KR100893584B1 - System for supplying cold and hot water using vortex tube - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 냉온수 공급시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내부에 별도의 구동원이 없이 볼텍스 튜브(vortex tube)를 이용하여 냉수와 온수를 공급할 수 있도록 한 볼텍스 튜브를 이용한 냉온수 공급시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a cold and hot water supply system, and more particularly, to a cold and hot water supply system using a vortex tube to supply cold water and hot water using a vortex tube without a separate driving source therein.
통상적인 냉온수 공급장치는 이미 주지된 바와 같이 냉동 싸이클로 운전되는 냉각장치와, 히터 등의 가열장치를 별도로 구성하여 냉수탱크에 채워진 물과 온수탱크에 채워진 물을 각각 냉각 및 가열하는 구조로 구성되어 있다. The conventional cold and hot water supply device has a structure that cools and heats the water filled in the cold water tank and the water filled in the hot water tank by separately configuring a cooling device operated by a refrigeration cycle and a heating device such as a heater as already known. .
이와 같이 운전(operation)되는 대다수의 냉온수 공급장치는 온수를 얻기 위한 가열장치와 냉수를 얻기 위한 냉각장치를 별도로 가짐으로써 그 동작관계가 상반되게 운전된다. 즉, 냉각장치(증발기 : evaporator)는 냉수탱크의 주변에 설치되고 가열장치(heater)는 온수탱크의 내부 혹은 그 주변에 설치하여 물을 냉각 및 가열함으로써 그 운전이 상반되게 진행되어 에너지 손실이 2중으로 발생되는 문제점이 있다.The majority of cold and hot water supply devices operated as described above have a heating device for obtaining hot water and a cooling device for obtaining cold water, and the operation relationship thereof is operated in opposite directions. That is, a cooling device (evaporator) is installed in the vicinity of the cold water tank, and a heater is installed in or around the hot water tank to cool and heat the water so that the operation proceeds in opposition to the energy loss. There is a problem that occurs during.
또한, 이러한 냉온수 공급장치는 가열장치와 냉각장치를 협소한 공간에 동시 에 조립하여 설치하여야 하기 때문에 부품의 개수가 증가하고 조립공정이 복잡해지는 문제점을 가지고 있다.In addition, the cold and hot water supply device has a problem that the number of parts is increased and the assembly process is complicated because the heating device and the cooling device must be installed at the same time in a narrow space.
본 발명은 상술한 설치상의 문제점 또는 공정상의 문제점들을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명은 내부에 구동원이 없이도 고압의 공기가 저항없이 고속의 나선형 회전운동을 하도록 설계된 구조의 볼텍스 튜브를 이용하여 냉수와 온수를 적절하게 분리하여 공급할 수 있는 볼텍스 튜브를 이용한 냉온수 공급시스템을 제공함에 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above-described installation problems or process problems, the present invention is cold water using a vortex tube of a structure designed to perform high-speed spiral rotation movement without resistance of high pressure air without a drive source therein It is an object of the present invention to provide a cold and hot water supply system using a vortex tube that can separate and supply hot water.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 온수와 냉수를 각각 저장하는 메인 온수탱크와 메인 냉수탱크, 상기 각 탱크에 온/냉수공급관로를 통해 연결된 메인 온수밸브와 메인 냉수밸브를 구비한 냉온수 공급시스템에 있어서, 상기 메인 온수탱크의 온수공급관로와 메인 냉수탱크의 냉수공급관로에 연결되며, 튜브의 내부에 볼텍스 형성을 위한 고속 회전실과 유량 조절을 위한 스로틀 밸브, 및 상기 고속 회전실의 양단부에 각각 온수 출구와 냉수 출구를 구비하여, 유체 투입구를 통해 튜브 내부로 공급되는 유체의 볼텍스 형성에 의한 자발적인 열분리로 온수와 냉수를 분리하여 상기 온수공급관로와 냉수공급관로에 각각 온수와 냉수를 공급하는 볼텍스 튜브와; 상기 볼텍스 튜브의 온수 출구와 온수공급관로, 및 냉수 출구와 냉수공급관로 사이에 각각 연결되며, 상기 볼텍스 튜브로부터 메인 온수탱크와 메인 냉수탱크 각각으로 공급되는 유량을 조절하는 볼텍스 튜브 온수 밸브 및 볼텍스 튜브 냉수 밸브와; 상기 볼텍스 튜브의 유체 투입구에 연결되어 그 유체 투입구를 통해 볼텍스 튜브의 고속 회전실로 압축된 상온수를 공급하는 메인 물펌프와; 상기 각 밸브의 개폐량 조절, 펌프의 구동, 및 볼텍스튜브의 온도와 유량을 제어하는 메인 컨트롤러; 를 포함하는 볼텍스 튜브를 이용한 냉온수 공급시스템을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, the main hot water tank and the main cold water tank for storing hot water and cold water, the hot and cold water supply having a main hot water valve and a main cold water valve connected to each tank through a hot / cold water supply line In the system, it is connected to the hot water supply line of the main hot water tank and the cold water supply line of the main cold water tank, the high speed rotary chamber for vortex formation and the throttle valve for flow rate control in the inside of the tube, and both ends of the high speed rotary chamber Each has a hot water outlet and a cold water outlet, and separates the hot and cold water by spontaneous thermal separation by vortex formation of the fluid supplied through the fluid inlet to supply the hot and cold water to the hot water supply line and the cold water supply line, respectively. A vortex tube; A vortex tube hot water valve and a vortex tube are connected between the hot water outlet and the hot water supply line of the vortex tube, and the cold water outlet and the cold water supply line, respectively, and adjust the flow rates supplied from the vortex tube to the main hot water tank and the main cold water tank. A cold water valve; A main water pump connected to the fluid inlet of the vortex tube and supplying compressed room temperature water to the high speed rotary chamber of the vortex tube through the fluid inlet; A main controller for controlling the opening / closing amount of each valve, driving the pump, and controlling the temperature and flow rate of the vortex tube; It provides a cold and hot water supply system using a vortex tube.
상기 볼텍스 튜브는, 메인 컨트롤러에 의해 볼텍스 튜브의 스로틀 밸브 개도량을 조절하는 볼텍스 컨트롤 모터를 상기 볼텍스 튜브의 스로틀 밸브에 연결하여, 상기 볼텍스 컨트롤 모터에 의한 볼텍스 튜브의 스로틀 밸브 개도량 제어를 통해 볼텍스 튜브 내의 유체의 온도와 유량을 조절할 수 있도록 구성하는 것이 바람직할 것이다. The vortex tube is connected to a vortex control motor controlling the opening amount of the vortex tube by the main controller to the throttle valve of the vortex tube, and the vortex through the throttle valve opening amount control of the vortex tube by the vortex control motor. It would be desirable to be able to control the temperature and flow rate of the fluid in the tube.
본 발명에 의하면 펌프나 모터구동을 위한 전원은 외부에서 공급받을 수 있고 난방 또는 온수 공급을 위한 별도의 보일러 시스템이 필요 없게 되므로 제반시설과 그에 따른 유지, 보수가 필요없게 되는 이점이 있다.According to the present invention, the power for driving the pump or the motor can be supplied from the outside, and since there is no need for a separate boiler system for heating or hot water supply, there is an advantage in that there is no need for various facilities and its maintenance and repair.
또한 본 발명에 의하면, 온수 공급을 위한 연소과정을 필요로 하지 않기 때문에 유류 절감과 함께 온실가스 및 기타 배기가스를 저감할 수 있는 효과를 얻을 수 있게 되는 이점이 있다. In addition, according to the present invention, since there is no need for a combustion process for supplying hot water, there is an advantage in that an effect of reducing greenhouse gas and other exhaust gases can be obtained together with oil reduction.
또한 본 발명에 의하면, 냉수를 이용한 냉방장치의 응용에도 적용 가능하게 되어 냉수 공급을 위한 냉각장치를 필요로 하지 않기 때문에 냉매가스의 사용을 줄일 수 있게 되는 등의 이점이 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to be applied to the application of the cooling device using the cold water, there is an advantage such that it is possible to reduce the use of the refrigerant gas because it does not require a cooling device for cold water supply.
이상에서와 같이 본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.While the invention has been shown and described in connection with specific embodiments as described above, it is well known in the art that various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope of the invention as indicated by the claims. Anyone who owns it can easily find out.
상기 본 발명의 이들 목적과 특징 및 장점은 첨부도면 및 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 더욱 쉽게 이해될 수 있을 것이다.These objects, features and advantages of the present invention will be more readily understood by reference to the accompanying drawings and the following detailed description.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 구성 및 작용에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the configuration and operation of the preferred embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 볼텍스 튜브를 이용한 냉온수 공급시스템의 전체적인 구성을 개념적으로 도시한 개략도로서, 각 밸브의 개폐량 조절, 펌프의 구동, 및 볼텍스 튜브를 메인 컨트롤러(100)가 조절할 수 있도록 구성된 예를 도시하고 있다. Figure 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of the cold and hot water supply system using a vortex tube according to a preferred embodiment of the present invention, the opening and closing amount of each valve, the driving of the pump, and the vortex tube to the
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 온수와 냉수를 각각 저장하는 메인 온수탱크(10)와 메인 냉수탱크(20)가 구비되고 상기 각 탱크에는 메인 온수밸브(11)와 메인 냉수밸브(21)가 구비된다. 상기 메인 온수탱크와 메인 냉수탱크에는 각각의 연결관로를 통해 보조 온수탱크(40)와 보조 냉수탱크(50)가 연결되며, 이들 각각의 보조탱크에도 보조 온수밸브(41)와 보조 냉수밸브(51)가 각각 구비된다.As shown in FIG. 1, the present invention includes a main
상기 메인 온수탱크(10)의 온수공급관로와 메인 냉수탱크(20)의 냉수공급관로 및 물(상온수)공급 관로에는 볼텍스 튜브(200)의 온수 출구와 냉수 출구 및 유 체 투입구가 각각 대응되어 연결된다.The hot water outlet of the
상기 볼텍스 튜브(200)의 온수 출구(203)와 온수공급관로 및 냉수 출구(204)와 냉수공급관로 사이에는 각각 볼텍스 튜브 온수 밸브(220) 및 볼텍스 튜브 냉수 밸브(230)가 연결되고, 상기 볼텍스 튜브의 유체 투입구(201)에는 볼텍스 튜브의 고속 회전실(202)로 압축된 상온수를 공급하는 메인 물펌프(30)가 연결된다.The vortex tube
상기 메인 온수탱크(10)와 보조 온수탱크(40)의 연결관로, 및 메인 냉수탱크(20)와 보조 냉수탱크(50)의 연결관로 상에는 메인 컨트롤러에 의해 펌핑 동작이 제어되는 온수 물펌프(45) 및 냉수 물펌프(55)가 각각 구비된다. The hot
상기 메인 온수탱크(10)와 보조 온수탱크(40)와 메인 냉수탱크(20)와 보조 냉수탱크(50) 각각에는 메인 콘트롤러에 전기적으로 연결되는 유량 레벨게이지(13,43,23,53)와 온도 센서(12,42,22)가 설치되어 각 탱크 내의 유량과 온도를 측정하고 그 결과를 메인 콘트롤러로 전송한다.Each of the main
상기 메인 온수탱크(10)의 측면 상부로부터 상기 보조 온수탱크(40)의 상부로 이어지는 드레인 연결관로를 구비하고, 상기 드레인 연결관로 상에는 메인 콘트롤러에 의해 개폐동작에 제어되는 온수 드레인 밸브(14)를 연결한다.A hot
상기 보조 온수탱크(40)와 보조 냉수탱크(50)로 이어지는 관로 상에는 메인 콘트롤러에 의해 동작이 제어되는 온수 드레인 물펌프(33)를 연결한다.On the conduit leading to the auxiliary
상기 보조 온수탱크(40) 및 보조 냉수탱크(50)의 각 하부에는 긴급 온수 드레인 밸브(44)와 긴급 냉수 드레인 밸브(54)를 연결하여 구성한다.Each lower portion of the auxiliary
그리고, 유량 레벨게이지(13,43,23,53)와 온도 센서(12,42,22)가 전송하는 각 탱크 내의 유량과 온도 측정치를 미리 설정된 다수의 유량 기준치 또는 온도 기준치와 비교하여 그 비교결과에 따라 상기 각각 밸브에 대한 개폐 조절, 각각의 펌프 구동, 및 볼텍스 튜브의 스로틀 밸브 조절에 의한 볼텍스를 제어하는 메인 컨트롤러(100)가 더 구비되어 구성된다.Then, the flow rate and temperature measurement in each tank transmitted by the
여기서 상기 다수의 유량 기준치 및 온도 기준치는, 일정량 이상의 온수가 메인 온수탱크 또는 보조 온수탱크 내에 존재하는 경우에만 메인/보조 온수밸브(11,41)를 개방하기 위해 설정되는 값으로서 온수 탱크내의 물이 고갈되는 것을 방지하기 위해 설정되는 값인 제1 온수 유량기준치, 및 위험 수위이상의 온수가 메인 온수탱크 또는 보조 온수탱크내에 존재하는 경우에 보조 온수탱크 또는 보조 냉수탱크로의 오버 플로우를 위해 설정되는 값인 제2 온수 유량 기준치, 일정량 이상의 냉수가 메인 냉수탱크 또는 보조 냉수탱크내에 존재하는 경우에 메인/보조 냉수밸브(21,51)를 개방하기 위해 설정되는 값으로서 냉수 탱크내의 물이 고갈되는 것을 방지하기 위해 설정되는 값인 제1 냉수 유량기준치, 및 위험 수위이상의 냉수가 메인 냉수탱크 또는 보조 냉수탱크내에 존재하는 경우에 보조 냉수탱크 또는 외부로의 오버 플로우를 위해 설정되는 값인 제2 냉수 유량기준치, 및 일정 온도 이상의 온수만을 온수밸브(11,41)를 통해 배출하기 위해 설정되는 값인 제1 온수 온도기준치, 및 일정 온도 이하의 냉수만을 냉수밸브(21)를 통해 배출하기 위해 설정되는 값인 제1 냉수 온도 기준치 등이 될 수 있다.Here, the plurality of flow reference values and temperature reference values are values set to open the main / auxiliary
상기 메인 콘트롤러(100)는 온수 물펌프(45) 및 냉수 물펌프(55)를 통해 상기 각각의 메인 온수탱크(10)와 메인 냉수탱크(20)로부터 각각의 보조 온수탱 크(40)와 보조 냉수탱크(50)로의 펌핑 제어를 통해 메인 온수탱크(10)와 메인 냉수탱크(20)에서 유출되는 온수와 냉수의 유량의 차이를 줄이게 된다.The
또한 상기 메인 콘트롤러(100)는 상기 유량 레벨게이지(13,23,43,53)와 온도센서(12,22,42)를 통해 각각 검출되는 메인 온수탱크(10)와 보조 온수탱크(40)의 유량과 온도 측정치, 또는 메인 냉수탱크(20)와 보조 냉수탱크(50)의 유량과 온도 측정치에 따라 상기 각종의 펌프와 밸브의 동작 및 볼텍스튜브의 온도와 유량을 제어하게 되는데, 즉, 보조 온수탱크(40)의 유량 측정치가 온수밸브(11,41) 개방을 위해 설정된 제1 온수 유량기준치와 같거나 높으면, 보조 온수밸브(41)를 개방하여 보조 온수탱크(40)에서 온수 공급이 이루어지도록 제어하면서, 메인 온수탱크(10)의 유량 측정치가 온수밸브(11,41) 개방을 위해 설정된 제1 온수 유량기준치와 같거나 높아지도록 상기 볼텍스와 메인 물펌프의 동작을 제어한다. 여기서 만약, 메인 온수탱크(10)의 유량 측정치가 온수밸브(11,41) 개방을 위해 설정된 제1 온수 유량기준치와 같거나 높으면, 메인 온수밸브(11)를 개방하여 메인 온수탱크(10)에서 온수 공급이 이루어지도록 제어하고, 메인 온수탱크(10)의 유량 측정치가 제1 온수 유량기준치보다 낮으면, 볼텍스 튜브의 온수밸브(220)와 냉수밸브(230)를 열고 메인 물펌프(30)를 작동시켜 볼텍스 튜브(200)를 통해 메인 온수탱크(10)와 메인 냉수탱크(20)로 온/냉수의 공급이 이루어지도록 제어하며, 메인 온수탱크(10)의 유량 측정치가 오버 플로우를 위해 설정된 제2 온수 유량기준치와 같거나 높은 상태가 되면 상기 온수 드레인 밸브(14)를 개방하여 메인 온수탱크(10)의 유량을 보조 온수탱크(40)로 보내 유량을 제어하고, 상기 메인 온수탱크(10)의 온도 측정치 가 온수밸브(11,41) 개방을 위해 설정된 제1 온수 온도기준치보다 낮은 상태가 되면, 보조 온수탱크(40)와 메인 온수탱크(10) 사이의 관로에 연결된 온수 물펌프(45)를 작동시켜 메인 온수탱크(10)의 온수를 보조 온수탱크(40)로 보내며, 동시에 볼텍스 튜브 온수밸브(220)와 냉수밸브(230)를 개방하고 메인 물펌프(30)를 작동시켜 메인 온수탱크(10)와 메인 냉수탱크(20)로의 온/냉수 공급을 제어한다.In addition, the
또한 상기 메인 컨트롤러(100)는, 상기 메인 냉수탱크(20)의 온도 측정치가 냉수밸브(21) 개방을 위해 설정된 제1 냉수 온도기준치와 같거나 높으면, 메인 냉수탱크(20)와 보조 냉수탱크(50) 사이의 관로에 연결된 냉수 물펌프(55)를 작동시켜 메인 냉수탱크(20)의 냉수를 보조 냉수탱크(50)로 보내며, 동시에 볼텍스 튜브 온수밸브(220)와 냉수밸브(230)를 개방하고 메인 물펌프(30)를 작동시켜 메인 온수탱크(20)와 메인 냉수탱크(20)로의 온/냉수 공급을 제어하고, 보조 온수탱크(40)의 온도 측정치가 온수밸브(11,41) 개방을 위해 설정된 제1 온수 온도기준치보다 낮은 상태가 되면 온수 드레인 물펌프(33)를 작동시켜 보조 온수탱크(40)의 물을 보조 냉수탱크(50)로 공급하고, 보조 온수탱크(40)의 유량 측정치가 오버 플로우를 위해 설정된 제2 온수 유량기준치와 같거나 높아지게 되면 긴급 온수드레인 밸브(44)를 개방하여 보조 온수탱크(40)의 유량이 감소하도록 제어하며, 보조 냉수탱크(50)의 유량 측정치가 제2 온수 유량기준치와 같거나 높아지게 되면 긴급 냉수드레인 밸브(54)를 개방하여 보조 냉수탱크(50)의 유량이 감소하도록 제어한다.In addition, the
또한 상기 메인 콘트롤러(100)는 메인 냉수탱크(20)의 유량 측정치가 냉수밸브(21) 개방을 위해 설정된 제1 냉수 유량기준치와 같거나 높으면 메인 냉수밸 브(21)를 개방하여 메인 냉수탱크(20)의 냉수를 공급하고, 메인 냉수탱크(20)의 유량 측정치가 제1 냉수 유량기준치보다 낮은 상태이면 보조 냉수탱크(50)의 유량 측정치를 체크하여 보조 냉수탱크(50)의 유량 측정치가 제1 냉수 유량기준치와 같거나 높으면 보조 냉수밸브(51)를 개방하여 냉수 보조탱크(50)의 냉수를 공급하고, 보조 냉수탱크(50)의 유량 측정치가 제1 냉수 유량기준치보다 낮으면 상온수 물펌프(31)를 작동시켜 보조 냉수탱크(50)의 유량이 일정유량 이상이 되도록 제어한다.In addition, the
도 2는 도 1에 적용된 볼텍스 튜브(200)의 상세 단면도로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 유체 투입구(201), 튜브의 내부에 볼텍스 형성을 위한 고속 회전실(202), 유량 조절을 위한 스로틀 밸브(205), 및 상기 고속 회전실의 양단부에 각각 형성되는 온수 출구(203)와 냉수 출구(204)를 구성하며, 이러한 볼텍스 튜브(200)는 유체 투입구(201)를 통해 튜브 내부로 공급되는 유체의 볼텍스 형성에 의한 자발적인 열분리로 온수와 냉수를 분리하여 상기 온수공급관로와 냉수공급관로에 각각 온수와 냉수를 공급한다.FIG. 2 is a detailed cross-sectional view of the
상기 볼텍스 튜브(200)의 온수 출구(203)와 냉수 출구(204)에는 도 1에 도시된 바와 같이, 메인 콘트롤러(100)에 의해 제어되는 볼텍스 튜브 온수 밸브(220) 및 볼텍스 튜브 냉수 밸브(230)가 연결되어, 그들 각각이 볼텍스 튜브(200)로부터 메인 온수탱크(10)와 메인 냉수탱크(20) 각각으로 공급되는 유량을 조절한다. 또한 상기 볼텍스 튜브(200)에는 상기 메인 컨트롤러(100)에 의해 스로틀밸브 개도량이 조절되는 볼텍스 컨트롤 모터(210)를 상기 볼텍스 튜브의 스로틀 밸브(205)에 연결하여, 상기 볼텍스 컨트롤 모터의 스로틀 밸브 개도량 제어를 통해 볼텍스 튜브 내 의 유체의 온도와 유량을 조절할 수 있도록 구성한다.As shown in FIG. 1, the
이러한 구성의 볼텍스 튜브(200)에 의한 냉/온수 분리동작을 보면, 먼저 도 2에 도시된 바와 같이 메인 물펌프(30)에 의해 소정의 압력상태로 압축된 상온수가 배관을 통해 볼텍스 튜브(200)의 유체 투입구(201)로 공급되면 이 압축된 상온수는 튜브형의 회전실(202) 내로 투입되어 일차로 수백만 RPM으로 초고속 회전을 하게 된다. 이 회전하는 유체(1차 볼텍스)는 온수 출구(203)를 통해 일부 배출되고 나머지 냉수는 스로틀 밸브(205)에 의해 회송되어 1차 볼텍스(회전실 내부에 바깥쪽으로 형성되는 큰 나선형 흐름) 안쪽에서 2차 볼텍스(회전실 내부의 안쪽으로 형성되는 작은 나선형 흐름)를 형성하면서 반대쪽의 냉수 출구(204)를 통해 빠져 나가게 된다. 즉, 상기 볼텍스 튜브(200)의 내부 공간에는 바깥쪽과 안쪽에서 종방향을 따라 서로 반대방향으로 진행하는 별개의 볼텍스가 형성되는 것이다.Looking at the cold / hot water separation operation by the
도 2에서 볼텍스 튜브(200)의 내부에서 상대적으로 바깥쪽에 표시된 나선형의 화살표(우측으로 진행)는 1차 볼텍스의 흐름을 나타내고 안쪽에 표시된 나선형의 화살표(좌측으로 진행)는 2차 볼텍스의 흐름을 나타낸다. 이때 상기 2차 볼텍스 흐름은 1차 볼텍스 흐름 안쪽에 있는 것보다 낮은 압력의 영역을 통과하면서 열량을 잃고 냉수 출구(204)쪽으로 향하게 된다.In FIG. 2, the spiral arrow (proceeding to the right) indicated relatively outward in the interior of the
여기서 상기와 같이 회전하는 두 개의 유체 흐름은 동일 방향 및 동일 각속도로 회전하는데, 안쪽 흐름(2차 볼텍스)의 유체가 바깥쪽(1차 볼텍스)의 유체와 1회전하는 시간이 동일하므로 실제 운동속도는 안쪽 흐름이 바깥쪽 흐름보다 낮다. 이러한 운동속도의 차이는 운동에너지가 줄었음을 의미하며, 이 상실된 운동에너지 는 열로 변환되어 바깥쪽 흐름(1차 볼텍스)의 유체온도를 상승시키고, 안쪽 흐름(2차 볼텍스)의 유체는 더욱 더 온도가 내려가게 됨으로써 냉수와 온수를 분리할 수 있게 된다.Here, the two fluid streams rotating as described above are rotated in the same direction and at the same angular velocity. Since the fluid of the inner flow (secondary vortex) has the same rotation time with the fluid of the outer (primary vortex), the actual movement speed The inner flow is lower than the outer flow. This difference in kinetic speed means that the kinetic energy is reduced, and this lost kinetic energy is converted into heat, raising the fluid temperature in the outer flow (primary vortex), and the fluid in the inner flow (secondary vortex). As the temperature decreases, the cold and hot water can be separated.
여기서 상기 볼텍스 튜브(200)는, 냉온수 시스템에 사용되는 메인 물펌프(30)의 용량에 따라 하나 또는 그 이상의 개수를 선택하여 사용 가능할 것이나, 이하의 본 발명에서는 하나의 볼텍스 튜브가 적용된 경우를 예시하여 설명하기로 한다.Here, the
도 3a와 도 3b는 본 발명에 의한 냉온수 공급시스템에서 메인 콘트롤러(100)에 의해 제어되는 냉온수 공급과정을 예시한 동작 흐름도로서, 크게 온수 공급과 냉수 공급과정으로 구분할 수 있게 된다.3A and 3B are operation flowcharts illustrating a cold / hot water supply process controlled by the
먼저 온수 공급시 메인 콘트롤러(100)는 물펌프(30)를 작동시켜 볼텍스 튜브(200)에 일정 압력의 물을 공급하면서 각각 볼텍스 튜브 온수 밸브(220)와 냉수 밸브(230)를 개방하여 볼텍스 튜브의 유체 투입구(201)로 공급하게 되고, 이 볼텍스 튜브의 특성에 의해 온수와 냉수가 분리되어 각각의 메인 온수탱크(10)와 메인 냉수탱크(20)로 냉수와 온수의 공급이 이루어지게 된다.First, when the hot water is supplied, the
이러한 온/냉수 공급 과정에서는 각각의 탱크에서 유출되는 온수와 냉수의 유량의 차이가 발생한다.In the hot / cold water supply process, a difference between the flow rates of the hot water and the cold water flowing out of each tank occurs.
따라서 본 발명에서는 상기 메인 온수탱크(10)와 메인 냉수탱크(20)에 각각 보조 온수탱크(40)와 보조 냉수탱크(50)를 구비하고, 메인 콘트롤러(100)가 각각의 탱크에 설치된 유량 레벨게이지(13,23,43,53) 및 온도센서(12,22,42)를 통해 각 탱 크의 유량과 온도를 측정하여 그 측정치, 및 기 설정된 기준치에 따라 상기 각각 밸브에 대한 개폐 조절, 각각의 펌프 구동, 및 볼텍스 튜브의 스로틀 밸브 조절에 의한 볼텍스를 제어할 수 있도록 함으로써, 상기 메인 콘트롤러(100)에 의해 냉온수의 유량 및 온도 조절, 각각의 탱크에서 발생되는 과잉유량 등을 제어할 수 있게 된다.Therefore, in the present invention, the main
즉, 상기 메인 콘트롤러(100)에서는 물펌프(30)의 작동(S301) 및 볼텍스 튜브 온수 밸브(220)와 냉수 밸브(230)의 개방(S302) 동작과 동시에 각 탱크의 유량과 온도를 체크(S303)하고, 온수 공급인지 냉수 공급인지를 판단한다.That is, the
먼저, 온수 공급인 경우, 메인 콘트롤러(100)는 도 3a에 도시된 바와 같이, 보조 온수탱크(40)의 유량 측정치가 온수밸브(11,41)의 개방을 위해 설정된 제1 온수 유량기준치와 같거나 높은지를 판단(S305)하여, 보조 온수탱크(40)의 유량 측정치가 제1 온수 유량기준치와 같거나 높은 경우 보조 온수밸브(41)를 개방(S306)함으로써 보조 온수탱크(40)의 온수가 공급되도록 제어한다. 아울러 상기 메인 콘트롤러(100)는 보조 온수탱크(40)의 유량 측정치가 오버 플로우를 위해 설정된 제2 온수 유량기준치와 같거나 높은지를 판단(S307)하여, 보조 온수탱크(40)의 유량 측정치가 제2 온수 유량기준치와 같거나 높은 경우 긴급 온수드레인 밸브(44)를 개방(S308)함으로써 위험 수위에 있는 보조 온수탱크(40)의 온수가 외부로 배출될 수 있도록 제어한다. 또한 상기 메인 콘트롤러(100)는 보조 온수탱크(40)의 온도 측정치가 온수밸브(11,41)의 개방을 위해 설정된 제1 온수 온도기준치보다 낮은지를 판단(S309)하여 보조 온수탱크(40)의 온도 측정치가 제1 온수 온도기준치보다 낮은 경우 온수드레인 물펌프(33)를 구동시켜 보조 온수탱크(40)의 온수가 보조 냉수탱크(50)로 배출되도록 함으로써 기준 온도보다 낮은 온수가 보조 온수밸브(41)를 통해 공급되는 것을 방지하게 되며, 아울러 볼텍스 콘트롤 모터(210)의 구동으로 스로틀 밸브(205)를 조정(S310)하여 볼텍스 튜브(200)에서 가열되는 온도를 높여 줌으로써 메인 온수탱크(10) 및 보조 온수탱크(40)로 공급되는 온수의 온도를 높게 한다. 이러한 과정에서 상기 온수 드레인 물펌프(33)의 구동에 의해 보조 냉수탱크(50)의 유량이 증가될 수 있으므로, 이와 아울러 상기 메인 콘트롤러(100)는 보조 냉수탱크(50)의 유량 측정치가 오버 플로우를 위해 설정된 제2 냉수 유량기준치와 같거나 높은지를 다시 판단(S311)하여, 보조 냉수탱크(50)의 유량 측정치가 제2 냉수 유량기준치와 같거나 높은 경우 긴급 냉수드레인 밸브(54)를 개방(S312)함으로써 위험 수위에 있는 보조 냉수탱크(50)의 냉수가 외부로 배출될 수 있도록 제어한다.First, in the case of hot water supply, the
한편, 온수 공급인 경우 상기 판단 단계(S305)에서, 보조 온수탱크(40)의 유량 측정치가 제1 온수 유량기준치보다 낮은 경우는 보조 온수탱크(40)의 온수를 사용하지 않고 메인 온수탱크(10)의 온수를 사용하기 위해 메인 온수탱크의 측정치 판단을 위한 과정으로 동작 경로를 바꾼다. 즉, 메인 온수탱크(10)의 유량 측정치가 온수밸브(11,41)의 개방을 위해 설정된 제1 온수 유량기준치와 같거나 높은지를 판단(S320)한다. 메인 온수탱크(10)의 유량 측정치가 제1 온수 유량기준치와 같거나 높은 경우 메인 온수밸브(11)를 개방(S321)함으로써 메인 온수탱크(10)의 온수가 공급되도록 제어한다. 아울러 메인 콘트롤러(100)는 메인 온수탱크(10)의 유량 측정치가 오버 플로우를 위해 설정된 제2 온수 유량기준치와 같거나 높은지를 판단(S322)한다. 메인 온수탱크(10)의 유량 측정치가 제2 온수 유량기준치와 같거나 높은 경우 온수드레인 밸브(14)를 개방(S323)함으로써 위험 수위에 있는 메인 온수탱크(10)의 온수가 보조 온수탱크(40)에 저장될 수 있도록 제어한다. 또한 상기 메인 콘트롤러(100)는 메인 온수탱크(10)의 온도 측정치가 온수밸브(11,41)의 개방을 위해 설정된 제1 온수 온도기준치보다 낮은지를 판단(S324)한다. 메인 온수탱크(10)의 온도 측정치가 제1 온수 온도기준치보다 낮은 경우 온수 물펌프(45)를 구동시켜 메인 온수탱크(10)의 온수가 보조 온수탱크(40)로 저장되도록 함으로써 기준 온도보다 낮은 온수가 메인 온수밸브(11)를 통해 공급되는 것을 방지하게 되며, 아울러 볼텍스 콘트롤 모터(210)의 구동으로 스로틀 밸브(205)를 조정(S325)하여 볼텍스 튜브(200)에서 가열되는 온도를 높여 줌으로써 메인 온수탱크(10) 및 보조 온수탱크(40)로 공급되는 온수의 온도를 높게 한다. 이러한 과정에서도 상기 온수 물펌프(45)의 구동에 의해 보조 온수탱크(40)의 온도가 낮아질 수 있으므로 상기 메인 콘트롤러(100)는 보조 온수탱크(40)의 온도 측정치가 제1 온수 온도기준치보다 낮은지를 판단(S309)하는 단계를 다시 실행하여 온수드레인 물펌프(33)의 구동 및 볼텍스 컨트롤 모터(210)의 구동(S310) 단계를 선택적으로 실행할 수 있으며, 아울러 보조 냉수탱크(50)의 유량이 다시 증가될 수 있으므로, 이와 아울러 상기 메인 콘트롤러(100)는 보조 냉수탱크(50)의 유량 측정치가 오버 플로우를 위해 설정된 제2 냉수 유량기준치와 같거나 높은지를 판단(S311)하는 단계를 다시 실행하여 긴급 냉수드레인 밸브(54) 개방(S312) 동작을 선택적으로 실행함으로써 위험 수 위에 있는 보조 냉수탱크(50)의 냉수가 외부로 배출될 수 있도록 제어할 수 있게 된다.On the other hand, in the case of hot water supply, in the determination step (S305), when the flow rate measurement value of the auxiliary
냉수 공급인 경우, 메인 콘트롤러(100)는 도 3b에 도시된 바와 같이, 메인 냉수탱크(20)의 유량 측정치가 냉수밸브(21,51)의 개방을 위해 설정된 제1 냉수 유량기준치와 같거나 높은지를 판단(S331)한다. 메인 냉수탱크(20)의 유량 측정치가 제1 냉수 유량기준치와 같거나 높은 경우 메인 냉수밸브(21)를 개방(S332)함으로써 메인 냉수탱크(20)의 온수가 공급되도록 제어한다. 아울러 상기 메인 콘트롤러(100)는 메인 냉수탱크(20)의 유량 측정치가 오버 플로우를 위해 설정된 제2 냉수 유량기준치와 같거나 높은지를 판단(S333)한다. 메인 냉수탱크(20)의 유량 측정치가 제2 냉수 유량기준치와 같거나 높은 경우 냉수 물펌프(55)를 구동(S334)함으로써 위험 수위에 있는 메인 냉수탱크(20)의 냉수가 보조 냉수탱크(50)에 저장될 수 있도록 제어한다. 이러한 과정에서 상기 냉수 물펌프(55)의 구동에 의해 보조 냉수탱크(50)의 유량이 다시 증가될 수 있으므로, 상기 메인 콘트롤러(100)는 보조 냉수탱크(50)의 유량 측정치가 오버 플로우를 위해 설정된 제2 냉수 유량기준치와 같거나 높은지를 판단(S311)하는 단계를 다시 실행하여 긴급 냉수드레인 밸브(54) 개방(S312) 동작을 선택적으로 실행함으로써 위험 수위에 있는 보조 냉수탱크(50)의 냉수가 외부로 배출될 수 있도록 제어할 수 있게 된다.In the case of cold water supply, as shown in FIG. 3B, the
또한 상기 메인 콘트롤러(100)는 메인 냉수탱크(20)의 온도 측정치가 냉수밸브(21,51)의 개방을 위해 설정된 제1 냉수 온도기준치와 같거나 높은지를 판단(S335)한다. 메인 냉수탱크(20)의 온도 측정치가 제1 냉수 온도기준치와 같거나 높은 경우 냉수 물펌프(55)를 구동시켜 메인 냉수탱크(20)의 냉수가 보조 냉수탱크(50)로 배출되도록 함으로써 냉수 배출을 위해 설정된 기준 온도보다 높은 온도의 냉수가 메인 냉수밸브(21)를 통해 공급되는 것을 방지하게 되며, 아울러 볼텍스 콘트롤 모터(210)의 구동으로 스로틀 밸브(205)를 조정(S336)하여 볼텍스 튜브(200)에서 냉각되는 온도를 낮추어 줌으로써 메인 냉수탱크(20)로 공급되는 냉수의 온도를 낮게 한다. 이러한 과정에서도 상기 냉수 물펌프(55)의 구동에 의해 보조 냉수탱크(50)의 유량이 증가될 수 있으므로, 이와 아울러 상기 메인 콘트롤러(100)는 보조 냉수탱크(50)의 유량 측정치가 오버 플로우를 위해 설정된 제2 냉수 유량기준치와 같거나 높은지를 다시 판단(S311)하여, 보조 냉수탱크(50)의 유량 측정치가 제2 냉수 유량기준치와 같거나 높은 경우 긴급 냉수드레인 밸브(54)를 개방(S312)함으로써 위험 수위에 있는 보조 냉수탱크(50)의 냉수가 외부로 배출될 수 있도록 제어한다.In addition, the
한편, 냉수 공급인 경우 상기 판단 단계(S331)에서, 메인 냉수탱크(20)의 유량 측정치가 제1 냉수 유량기준치보다 낮은 경우는 메인 냉수탱크(20)의 냉수를 사용하지 않고 보조 냉수탱크(50)의 냉수를 사용하기 위해 보조 냉수탱크(50)의 측정치 판단을 위한 과정(S337)으로 동작 경로를 바꾼다. 즉, 보조 냉수탱크(50)의 유량 측정치가 냉수밸브(21,51)의 개방을 위해 설정된 제1 냉수 유량기준치와 같거나 높은지를 판단(S337)한다. 보조 냉수탱크(50)의 유량 측정치가 제1 온수 유량기준치와 같거나 높은 경우 보조 냉수밸브(51)를 개방(S338)함으로써 보조 냉수탱크(50)의 온수가 공급되도록 제어한다. 반대로 상기 판단 단계(S337)에서 보조 냉 수탱크(50)의 유량 측정치가 제1 온수 유량기준치보다 낮은 경우 상온수 물펌프(31)를 구동(S339)하면서 보조 냉수밸브(51)를 개방(S338)함으로써 보조 냉수탱크(50)의 상온수가 공급되도록 제어한다. 이러한 과정에서도 상기 상온수 물펌프(31)의 구동에 의해 보조 냉수탱크(50)의 유량이 증가될 수 있으므로, 이와 아울러 상기 메인 콘트롤러(100)는 보조 냉수탱크(50)의 유량 측정치가 오버 플로우를 위해 설정된 제2 냉수 유량기준치와 같거나 높은지를 다시 판단(S311)하여, 보조 냉수탱크(50)의 유량 측정치가 제2 냉수 유량기준치와 같거나 높은 경우 긴급 냉수드레인 밸브(54)를 개방(S312)함으로써 위험 수위에 있는 보조 냉수탱크(50)의 냉수가 외부로 배출될 수 있도록 제어한다.On the other hand, in the case of cold water supply, in the determination step (S331), when the flow rate measurement value of the main
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에만 국한되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음의 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경실시할 수 있을 것이다.In the above, the present invention has been shown and described with respect to certain preferred embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains can variously change variously without departing from the technical spirit of the present invention described in the following claims. You can do it.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 볼텍스 튜브를 이용한 냉온수 공급시스템의 전체적인 구성을 개념적으로 도시한 개략도이고,1 is a schematic diagram conceptually showing the overall configuration of a cold and hot water supply system using a vortex tube according to a preferred embodiment of the present invention,
도 2는 도 1에 적용된 볼텍스 튜브의 상세 단면도이고,2 is a detailed cross-sectional view of the vortex tube applied in FIG. 1,
도 3a와 도 3b는 본 발명에 의한 냉온수 공급시스템에서 메인 콘트롤러에 의해 제어되는 냉온수 공급과정을 예시한 동작 흐름도이다.3A and 3B are operation flowcharts illustrating a process of supplying hot and cold water controlled by a main controller in a cold / hot water supply system according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10 : 메인 온수탱크 11 : 메인 온수밸브10: main hot water tank 11: main hot water valve
12,22,42 : 온도 센서 13,23,43,53 : 유량 레벨게이지 12,22,42
14 : 온수 드레인 밸브 20 : 메인 냉수탱크14: hot water drain valve 20: main cold water tank
21 : 메인 냉수밸브 30 : 메인 물펌프21: main cold water valve 30: main water pump
31 : 상온수 물펌프 33 : 온수 드레인 물펌프31: room temperature water pump 33: hot water drain water pump
40 : 보조 온수탱크 41 : 보조 온수밸브40: auxiliary hot water tank 41: auxiliary hot water valve
44 : 긴급 온수 드레인 밸브 45 : 온수 물펌프44: emergency hot water drain valve 45: hot water water pump
50 : 보조 냉수탱크 51 : 보조 냉수밸브50: auxiliary cold water tank 51: auxiliary cold water valve
54 : 긴급 냉수 드레인 밸브 55: 냉수 물펌프54 emergency cold
200 : 볼텍스 튜브 201 : 유체 투입구200: vortex tube 201: fluid inlet
202 : 고속 회전실 203 : 온수 출구202: high speed rotary chamber 203: hot water outlet
204 : 냉수 출구 205 : 스로틀 밸브204: cold water outlet 205: throttle valve
220 : 볼텍스 튜브 온수 밸브 230 : 볼텍스 튜브 냉수 밸브220: Vortex tube hot water valve 230: Vortex tube cold water valve
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