KR100387177B1 - 잠열 회수형 급탕기 - Google Patents

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Abstract

(과제) 통수로(11)에 삽입된 열교환기(12)부분에서 발생되는 드레인을 배출하기 위한 배출로(18)와, 상기 통수로(11)에서의 상기 열교환기(12)의 상류측으로부터 분기해서 상기 배출로(18)로 연결되는 동시에 개폐밸브(16)를 구비한 분기로 (15)와, 상기 열교환기(12)를 가열하는 가스 버너(21)가 연소되었을 때에 상기 개폐밸브(16)를 개변시키는 밸브 제어장치를 구비하는 잠열 회수형 급탕기에 있어서, 상기 통수로(11)에 공급되는 수돗물의 급수압 변동에 관계없이 드레인에 혼합되는 수돗물의 양이 적정량으로 유지되도록 함으로써, 상기 수돗물의 낭비가 방지될 수 있도록 한다.
(해결수단) 상기 분기로(15)에, 수압변화에 바뀌지 않고 유량을 일정하게 유지하는 정류량 밸브(31)를 삽입했다.

Description

잠열 회수형 급탕기{Hot water supply system collecting latent heat}
본 발명은, 가스 버너로부터의 연소배기가 이슬점 이하가 되기까지 열교환기에 흡열시키는 형식의 잠열 회수형(潛熱 回收型)급탕기, 특히, 상기 열교환기에서 발생되는 산성 드레인을 수돗물로 희석시키는 기능을 구비한 잠열 회수형 급탕기에 관한 것이다.
열교환기에서 발생하는 드레인을 수돗물로 희석시키는 기능을 구비한 잠열 회수형 급탕기로써, 일본국 공고 실용신안 평5-19703호 공보에 개시된 도 5와 같은 구성을 가진 것이 알려져 있다.
통수로{通水路(11)}에는 열교환기(12)와 수류(水流) 스위치(13)와 출탕(出湯) 수도꼭지(10)가 이 순서로 상류측으로부터 배설되어 있음과 아울러, 열교환기 (12)에서 발생되는 드레인은 받침접시(14)로부터 인출된 배액로{排液路(18)}를 통해서 배출되도록 되어 있다.
상기 통수로(11)에서의 열교환기(12)의 상류측으로부터는 드레인을 희석시키 위한 분기로(15)가 분기하고 있음과 아울러, 상기 분기로(15)에 형성된 개폐밸브 (16)의 하류측 탱크(17)는 주수로{注水路(19)}를 통해서 상기 배액로(18)에 접속되어 있다.
이 것은 출탕시에 가스버너(21)로부터의 연소배기가 열교환기(12)에 접촉됨으로써, 열교환되어 이슬점 이하로 온도가 저하되면, 연소배기중의 질소산화물과 유화물등이 포함된 산성의 드레인이 발생하여 이것이 받침 접시(14)로부터 배액로 (18)로 흐른다.
한편, 상기 출탕시에는 통수로(11)의 물의 흐름을 검지하는 수류 스위치(13)의 신호로 개폐밸브(16)가 개변되어, 분기로(15)부터의 수돗물이 탱크(17)및 주수로(19)를 통해서 상기 배액로(18)를 흐르는 드레인에 혼합됨으로써, 상기 드레인이 소정의 PH값까지 희석되어 배출된다. 따라서, 열교환기(12)에서 발생되는 산성도가 높은 드레인이 그대로 하수도로 배출되지 않고, 환경오염의 방지에 공헌할 수 있다.
이 종류의 잠열 회수형 급탕기에서는 출탕 수도꼭지(10)의 개도(開度)변화에 의해서 출탕량이 변화되면, 이에 따라 가스 버너(21)의 연소량이 제어됨으로써, 항상 설정온도의 온수가 얻어지도록 되어 있는 것이 일반적이다.
그러나, 상기 도 5에 있어서, 출탕량에 따라서 가스버너(21)의 연소량이 제어되는 경우일지라도, 상기 통수로(11)에 공급되는 수돗물의 급수압이 높아진 경우에는 상기 개폐밸브(16)로부터 필요 이상으로 희석용 물이 토출(吐出)되어서 수돗물이 낭비된다는 문제가 있었다.
상기 문제점에 대해서 더 자세히 서술한다.
출탕 설정온도와 통수로(11)에 유입되는 수돗물의 입수온을 일정하게 한 경우, 출탕량이 동일한 한, 가스 버너(21)의 연소량도 동일하게 유지되므로, 연소배기량에 의해서 결정되는 드레인의 발생량도 동일해진다.
그런데, 통수로(11)내의 통과유량은 출탕 수도꼭지(10)의 개도등에 의해서 결정되는 통수로(11)의 통과면적과 급수압에 의해서 결정되므로, 동일한 출탕량일지라도 급수압이 높고 통수로(11)의 상기 통과면적이 작은 경우{수도꼭지(10)의 개도등이 작은 경우}와, 이것과는 반대로 상기 급수압이 낮고 상기 통과면적이 큰 경우{수도꼭지(10)의 개도등이 큰 경우}가 있을 수 있다. 이들 어떤 경우도, 출탕량이 동일하기 때문에 가스버너(21)의 연소량도 동일하게 유지되고, 따라서, 드레인의 발생량도 동일해진다.
그러나, 전자의 급수압이 높은 경우에는 분기로(15)내의 유량이 증가하므로 개폐밸브(16)에서 필요 이상의 수돗물이 토출되어서 수돗물의 낭비가 발생하는 것이다.
본 발명에 관한 점을 감안하여 이루어진 것으로,
『통수로(11)에 삽입된 열교환기(12)부분에서 발생되는 드레인을 배출하기 위한 배출로(18)와,
상기 통수로(11)에서의 상기 열교환기(12)의 상류측으로부터 분기하여 상기 배출로(18)에 연결되는 동시에 개폐밸브(16)를 구비한 분기로(15)와,
상기 열교환기(12)를 가열하는 가스버너(21)가 연소했을 때에 상기 개폐밸브 (16)를 개변시키는 밸브제어장치를 구비하는 잠열 회수형 급탕기』에 있어서, 상기 통수로(11)에 공급되는 수돗물의 급수압 변동에 관계없이 드레인에 혼합되는 수돗물의 양이 적정량으로 유지되도록 함으로써, 상기 수돗물의 낭비를 방지할 수 있도록 하는 것을 그 과제로 한다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 잠열 회수형 급탕기의 개략구조도이다.
도 2는 정류량 밸브(31)의 단면도이다.
도 3은 연소량(P)과 드레인 발생량(Q)및 개폐밸브(16)의 개변시간(t)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 관한 잠열 회수형 급탕기의 제어동작을 설명하는 플로차트이다.
도 5는 종래예의 설명도이다.
(도면중 주요부분에 대한 부호의 설명)
(11) - 통수로 (12) - 열교환기
(15) - 분기로 (16) - 개폐밸브
(18) - 배출로
[1항]
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 기술적 수단은,
『상기 분기로(15)에, 수압변화에 관계없이 유량을 일정하게 유지하는 정류량 밸브(31)를 삽입했다』는 것이다.
상기 기술적 수단에 의하면, 통수로(11)에 공급되는 수돗물의 급수압이 변화해도 정류량 밸브(31)의 기능에 의해서 분기로(15)내의 유량이 일정하게 유지됨으로써, 배액로(18)를 흐르는 드레인에 혼합되는 수돗물이 필요이상으로 많아지는 문제점이 없다.
[2항]
상기 1항에 있어서,
『상기 밸브 제어장치는, 단위 시간당 상기 가스버너(21)의 연소량을 판정하는 판정수단과, 상기 연소량의 증가에 따라서 상기 개폐밸브(16)의 개변시간을 길게 하는 개변시간 제어수단을 구비하고 있다』는 것에서는, 판정수단이 판정하는 가스버너(21)의 연소량에 따라서, 개변시간 제어수단이 개폐밸브(16)의 개변시간을 길게 한다. 따라서, 출탕 설정온도가 변경되어서 가스버너(21)의 연소량이 변화되면, 그에 따라서 드레인 발생량이 변화하여 희석후의 PH값을 거의 일정하게 유지할 수 있다.
상기 제 1항~2항의 발명은 다음의 특유한 효과를 가진다.
급수압이 변화되도 정류량 밸브(31)의 기능에 의해서 분기로(15)내의 유량이 일정하게 유지되므로, 배액로(18)를 흐르는 드레인에 혼합되기 위한 수돗물이 필요 이상으로 사용되는 문제점이 없다.
또, 2항에서는, 상기한 바와같이 출탕 설정온도가 변경되어서 가스버너(21)의 연소량이 변화함에 따라서, 드레인 발생량이 변화해도 희석후의 PH값을 거의 일정하게 유지할 수 있다.
(실시형태)
이하, 본 발명의 실시형태를 설명한다.
도 1은, 본 발명의 실시형태에 관한 잠열 회수형 급탕기의 개략 구성도이다.
통체(41)안은, 그 상단에 위치하는 급기(給氣)팬(45)의 접속부로부터 하단 근방측벽의 배기구(47)에 연결되는 연소용 통기로(A)로 되어 있고, 급기팬(45)의 접속부의 근방에는 가스버너(21)가 배설되어 있다. 또, 가스버너(21)에 대한 가스 회로(40)에는 가스비례밸브(43)와 그 상류측의 가스원(元)밸브(44)가 배설되어 있다.
통체(41)안에는 가스버너(21)의 하측에 위치하는 열교환기(12)가 설치되어 있음과 아울러, 상기 열교환기(12)는 흡열팬(49)들과 이것들을 관통하는 통수로 (11)로 구성되어 있다. 열교환기(12)의 상부는 가스버너(21)로부터 발생되는 연소배기의 현열을 흡수하는 현열흡수부(121)로 되어 있다. 한편, 열교환기(12)의 하부는 연소배기의 잠열을 흡수하는 잠열 흡수부(122)로 되어 있다.
한편, 통수로(11)에서의 열교환기(12)의 상류부와 하류부는 바이패스 (bypass)로(路)(23)에서 연결되어 있음과 아울러, 상기 바이패스로(23)에는 바이패스 유량조절밸브(25)가 배설되어 있고, 상기 바이패스 유량조절밸브(25)를 제어함으로써, 열교환기(12)를 통과한 고온수에 바이패스로(23)로부터의 저온수를 혼합해서 조정한 적온수가 출탕 수도꼭지(10)에 공급될 수 있도록 하고 있다. 이와 같이하면, 출탕 수도꼭지(10)를 닫은 급탕정지시에 있어서 열교환기(12)부분에 고온수가 체류하는 후끊음 현상이 발생해도 재차 출탕 수도꼭지(10)를 개방했을 때에는 상기 고온수에 바이패스로(23)로부터의 저온수가 혼합되어서 적온수가 출탕 수도꼭지(10)측에 공급될 수 있다. 또, 통수로(11)에서의 바이패스로(23)의 분기부 상류에는 메인 유량 조절밸브(27)와 그 상류측의 유량계(28)와 입수온 센서(29)가 배설되어 있다.
또, 통수로(11)에서의 유량계(28)의 상류로부터 분기로(15)에는 전자식 개폐밸브(16)가 배설되어 있음과 아울러, 분기로(15)에서의 상기 개폐밸브(16)의 하류측에는 수압변화에 관계없이 유량을 일정하게 유지하는 정류량 밸브(31)가 배설되어 있고, 분기로(15)의 하류단은 드레인 중화탱크(20)안으로 개방되어 있다.
상기 정류량 밸브(31)는 도 2에 나타낸 바와같은 구조를 가지고 있고, 밸브상자(32)를 구성하는 큰 지름통(33)안에는 용수철(34)로 상류측으로 탄성됨과 동시에 통수로인 관통구멍(30)이 관통형성된 거의 원반형상의 다이어프램 홀더 diaphragm(35)}가 배설되어 있다. 이 다이어프램 홀더(35)와 누름 원판(37)의 사이에는 고무로 만든 다이어프램(36)이 끼워진 상태로 지지되고 있음과 동시에, 상기 다이어프램(36)의 바깥둘레는 밸브상자(32)의 큰 지름통(33)과 감입(嵌入) 블록 (38)의 선단 플랜지(39)부분의 사이에 고정되어 있다. 상기 감입 블록(38)의 중심부에는 통수구멍(50)이 관통하고 있음과 아울러, 상기 통수구멍(50)에는 용수철 (51)로 하류측으로 탄성된 밸브부재(52)의 밸브축(53)이 공간을 두고 끼워져 통함으로써, 밸브축(53)의 바깥둘레와 통수구멍(50)의 내주의 사이에 통수용의 미소간격이 형성되도록 되어 있다. 또, 상기 밸브축(53)의 선단부는 다이어프램 홀더(35)의 삽통구{(揷痛口)(55)}에 삽입되어 있다.
이 정류량 밸브(31)에서는, 상류단의 입구부(56)에서 수돗물이 유입되면, 상기 수돗물은 감입 블록(38)중심부의 통수구멍(50)과 밸브축(53)과의 간격으로부터 다이어프램 홀더(35)의 관통구멍(30)을 통과해서 출구부(57)측으로 흐른다. 입구부 (56)로부터 유입되는 수돗물의 수압이 높아지면, 상기 수압이 상기 통수구멍(50)을 통해서 다이어프램(36)의 배설부에 전달됨으로써, 상기 다이어프램(36)이 하류측으로 변형되어 다이어프램 홀더(35)가 상기 하류측으로 이동한다. 그러면, 밸브 부재(52)가 용수철(51)의 탄성력으로 감입 블록(38)의 통수구멍(50)의 하류단인 밸브 시트부(54)로 접근함으로써, 통수구멍(50)내주와 밸브축(53)외주의 간격내 유량이 줄어들어서 수압 상승에 수반되는 유량증가를 방지한다. 한편, 입구부(56)로부터 유입되는 수돗물의 수압이 저하되면, 상기 수압 상승시와는 반대로 용수철(34)의 탄성력으로 다이어프램(36)이 상류측으로 변형되어 밸브부재(52)와 밸브 시트부 (54)의 간격이 증가함으로써, 통수구멍(50)내주와 밸브축(53)외주의 간격내 유량이증가하여, 수압저하에 수반되는 유량감소를 방지한다. 이와같이, 상기 정류량 밸브(31)에 의하면, 상기 정류량 밸브(31)의 배설부 상류측의 수압변화에 관계없이 상기 정류량 밸브(31)를 흐르는 수돗물 유량을 일정하게 유지할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 정류량 밸브(31)를 상기와 같이 구성함으로써, 약 200cc/분의 유량의 물이 흐를 수 있도록 하고 있다. 또한, 상기 약 200cc/분의 값은, 드레인 최대 발생시에서도 기준 PH값까지 조정할 수 있는 유량으로 설정된 것이다.
상기 정류량 밸브(31)등을 구비하는 분기로(15)의 하류단은, 드레인 중화탱크(20)에 개방되어 있음과 아울러, 상기 드레인 중화탱크(20)안에는 드레인을 일시적으로 고이게 한 수봉실{水封室(22)}이 형성되어 있고, 상기 수봉실(22)안에는 통체(41)의 바닥벽(46)으로부터 인출된 1차 측배액 파이프(61)의 하단이 삽입되어 있다. 또, 드레인 중화탱크(20)의 바닥벽으로부터는 2차 측배액 파이프(62)가 인출되어 있고, 상기 2차 측배액 파이프(62)와 드레인 중화탱크(20)와 상기 1차 측배액 파이프(61)의 조합이 배액로(18)가 되고 있다.
도 4는, 상기 잠열 회수형 급탕기의 제어장치에 들어간 마이크로 컴퓨터에 격납되어 있는 제어 프로그램의 내용을 나타내는 플로차트이다. 이하, 도 4의 플로차트에 따라서 상기 잠열 회수형 금탕기의 동작을 설명한다.
스텝ST1에서 출탕 수도꼭지(10)가 개방되었는지의 여부를 유량계(28)의 출력에 의거하여 판단한다. 즉, 출탕 수도꼭지(10)의 개방에 의해서 통수로(11)내에 소정량의 수돗물이 흘러서 유량계(28)로부터 소정치의 유량신호가 출력되었는지의 여부를 스텝ST1에서 감시한다. 그리고, 유량계(28)로부터 상기 유량신호가 출력된 경우{출탕 수도꼭지(10)가 개방되었다고 판단된 경우}는 스텝ST2에서 급기팬(45)을 작동시킴과 아울러 가스원 밸브(44)를 개변하며, 또한 나타내지 않은 점화장치를 작동시켜서 가스버너(21)를 연소시킨다. 또, 후술하는 드레인 중화동작중인지의 여부를 판단하기 위한 중화동작 플러그(F)를 「0」으로 셋트한다.
이어서, 스텝ST3에서 나타내지 않은 탕온 설정기로 설정되어 있는 설정온도의 온수를 끊이기 위해서 연소시키지 않으면 안되는 가스버너(21)의 연소량(P1)을 연산한다. 즉, 상기 탕온 설정기에서 설정된 설정 온도와 입수온 센서(29)가 검지하는 입수온의 차로서의 승온량과, 유량계(28)가 계측하는 물의 유량(1분당 출탕량)을 구하고, 이들 승온량과 유량의 부피로부터 가열 필요 열량인 가스버너(21)의 1분당 연소량(P1)을 연산하는 것이다. 그리고, 본 실시형태에서는 가스버너(21)의 연소량(P1)을 구하는 스텝ST3를 연산하는 마이크로 컴퓨터내의 기능부가 전술한 발명 특정 사항인 「발생량에 대응하는 값을 판정하는 판정수단」에 대응한다.
이어서, 스텝ST4에서 상기 연산한 연소량(P1)에 의거해서 가스 비례밸브(43)의 개도조절을 함으로써, 연소량(P1)으로 가스버너(21)가 연소가능하도록 한다. 또, 바이패스 유량조절밸브(25)를 소정의 개도로 설정한다.
이어서, 통수로(11)와 바이패스로(23)의 합류부(G)보다 하류에 배설된 출탕온 센서(S)의 출력을 감시하여 상기 출탕온 센서(S)가 검지하는 출탕온도와 나타내지 않은 출탕 설정기에서 설정된 설정온도를 비교해서 양 온도의 차가 없어지도록가스버너(21)의 연소량(P1)을 보정하는{가스 비례밸브(43)의 개도를 미조정한다}피드백 제어한다{스텝(ST5)참조}.
가스버너(21)가 연소되면 열교환기(12)의 잠열흡수부(122)에서 드레인이 발생함과 아울러, 이 드레인은 통체(41)의 바닥벽(46)으로부터 1차 측배액 파이프 (61)를 거쳐 수봉실(22)에 유입되어, 상기 수봉실(22)안의 드레인이 오버플로 (overflow)하기 시작한다.
이어서, 스텝ST6에서 중화동작 플러그(F)의 내용을 판단하여 상기 중화동작 플러그(F)의 내용이 0인 경우(드레인 중화동작중이 아닌 경우)는 스텝ST7이 실행된다. 즉, 상기 연소량(P1)의 연소에 따라서 발생되는 양의 드레인의 산성도를 기준 (PH)값까지 조정하는 데 필요한 양의 수돗물을 드레인 중화탱크(20)에 공급하기 위한 계폐밸브(16)의 개변시간이 도 3의 그래프에 의거하여 구해진다.
도 3의 종축은 가스버너(21)의 연소량(P)을 나타내며, 2개의 횡축은 1분당 드레인 발생량(Q)과, 상기 드레인 발생량(Q)의 드레인을 상기 기준(PH)값까지 조정하는 데 필요한 양의 수돗물을 분기로(15)로부터 유출시키는 데 필요한 1분당 개폐밸브(16)의 개변시간을 나타내고 있다.
그리고, 가스버너(21)의 연소량(P)과 1분당 드레인 발생량(Q)등의 관계를 나타내는 도 3의 그래프(L)를 이용하여 전술한 스텝ST3에서 구한 1분당 연소량(P1)에 대응하는 1분당 드레인 발생량(Q1)및 상기 드레인 발생량(Q1)의 드레인을 기준PH값 (PH5~9)까지 조정하는 데 필요한 수량을 유출시키기 위해서, 1분당 개폐밸브(16)의개변시간(t1)을 구한다.
이어서, 스텝ST8에서 제어장치의 내장 타이머(T)를 0으로 셋트함과 아울러, 드레인 중화동작이 개시된 것을 기억하기 위해 중화동작 그래프(F)의 내용을 1로 변경한다. 그 후, 스텝ST9에서 개폐밸브(16)를 개변하여 상기 스텝ST8에서 0으로 셋트한 타이머(T)의 계측시간이 전술한 개변시간(t1)이 되는 것을 감시한다(스텝 ST10). 그리고 개폐밸브(16)를 개변상태로 유지하고 있는 드레인 중화동작중에 있어서, 통수로(11)의 상류단의 수입구(110)에 작용하는 수도압이 변동된 경우에는 전술한 정류량 밸브(31)의 기능에 의해서 분기로(15)를 흐르는 수돗물의 유량이 일정하게 유지됨으로써, 개변시간(t1)의 시간에 분기로(15)로부터 드레인 중화탱크 (20)에 공급되는 수돗물의 양이 상기 수도압에 따라서 변동되는 것이 방지된다.
또한, 개폐밸브(16)를 개변시킨 드레인 중화동작중에는, 스텝ST3~스텝ST6 및 ST10의 제어를 반복함으로써, 나타내지 않은 탕온 설정기로 설정온도가 변경된 경우일지라도 이에 따라서 가스버너(21)의 연소량(P1)을 신속하게 변경할 수 있도록 하고 있다.
스텝ST10에서 타이머(T)의 계측시간이 개변시간(t1)에 달하면, 스텝ST11에서 개폐밸브(16)를 폐변시켜서 드레인 중화동작을 종료시킨다. 그리고, 본 실시형태에서는, 연소량(P1)에 대응하는 개변시간(t1)을 구하는 스텝ST7과 상기 개변시간(t1)만 큼 개폐밸브(16)를 개변시키는 스텝ST9, ST10, ST11등을 제어하는 마이크로 컴퓨터내의 기능부가 전술한 발명 특정사항인 개변시간 제어수단에 대응하고 있다.
이어서, 스텝ST12에서 전술한 타이머(T)의 계측시간이 1분 이상이 되어있는 지의 여부를 스텝으로 판단하며, 1분 미만인 경우는 스텝ST3~ST6 및 스텝ST10~ST12를 반복하고, 이 동안은 드레인 중화동작하는 일없이 타이머(T)의 계측시간이 1분이상이 되기까지 급탕제어를 한다. 따라서, 본 실시형태의 잠열회수형 급탕기에서는 1분 주기로 개폐밸브(16)가 개변되어 드레인 중화동작이 실행된다.
이후, 스텝ST13에서 중화동작 그래프(F)의 내용을 0으로 셋트하여 다시 제어동작을 스텝ST3의 공정으로 이행시킨다.

Claims (2)

  1. 통수로(11)에 삽입된 열교환기(12)부분에서 발생되는 드레인을 배출하기 위한 배출로(18)와,
    상기 통수로(11)에서의 상기 열교환기(12)의 상류측으로부터 분기해서 상기 배출로(18)에 연결되는 동시에 개폐 밸브(16)를 구비한 분기로(15)와,
    상기 열교환기(12)를 가열하는 가스버너(21)가 연소했을 때에 상기 개폐밸브 (16)를 개변시키는 밸브제어장치를 구비하는 잠열회수형 급탕기에 있어서,
    상기 분기로(15)에, 수압변화에 관계없이 유량을 일정하게 유지하는 정류량 밸브(31)를 삽입한 잠열회수형 급탕기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 밸브제어장치는, 단위시간당 상기 가스버너(21)의 연소량을 판정하는 판정수단과, 상기 연소량의 증가에 따라서 상기 개폐밸브(16)의 개변시간을 길게하는 개변시간 제어수단을 구비하고 있는 잠열회수형 급탕기.
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