KR100721460B1 - 이중관 열교환기의 초기 고온수 출탕 방지 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이중관 열교환기에서 초기에 고온수가 출탕될 때 일시적으로 직수를 혼합하여 출탕온도를 낮춤으로써 화상의 우려를 방지할 수 있도록 하는 이중관 열교환기의 초기 고온수 출탕 방지 장치에 관한 것이다.

이를 실현하기 위한 본 발명은, 직수가 유입되는 직수관, 버너의 연소열을 흡수하여 상기 직수관을 통해 유입된 직수를 고온수로 출탕하는 온수열교환관, 상기 온수열교환관에서 출탕되는 고온수를 공급하는 온수공급관, 양단이 난방환수구와 난방출구 사이에 각각 연결되며 상기 온수열교환관 내에 배치되는 난방수열교환관으로 이루어진 이중관 열교환기의 초기 고온수 출탕 방지 장치에 있어서, 상기 직수관과 온수관 사이에는 직수관의 직수가 온수관으로 직접 전달되도록 연결되는 바이패스관, 상기 바이패스관의 일단에 설치되는 혼합밸브, 난방출구측에 설치되어 난방수공급온도를 감지하는 난방공급온도센서, 상기 온수공급관에 설치되어 온수공급온도를 감지하는 온수온도센서, 상기 난방공급온도센서와 온수온도센서의 감지온도를 입력받아 혼합밸브의 개도를 제어하는 콘트롤러를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 발명임.

이중관 열교환기, 온수, 혼합밸브, 온수온도, 난방수온도

Description

이중관 열교환기의 초기 고온수 출탕 방지 장치{Device for preventing initial hot water supplying in concentric tube type heat exchanger}

도 1은 종래 이중관식 열교환기의 일예시도,

도 2는 본 발명에 따른 이중관 열교환기의 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 이중관 열교환기의 초기 고온수 출탕 방지 장치의 제어방법을 설명하는 흐름도를 나타낸다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 -- 버너, 20 -- 열교환기,

21 -- 온수열교환관, 22 -- 난방수열교환관,

23 -- 난방공급온도센서, 31 -- 직수관,

32 -- 온수관, 33 -- 온수온도센서,

34 -- 흐름스위치, 41 -- 난방출구,

42 -- 난방환수구, 50 -- 팽창탱크,

51 -- 순환펌프, 60 -- 바이패스관,

61 -- 혼합밸브, 70 -- 콘트롤러.

본 발명은 이중관 열교환기에서 초기에 고온수가 출탕되는 것을 방지하기 위한 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 온수가 공급되는 초기에 일시적으로 직수를 혼합하여 출탕온도를 낮춤으로써 화상의 우려를 방지할 수 있도록 하는 이중관 열교환기의 초기 고온수 출탕 방지 장치에 관한 것이다.
일반적으로 열교환기는 온도가 높은 유체로부터 전열벽을 통해서 온도가 낮은 유체에 열을 전달하는 장치로 열전달을 위해 열매(熱媒)를 사용하며, 그 구조에 따라 주수식(注水式), 이중관식, 핀붙이 다관식, 투관(透管)형식 등이 있다. 본 발명은 이 중에서 이중관식 열교환기에 관한 것으로, 이중관식은 내관과 외관으로 되어 있으며 내관 내부의 유체와 관과 관 사이에 있는 부분의 유체 사이에서 열교환이 이루어진다. 이러한 이중관식 열교환기는 열교환기 자체의 부피를 줄이면서 열효율을 증대시키고자 할 때 주로 사용한다.
도 1은 종래 이중관식 열교환기의 일예시도를 나타낸 도면으로, 온수 유로가 외측, 난방 유로가 내측에 형성된 예를 나타낸다.
버너(10)에서 발생된 열에너지가 열교환기(20)의 온수열교환관(21)내로 전달되어 가열된 뜨거운 온수는 온수관(32)을 통해 외부로 출탕되며, 또한 난방사용시에는 순환펌프(51)가 작동되어 상기 온수열교환관(21)내에 배치되어 온수열교환관(21)내의 온수에 의해 열전달되는 난방수열교환관(22)내의 난방수가 난방출구(41)를 통해 난방이 필요한 각 장소로 압송되어져 열에너지를 전달하게 된다.
미설명된 11은 버너(10)의 연소열을 열교환기(20)로 송풍하는 송풍기, 31은 온수로 가열하여 공급할 냉수가 유입되는 직수관, 42는 난방출구(41)에서 출수된 난방수가 난방배관을 순환한 후 되돌아오는 난방환수구, 50은 난방배관 중에 생긴 에어를 제거하고 난방수의 온도상승에 따른 난방수 팽창으로 생긴 배관 중의 압력을 제거하며 보일러의 보유 물량을 일정하게 유지시키는 기능을 하는 팽창탱크를 각각 나타낸다.
그런데 난방 사용온도가 높은 경우 외측 온수열교환관(21)의 온도는 내측 난방수열교환관(22)의 온도보다 높아지게 되며, 이렇게 비교적 높은 온도로 난방을 사용 중에 온수를 사용하게 되는 경우 열교환기(20) 외측 온수열교환관(21)에 있는 뜨거운 온수가 출탕된다. 이렇게 온수 사용 직후 갑작스럽게 고온의 온수가 출탕되면 사용자가 화상 등을 입을 위험에 노출되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위하여 발명한 것으로, 보일러에서 갑작스런 고온수의 출탕으로 화상을 입을 수 있는 위험성을 제거하기 위하여 난방 사용 온도가 일정 온도 이상인 경우 초기 온수 사용시 고온의 온수가 출탕되지 않도록 고온수에 직수인 냉수를 혼합하여 출탕하도록 된 이중관 열교환기의 초기 고온수 출탕 방지 장치를 제공하고자 함에 발명의 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 직수가 유입되는 직수관, 버너의 연소열을 흡수하여 상기 직수관을 통해 유입된 직수를 고온수로 출탕하는 온수열교환관, 상기 온수열교환관에서 출탕되는 고온수를 공급하는 온수공급관, 양단이 난방환수구와 난방출구 사이에 각각 연결되며 상기 온수열교환관 내에 배치되는 난방수열교환관으로 이루어진 이중관 열교환기의 초기 고온수 출탕 방지 장치에 있어서, 상기 직수관과 온수관 사이에는 직수관의 직수가 온수관으로 직접 전달되도록 연결되는 바이패스관, 상기 바이패스관의 일단에 설치되는 혼합밸브, 난방출구측에 설치되어 난방수공급온도를 감지하는 난방공급온도센서, 상기 온수공급관에 설치되어 온수공급온도를 감지하는 온수온도센서, 상기 난방공급온도센서와 온수온도센서의 감지온도를 입력받아 혼합밸브의 개도를 제어하는 콘트롤러를 포함하여 이루어져 있다.
또한, 본 발명에 따른 이중관 열교환기의 초기 고온수 출탕 방지 장치의 제어방법은, 콘트롤러가 평소에 직수를 직접 온수관으로 공급하도록 혼합밸브를 개방한 후, 온수사용이 감지되면 난방공급온도와 온수온도가 사전에 설정된 온도 이하로 각각 떨어지는 경우 혼합밸브를 닫아 온수열교환관내의 온수만 온수관으로 공급하도록 함을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 일실시예에 대한 구성 및 작용을 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 구성도를 나타낸다.
첨부도면중 도 1에 도시된 종래 기술의 구성요소와 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대하여는 동일한 참조부호를 부여하고 중복된 설명을 피하기 위하여 자세한 설명은 생략한다.
첨부도면에 도시된 바와 같이, 직수관(31)과 온수관(32) 사이에는 버너(10)에서 가열되는 연소열과 열교환이 이루어지지 않는 바이패스관(60)이 연결되고 있고, 상기 바이패스관(60)중 일측에는 바이패스관(60) 내의 유로를 개폐하는 혼합밸브(61)가 설치되어 있다.
상기 혼합밸브(61)는 콘트롤러(70)의 제어신호에 따라 그 개도가 조절되도록 이루어진 밸브이다.
난방공급온도센서(23)와 온수온도센서(33)는 각각 콘트롤러(70)의 입력일단에 연결되어, 난방수열교환관(22)에서 난방출구(41)측으로 공급되는 난방수의 온도와 온수열교환관(22)에서 온수관(32)측으로 공급되는 온수의 온도를 감지하여 콘트롤러(70)로 입력시키도록 이루어져 있다.
콘트롤러(70)는 보일러의 전반적인 동작을 제어하도록 이루어진 것으로서, 상기 난방공급온도센서(23)와 온수온도센서(33)의 감지온도에 따라 혼합밸브(61)의 개도를 제어하도록 이루어져 있다. 특히 본 발명의 구현을 위하여는 평소에는 상기 혼합밸브(61)를 상시 개방상태로 제어하다가, 상기 난방공급온도센서(23)에 의해 감지된 난방수 온도가 사전에 설정된 일정 온도 이하로 떨어진 이후 온수온도센서(33)에 의해 감지된 온수 온도가 사전에 설정된 일정 온도 이하로 떨어졌을 때 상기 혼합밸브(61)를 닫도록 이루어져 있다.
즉, 평소 혼합밸브(61)가 개방된 상태에서는 직수관(31)으로 유입되는 직수를 바이패스관(60)을 통해 온수관(32)으로 유입시켜 온수와 저온의 냉수가 혼합되도록 함으로써 사용자가 온수스위치를 열었을 때 초기 고온수가 출탕되지 않도록 하는 한편, 혼합밸브(61)가 닫힌 상태에서는 직수관(31)으로 유입되던 저온의 직수가 온수관(32)으로 유입되는 것을 차단함으로써 사용자가 온수를 사용할 때 저온의 온수가 아닌 적절한 온도를 갖는 온수를 사용할 수 있도록 하는 작용을 한다.
상기에 있어, 직수관(31)과 온수관(32)을 연결하는 바이패스관(60)의 직경은 열교환기(20) 내의 고온수를 충분히 냉각시킬 수 있는 양의 직수가 흐를 수 있도록 고려하여 설계되어야 함은 자명한 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용한 혼합밸브는 혼합 온/오프 밸브나 혼합 유량 조절형 밸브를 사용할 수도 있는 것으로, 이에 한정되는 것은 아니라 밸브의 개도를 조절하여 동일한 목적을 달성할 있는 것이면 기타 다른 형태의 밸브 등도 사용가능하다.
도 3은 본 발명에 따른 이중관 열교환기의 초기 고온수 출탕 방지 장치의 제어방법을 설명하는 흐름도를 나타낸다.
콘트롤러(70)는 보일러 작동 초기 혹은 평소에 혼합밸브(61)를 개방상태로 유지시킨다. 이를 위해 혼합밸브(61)로는 상시 개방 밸브를 사용함이 바람직하다.
보일러에 설치된 흐름스위치(34) 등이 온수사용을 감지하여 감지된 신호를 콘트롤러(70)로 입력시키면 콘트롤러(70)는 난방출구(41)측의 난방공급관에 설치되어 있는 난방공급온도센서(23)에 의해 감지된 난방공급온도를 체크한다.
이때 난방공급온도가 사전에 설정된 온도 Ts ℃(예를 들어 60도) 이상이면 출탕되는 온수의 온도는 매우 높은 것으로 판단하여 혼합밸브(61)를 계속 개방상태로 유지시킨다. 상기 설정온도 Ts ℃는 온수관(32)을 통해 외부로 공급될 온수가 출탕시 피해를 입을 수 있을 정도의 뜨거운 것으로 예상하여 직수를 혼합하여 다소 낮추도록 혼합밸브(61)를 계속 개방상태로 유지시키기 위해 사전에 설정된 온도로써, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 변경가능한 것이다.
이후 난방공급온도가 상기 온도 Ts ℃이하로 떨어짐이 감지되면 콘트롤러(70)는 온수관(32)에 설치된 온수온도센서(33)의 감지온도를 입력받아 체크한다. 이때 온수온도가 사전에 설정된 온도 Tw ℃(예를 들어 50도) 이상이면 출탕되는 온수의 온도가 아직도 높은 것으로 판단하여 혼합밸브(61)를 계속 개방상태로 유지시킨다. 상기 설정온도 Tw ℃는 온수관(32)을 통해 외부로 공급될 온수가 출탕시 피해를 입을 수 있을 정도의 뜨거운 것으로 예상하여 직수를 혼합하여 다소 낮추도록 혼합밸브(61)를 계속 개방상태로 유지시키기 위해 사전에 설정된 온도로써, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 변경가능한 것이다.
온수사용 후 일정시간이 지나면 열교환기(20)의 외측 온수열교환관(21)에 있던 고온의 온수는 모두 출탕되고 차가운 직수가 열교환기(20)를 지나면서 버너(10)의 연소열을 흡수하여 온수로 가열되어 출탕된다. 이때에는 온수사용량에 따라 고온수로 가열되기 이전에 출탕되기 때문에 난방공급온도센서(23)에 의해 감지되는 난방수온도가 설정온도 Ts ℃이하로 떨어지게 됨과 아울러 온수온도센서(33)에 의해 감지되는 온수온도가 설정온도 Tw ℃이하로 떨어지게 될 것이므로 이에 따라 콘트롤러(70)는 혼합밸브(61)를 닫아 더 이상 직수가 온수에 혼합되는 것을 방지한다.
이후부터 콘트롤러(70)는 평소와 같은 온수온도 제어 알고리즘 의해 정상적인 온도제어 동작을 수행한다.
아울러, 이후라도 장기간 온수사용이 이루어지지 않게 되면 난방수온도 및 온수온도가 각각 설정온도 Ts ℃및 설정온도 Tw ℃보다 높아지게 되어 상기 제어동작을 반복하게 된다.

상기한 바와 같이 본 발명은 온수를 사용하는 초기에는 온수에 차가운 직수를 혼합한 후 출탕함으로써 초기 고온수에 의한 화상의 우려를 방지하고, 지속적인 온수사용으로 온수의 온도가 사전에 설정된 고온수 이하의 온수로 떨어진 경우에는 버너에 의해 가열된 온수가 직접 출탕되도록 함으로써 사용자에게 적정한 온도의 온수를 공급할 수 있는 장점이 있다.

Claims (3)

1. 직수가 유입되는 직수관, 버너의 연소열을 흡수하여 상기 직수관을 통해 유입된 직수를 고온수로 출탕하는 온수열교환관, 상기 온수열교환관에서 출탕되는 고온수를 공급하는 온수공급관, 양단이 난방환수구와 난방출구 사이에 각각 연결되며 상기 온수열교환관 내에 배치되는 난방수열교환관으로 이루어진 이중관 열교환기의 초기 고온수 출탕 방지 장치에 있어서, 상기 직수관과 온수관 사이에는 직수관의 직수가 온수관으로 직접 전달되도록 연결되는 바이패스관, 상기 바이패스관의 일단에 설치되는 혼합밸브, 난방출구측에 설치되어 난방수공급온도를 감지하는 난방공급온도센서, 상기 온수공급관에 설치되어 온수공급온도를 감지하는 온수온도센서, 상기 혼합밸브를 상시 개방상태로 제어하다가 상기 난방공급온도센서에 의해 감지된 난방수 온도가 사전에 설정된 일정 온도 이하로 떨어진 이후 온수온도센서에 의해 감지된 온수 온도가 사전에 설정된 일정 온도 이하로 떨어졌을 때 상기 혼합밸브를 닫도록 제어하는 콘트롤러를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이중관 열교환기의 초기 고온수 출탕 방지 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 혼합밸브는 상시 개방 밸브인 것을 특징으로 하는 이중관 열교환기의 초기 고온수 출탕 방지 장치.
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