주기적으로 개폐하여, 단위시간당의 2차온수 순환량이 감소되도록 제어하여도 된다.
다음은, 예를 들어 제습운전과 같이 '약'난방을 하는 경우에는, 에어컨디셔너(A)의 냉방기능과 온풍난방기능('약'난방)을 동시에 작동시켜, 실내공기를 일단 냉각하여 공기 중의 수분을 결로시켜 제거한 후, 1차온수에 의해서 따뜻해지고 건조된 공기로 실내에 송풍한다. 또 바닥난방을 동시에 행하는 경우에는 상술한 바와 같이 온수매트(Fa,Fb)에 2차온수를 순환시킨다. 이와같이 약 난방시에 바닥난방을 병용하는 경우에는, 온도센서(5L)에 의해 검지되는 2차온수의 온도를 기초로, 이 2차온수의 온도가 예를 들어 60℃가 되도록 상기 버너(10)의 연소량을 제어하여 바닥난방에 의한 효과가 충분히 발휘되도록 한다. 또, 이와 같이 2차온수온도를 60℃가 되도록 제어하면 1차온수온도는 '강' 난방시의 온도인 80℃에 가까운 온도로 되지만, 에어컨디셔너(A)내의 비례제어밸브의 개방 정도가 자동적으로 좁혀져 1차온수의 순환량이 '약'난방에 적절하도록 감소된다. 이와 같이 하면, 바이패스(BP)를 통해서 저장탱크(3)에 흐르는 1차온수의 양이 증가하여 2차온수의 온도가 상승하려고 하지만, 버너의 연소량이 감소되어 '약'난방과 바닥난방이 행해지는 상태로 안정된다. 또, 실온센서(D)에 의해 검지되는 실온이 소정온도가 되면 발바닥 온도가 높다고 느끼게 되므로 바닥난방에 의한 난방량을 감소시킬 필요가 생긴다. 따라서, 상기 '강'난방과 바닥난방을 동시에 하는 경우와 마찬가지로 개폐밸브(Va,Vb)의 개방 정도를 좁히거나, 혹은 개폐밸브(Va,Vb)를 주기적으로 개폐한다. 그런데, '약'난방과 바닥난방을 동시에 하는 경우는 온도센서(5L)가 검지하는 2차온수의 온도에 기초해서 버너(10)의 연소량을 제어하기 때문에, 2차온수는 항상 순환되는 것이 바람직하다. 따라서 실온이 소정온도 이상이 되어 개폐밸브(Va,Vb)를 주기적으로 개폐하는 경우에는 개폐밸브(Va,Vb)의 개폐주기를 엇갈리게 하여 개폐밸브(Va,Vb)의 적어도 일측이 항상 개방되도록 제어하는 것이 바람직하다. 또, 개폐밸브(Va,Vb)의 쌍방이 동시에 폐쇄되는 경우와 온수매트가 1개 밖에 설치되어 있지않은 경우에는 개폐주기내에 2차온수가 순환되지 않는 기간이 생긴다. 이 경우에는 2차온수의 순환을 재개시킬 때까지 잠정적으로 온도센서(5H)가 검지하는 1차온수의 온도를 기초로 하여 버너(10)의 연소량을 제어하고, 개폐밸브(Va,Vb)의 적어도 일측이 개방되어 2차온수의 순환이 재개되면 다시 온도센서(5L)가 검지하는 2차온수의 온도를 기초로 하여 버너(10)의 연소량을 제어하도록 하면 된다.
이상의 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은, '약'난방과 바닥난방을 동시에 작동시킬 경우에는 바닥난방에 이용하는 2차온수의 온도를 기초로 하여 버너의 연소량을 제어하기 때문에, 바닥난방의 효과가 확실하게 발휘된다.

Claims (3)

  1. 버너에 의해서 비교적 고온으로 가열된 온수를 1차온수로서 순환시키며 '강·약'절환이 자유로운 온풍난방운전과, 순환되어 버너로 환류되는 복수의 일부를 2차온수로서 순환시키는 바닥난방을 동시에 할 수 있는 온수순환식 난방기의 온수온도를 제어하는 장치로서, 1차온수의 일부를 2차온수측으로 흐르게 하는 바이패스로를 가진 것에 있어서, 2차온수의 온도를 검지하는 2차온수온도 검지수단과, '약'난방과 바닥난방을 동시에 할 때에 2차온수의 온도가 소정온도가 되도록 버너의 연소량을 제어하는 연소제어수단을 형성한 것을 특징으로 하는 온수순환식 난방기의 온수온도 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 바닥난방이 행해지는 방의 실온을 검지하는 실온검지수단을 형성하여, 실온이 소정온도 이상인 경우에는 2차온수의 단위시간단 순환량을 감소시키는 순환량 감소수단을 형성한 것을 특징으로 하는 온수순환식 난방기의 온수온도 제어장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 순환량 감소수단은, 2차온수의 순환경로에 설치된 열동식 개폐밸브와, 상기 개폐밸브를 소정주기로 개폐시키는 개폐밸브 제어수단으로 된 것을 특징으로 하는 온수순환식 난방기의 온수온도 제어장치.
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