KR101027494B1 - 열매체 마찰 히팅장치를 이용한 히팅시스템 - Google Patents

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Abstract

열매체 마찰 히팅장치를 이용한 히팅시스템은 회전력을 이용하여 열매체르 가열하는 마찰 히팅장치, 열매체를 공급하는 저장탱크, 열교환기 및 축열기로 구성되는 제1루프와, 수탱크, 보조 마찰 히팅장치, 열교환기 및 축열기로 구성되는 제2루프로 구성됨으로써, 제1루프에 의해 순환하는 가열된 열매체를 이용하여 제2루프에 의해 순환하는 물을 가열하도록 구성된다. 이와 같이 구성되는 열매체 마찰 히팅장치를 이용한 히팅시스템에 의하면, 마찰 히팅장치를 이용하여 물을 간접적으로 가열하므로 가열온도의 제어가 용이하고 수증기로 인한 순환 방해 및 기계부하를 방지할 수 있고, 급탕시스템을 구현함으로써 신속히 급탕을 사용할 수 있으며, 심야전력을 이용하여 축열조에 축열된 열을 사용할 수 있기 때문에 유지비를 절약할 수 있는 이점이 있다.

Description

열매체 마찰 히팅장치를 이용한 히팅시스템{HEATING SYSTEM USING HEAT MEDIA FRICTION HEATING DEVICE}
본 발명은 열매체 마찰 히팅장치를 이용한 히팅시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회전에너지에 의해 발생하는 마찰력을 이용하여 열매체를 가열시키는 히팅시스템에 관한 것이다.
최근에는 난방 등을 위한 히팅 에너지인 석유나 가스가 점차 고갈되고 있고, 대기오염 및 지구 온난화로 인해 석유나 가스 같은 가연성 원료의 사용이 지양되고 있다.
따라서, 히팅 에너지의 대체 에너지원으로서 기계적인 에너지나 전기적인 에너지를 유체 내에서 열에너지로 변환시키는 많은 장치들이 소개되고 있다. 예를 들어, 전기 에너지는 히팅을 위해 자주 사용되지만, 변환 과정 중의 실질적인 에너지 손실 없이 전기 에너지를 열에너지로 변환하는 것은 현실적으로 어렵다. 그리고, 전기모터를 이용하여 전기에너지가 기계적인 에너지로 변환될 수 있지만, 여전히 변환과정 중의 효율 문제가 발생한다.
기계적인 에너지를 열에너지로 변환시키도록 하는 효율적인 장치 중 하나가 마찰로 인한 유체의 응폭, 여기 및 분열 현상을 이용하여 가열을 하는 마찰 히팅 장치이다. 이러한 장치 중 하나가 도 1에 도시되어 있다.
도시된 바와 같이, 회전력을 이용한 마찰 히팅장치는 하우징(1) 내부에서 회전하는 회전체(3)를 포함하고, 상기 회전체(3)는 회전축(5)과 연결되어 전동기(7)의 회전에 의해 회전한다.
상기 회전체(3)의 주위면에는 다수개의 홈(9)이 일정한 간격에 따라 형성된다. 그리고, 상기 하우징(1)에는 외부로부터 물이 유입되는 유입구(11) 및 물이 배출되는 유출구(13)가 구비된다.
상기 유입구(11)로부터 유입된 물은 상기 회전체(3)의 주위면과 접촉하면서 축방향으로 이동하여 유출구로 향한다. 상기 회전체(3)의 주위면과 접촉하면서 이동하는 물은 기계적인 마찰력에 의해 내부 물분자 운동이 활발해지며, 활발해진 물분자 사이에 응폭, 여기 및 분열 현상 등에 의해 자체 발열하면서 온도가 상승된다. 따라서, 기존 연소 방식에 비해 열교환 과정이 필요없고, 그 과정에서 손실되는 열도 없으므로 높은 열효율을 얻을 수 있는 장점이 있다.
그러나 상기한 바와 같은 종래 기술에 의한 마찰 히팅장치에서는 다음과 같은 문제점이 있다.
종래의 마찰 히팅장치는 히터 내부로 물을 유입시켜 회전력에 의해 물을 직접 가열하는 방식을 사용한다. 이와 같이 물을 직접 가열하여 사용하는 경우, 물의 가열온도를 일정한 수준으로 유지하거나 제어하기가 어렵고, 물을 100℃ 이상으로 가열하는 경우, 물이 기화되어 수증기로 변하기 때문에 물의 원활한 순환을 방해하거나 기계적인 부하를 발생시키는 문제점이 있다.
그리고, 종래의 마찰 히팅장치는 단순히 물을 가열하기 위한 역할만을 할 뿐, 마찰 히팅장치에 의해 가열된 물을 순환시키거나 온수가 필요한 장소로 공급하기 위한 시스템에 대해서는 알려진 바가 없다.
또한, 마찰 히팅장치는 전력을 이용하여 온수를 생성하기 때문에 야간의 심야전력을 이용하면 유지비가 상당히 절약됨에도 불구하고, 심야전력을 이용하여 히팅을 할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 마찰 히팅장치를 이용하여 간접적으로 온수를 생성하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 마찰 히팅장치를 이용하여 온수를 순환시키거나 제어할 수 있는 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 심야전력을 이용하여 히팅을 할 수 있도록 하는 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명의 열매체 마찰 히팅장치를 이용한 히팅시스템의 제1 실시예는 회전력을 이용하여 열매체를 가열하는 마찰 히팅장치; 상기 마찰 히팅장치와 연결되고, 상기 마찰 히팅장치에 열매체를 공급하는 저장탱크; 상기 마찰 히팅장치 및 상기 저장탱크와 연결되고, 상기 마찰 히팅장치에 의해 가열된 열매체와 물을 열교환시키는 열교환기;및 상기 열교환기와 연결되고, 상기 열교환기에 물을 공급하는 수탱크;를 포함하고, 상기 마찰 히팅장치, 상기 저장탱크 및 상기 열교환기를 연결하는 관은 폐회로를 형성하여 열매체를 순환시키는 제1 루프를 형성하고, 상기 열교환기 및 상기 수탱크를 연결하는 관은 폐회로를 형성하여 물을 순환시키는 제2 루프를 형성하고, 상기 제1 루프에는 열매체를 순환시키기 위한 제1 순환펌프가 구비되고, 상기 제2 루프에는 물을 순환시키기 위한 제2 순환펌프가 구비되고, 상기 열매체 또는 물의 순환은 콘트롤 유닛에 의해 제어되는 것이 바람직하다.
본 발명의 열매체 마찰 히팅장치를 이용한 히팅시스템의 제2 실시예는 회전력을 이용하여 열매체를 가열하는 마찰 히팅장치; 상기 마찰 히팅장치와 연결되고, 상기 마찰 히팅장치에 열매체를 공급하는 저장탱크; 상기 마찰 히팅장치 및 상기 저장탱크와 연결되고, 상기 마찰 히팅장치에 의해 가열된 열매체와 물을 열교환시키는 열교환기; 상기 열교환기와 연결되고, 상기 열교환기에 물을 공급하는 수탱크; 상기 수탱크 및 상기 열교환기와 연결되고, 회전력를 이용하여 물을 가열하는 보조 마찰 히팅장치;및 상기 마찰 히팅장치, 상기 열교환기 및 상기 수탱크와 연결되고, 내부의 축열재를 이용하여 열을 축열하는 축열기를 포함하고, 상기 마찰 히팅장치, 상기 저장탱크, 상기 열교환기 및 상기 축열기를 연결하는 관은 폐회로를 형성하여 열매체를 순환시키는 제1 루프를 형성하고, 상기 열교환기, 상기 수탱크, 상기 보조 마찰 히팅장치 및 상기 축열기를 연결하는 관은 폐회로를 형성하여 물을 순환시키는 제2 루프를 형성하고, 상기 제1 루프에는 열매체를 순환시키기 위한 제1 순환펌프가 구비되고, 상기 제2 루프에는 물을 순환시키기 위한 제2 순환펌프가 구비되고, 상기 제1 루프에는 상기 마찰 히팅장치, 상기 저장탱크, 상기 열교환기 및 상기 축열기와 연결되고, 상기 마찰 히팅장치, 상기 저장탱크, 상기 열교환기 및 축열기 사이의 열매체의 이동을 선택적으로 제어하는 제1 밸브 어셈블리가 구비되고, 상기 제2 루프에는 상기 열교환기, 상기 수탱크, 상기 보조 마찰 히팅장치 및 상기 축열기와 연결되고, 상기 열교환기, 상기 수탱크, 상기 보조 마찰 히팅장치 및 상기 축열기 사이의 물의 이동을 선택적으로 제어하는 제2 밸브 어셈블리가 구비되고, 상기 제1 루프에는 상기 보조 마찰 히팅장치에 의해 가열된 물이 상기 수탱크로 유입되도록 하는 급탕관 및 물의 흐름을 제어하는 급탕밸브가 구비되고, 상기 열매체 또는 물의 이동은 콘트롤 유닛에 의해 제어되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 밸브 어셈블리는 상기 열교환기로부터 유출되는 열매체의 이동을 상기 저장탱크 또는 상기 마찰 히팅 장치로 유도하고, 상기 마찰 히팅 장치로부터 유출되는 열매체의 이동을 상기 열교환기 또는 상기 축열기로 유도하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제2 밸브 어셈블리는 상기 수탱크로부터 유출되는 물의 이동을 상기 보조 마찰 히팅장치 또는 상기 열교환기로 유도하고, 상기 열교환기로부터 유출되는 물의 이동을 상기 축열기 또는 상기 수탱크로 유도하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 밸브 어셈블리 및 상기 제2 밸브 어셈블리는 내부에서 회전하는 개폐부의 회전에 의해 유체의 흐름을 선택적으로 제어하는 다수개의 다방밸브를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다방밸브는 구 형상의 밸브 본체와, 상기 밸브 본체 내부에 구비되고, 구동모터에 의해 상기 개폐부와 일체로 회전하는 회전로드를 포함하고, 상기 개폐부는 구 형상을 수직방향으로 절개한 일부 구체 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 밸브 어셈블리는 열교환기 유출관 및 마찰 히팅장치 유입관을 연결하는 라인과 저장탱크 유입관이 접하는 지점에 구비되는 제1 다방밸브; 상기 열교환기 유출관 및 상기 마찰 히팅장치 유입관을 연결하는 라인과 저장탱크 유출관이 접하는 지점에 구비되는 제2 다방밸브; 마찰 히팅장치 유출관 및 열교환기 유입관을 연결하는 라인과 축열기 유입관이 접하는 지점에 구비되는 제3 다방밸브;및 상기 마찰 히팅장치 유출관 및 상기 열교환기 유입관을 연결하는 라인과 축열기 유출관이 접하는 지점에 구비되는 제4 다방밸브를 포함하고, 상기 제2 밸브 어셈블리는 수탱크 수출관 및 열교환기 수입관을 연결하는 라인과 보조 마찰 히팅장치 유입관이 접하는 지점에 구비되는 제5 다방밸브; 상기 수탱크 수출관 및 상기 열교환기 수입관을 연결하는 라인과 보조 마찰 히팅장치 유출관이 접하는 지점에 구비되고, 상기 급탕관과 연결되는 제6 다방밸브; 열교환기 수출관 및 수탱크 수입관을 연결하는 라인과 축열기 수입관이 접하는 지점에 구비되는 제7 다방밸브; 상기 열교환기 수출관 및 상기 수탱크 수입관을 연결하는 라인과 축열기 수출관이 접하는 지점에 구비되는 제8 다방밸브를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제5 다방밸브는 상기 수탱크 수출관과 상기 보조 마찰히팅 장치 수입관을 연통시키고, 상기 제6 다방밸브는 상기 보조 마찰 히팅장치 수출관과 상기 급탕관을 연통시켜 급탕모드를 구동하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 다방밸브는 상기 열교환기 유출관과 저장탱크 유입관을 연통시키고, 상기 제2 다방밸브는 상기 저장탱크 유출관과 상기 마찰 히팅장치 유입관을 연통시키고, 상기 제3 다방밸브 및 상기 제4 다방밸브는 상기 마찰 히팅장치 유출관과 상기 열교환기 유입관을 연통시키고, 상기 제5 다방밸브는 상기 수탱크 수출관을 상기 보조 마찰 히팅장치 수입관 및 상기 제6 다방밸브와 연통시키고, 상기 제6 다방밸브는 상기 제5 다방밸브 및 상기 보조 마찰 히팅장치 수출관을 상기 열교환기 수입관과 연통시키고, 상기 제7 다방밸브 및 상기 제8 다방밸브는 상기 열교환기 수출관을 상기 수탱크 수입관과 연통시켜 급속 난방모드를 구동하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 다방밸브 및 상기 제2 다방밸브는 상기 열교환기 유출관과 상기 마찰 히팅장치 유입관을 연통시키고, 상기 제5 다방밸브 및 상기 제6 다방밸브는 상기 수탱크 수출관을 상기 열교환기 수입관과 연통시켜 일반 난방모드를 구동하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 다방밸브와 상기 제2 다방밸브는 상기 열교환기 유출관과 상기 마찰 히팅장치 유입관을 연통시키고, 상기 제3 다방밸브는 상기 마찰 히팅장치 유출관과 상기 축열기 유입관을 연통시키고, 상기 제4 다방밸브는 상기 축열기 유출관과 상기 열교환기 유입관을 연통시켜 축열모드를 구동하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제5 다방밸브와 상기 제6 다방밸브는 상기 수탱크 수출관과 상기 열교환기 수입관을 연통시키고, 상기 제7 다방밸브는 상기 열교환기 수출관과 상기 축열기 수입관을 연통시키고, 상기 제8 다방밸브느 상기 축열기 수출관과 상기 수탱크 수입관을 연통시켜 방열 난방모드를 구동하는 것이 바람직하다.
이와 같은 본 발명에 의한 열매체 마찰 히팅장치를 이용한 히팅시스템에 의하면, 마찰 히팅장치를 이용하여 열매체를 가열함으로써 열교환기 또는 축열기를 통해 물을 간접적으로 가열하므로, 물을 직접가열하는 방식에 비해 가열온도의 제어가 용이하고 수증기로 인한 순환 방해 및 기계부하를 방지할 수 있는 이점이 있다.
그리고, 마찰 히팅장치를 이용하여 단순히 물을 가열하는 것이 아니라, 물을 순환시켜 급탕 및 난방을 실시할 수 있도록 하고, 급탕시스템을 구현함으로써 신속히 급탕을 사용할 수 있는 이점이 있다.
또한, 상대적으로 저렴한 야간 심야전력을 이용하여 축열조에 열을 축열한 후, 차후에 축열된 열을 사용할 수 있기 때문에 유지비를 절약할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래기술에 의한 마찰 히팅장치의 일 예를 보인 정면도.
도 2는 본 발명에 의한 열매체 마찰 히팅장치를 이용한 히팅시스템의 바람직한 제1 실시예를 보인 구성도.
도 3은 본 발명에 의한 열매체 마찰 히팅장치를 이용한 히팅시스템의 열교환기의 구성을 보인 분해사시도.
도 4는 본 발명에 의한 열매체 마찰 히팅장치를 이용한 히팅시스템의 바람직한 제2 실시예를 보인 구성도.
도 5는 본 발명에 의한 열매체 마찰 히팅장치를 이용한 히팅시스템의 축열기의 구성을 보인 단면 구성도.
도 6은 본 발명에 의한 열매체 마찰 히팅장치를 이용한 히팅시스템의 다방밸브를 보인 사시도.
도 7은 도 6의 내부 구성도,
도 8은 도 6의 a-a'선 단면도.
도 9는 본 발명에 의한 열매체 마찰 히팅장치를 이용한 히팅시스템의 급탕모드를 보인 구성도.
도 10은 본 발명에 의한 열매체 마찰 히팅장치를 이용한 히팅시스템의 급속난방모드를 보인 구성도.
도 11은 본 발명에 의한 열매체 마찰 히팅장치를 이용한 히팅시스템의 일반 난방모드를 보인 구성도.
도 12는 본 발명에 의한 열매체 마찰 히팅장치를 이용한 히팅시스템의 축열모드를 보인 구성도.
도 13은 본 발명에 의한 열매체 마찰 히팅장치를 이용한 히팅시스템의 방열 난방모드를 보인 구성도.
이하에서는 본 발명에 의한 열매체 마찰 히팅장치를 이용한 히팅시스템의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 2 내지 도 7에는 본 발명에 의한 열매체 마찰 히팅장치를 이용한 히팅시스템의 바람직한 실시예가 도시되어 있다.
도시된 바에 따르면, 본 발명의 히팅시스템의 마찰 히팅장치는 열매체로서 물을 사용하여 직접 가열하지 않고 열매체유를 사용하여 간접적으로 가열한다. 열매체유란 비등점이 높은 합성오일로서 산화안정성 및 열안정성이 매우 우수하고, 탄화침전물이나 슬러지가 생성되지 않으며 금속물질을 부식시키지 않기 때문에 장치의 수명을 연장시킨다.
본 발명의 마찰 히팅장치에 사용되는 열매체유의 한 종류로서 알킬벤젠계 합성열매체유인 SERIOLA KF 2120, SERIOLA KF 1120(Dow Chemical Company)가 있다.
도 2에는 본 발명에 의한 열매체 마찰 히팅장치를 이용한 히팅시스템의 제1실시예가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이, 열매체유가 유입되어 회전력에 의해 열매체유가 자체 발열하여 온도가 상승되는 마찰 히팅장치(20)가 구비된다. 상기 마찰 히팅장치(20)는 도 1에 도시된 일반적인 마찰 히팅장치(20)로 구비될 수 있다. 상기 마찰 히팅장치(20)로 유입된 물은 마찰 히팅장치(20) 내부의 회전체의 주위면과 접촉하면서 기계적인 마찰력에 의해 열매체유가 응폭, 여기 및 분열 현상 등에 의해 자체 발열하여 온도가 상승된다.
상기 마찰 히팅장치(20)는 열매체유가 저장되어 있는 저장탱크(30)와 연결된다. 상기 저장탱크(30)는 상기 마찰 히팅장치(20) 내로 열매체유를 공급하여 열매체유가 원활하게 순환하도록 한다.
그리고, 상기 마찰 히팅장치(20) 및 저장탱크(30)는 열교환기(40)와 연결된다. 상기 열교환기(40)는 상기 마찰 히팅장치(20)에 의해 가열되는 열매체유와 아래에서 설명할 수탱크(60)로부터 공급되는 물을 서로 열교환시키는 역할을 한다.
상기 열교환기(40)에 대한 세부적인 구성이 도 3에 도시되어 있다. 상기 열교환기(40)는 상기 열교환기(40)의 외형을 구성하는 2개의 헤드부(41)와 상부 바(43) 및 하부 바(45)를 포함한다. 상기 2개의 헤드부(41)는 타이 볼트(47)로 고정된다.
그리고, 상기 2개의 헤드부(41) 사이에는 다수개의 플레이트 팩키지(49)가 구비된다. 상기 플레이트 팩키지(49)는 다수개의 플레이트가 적층되어 구성되는 것으로서, 열매체유와 물이 분리된 상태로 상기 플레이트 내부를 통해 흐름으로써 서로 열교환을 한다.
상기 열교환기(40)와 상기 마찰 히팅장치(20) 사이에는 제1 순환펌프(50)가 구비될 수 있다. 상기 제1 순환펌프(50)의 위치는 열교환기(40)와 마찰 히팅장치(20) 사이로 한정되지 않고, 다른 위치에도 구비될 수 있다.
상기 마찰 히팅장치(20), 저장탱크(30), 열교환기(40) 및 제1 순환펌프(50)를 연결하는 1개의 폐회로는 열매체유가 순환하기 위한 제1 루프를 형성한다.
그리고, 물이 순환하는 1개의 폐회로로 구성되는 제2 루프는 상기 열교환기(40), 수탱크(60) 및 제2 순환펌프(70)를 포함한다. 상기 수탱크(60)는 물을 저장하여 상기 열교환기(40)로 물을 공급함으로써 상기 마찰 히팅장치(20)에 의해 가열된 열매체유와 물이 상기 열교환기(40) 내에서 서로 열교환을 한다.
상기 수탱크(60)는 외부로부터 물을 공급받는 급수관(61)과, 수탱크(60) 내부의 물을 외부로 배출하는 배수관(63)을 포함한다. 그리고, 상기 열교환기(40), 수탱크(60), 마찰 히팅장치(20), 제1 순환펌프(50) 및 제2 순환펌프(70)는 모두 콘트롤 유닛(도시되지 않음)과 연결되어 상기 콘트롤 유닛에 의해 제어된다.
열매체유를 히팅하여 순환시키는 제1 루프에 의해 열매체유가 열교환기(40) 내에서 물과 열교환을 하고, 상기 열매체유로부터 열을 얻은 물은 제2 루프에 의해 수탱크(60)로 유입되어 저장됨으로써 외부로 온수를 공급할 수 있다.
도 4에는 본 발명에 의한 열매체 마찰 히팅장치를 이용한 히팅시스템의 제2실시예가 도시되어 있다. 제2 실시예에 의한 히팅시스템은 순간 온수가 필요한 경우에 급탕을 할 수 있는 구조와, 심야 전력을 이용하여 축열을 하여 필요시에 사용을 할 수 있는 구조에 관한 것이다.
본 발명에 의한 히팅시스템은 열매체유를 이용하여 수탱크(60) 내에 저장된 물을 간접적으로 가열하도록 구성되어 있기 때문에, 수탱크(60) 내의 물이 충분히 가열되지 않은 경우, 급탕을 사용할 수 없는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명에 의한 히팅시스템은 별도의 보조 마찰 히팅장치(80)를 구비함으로써 필요시에 보조 마찰 히팅장치(80)를 구동시켜 급탕을 사용할 수 있도록 구성된다.
상기 보조 마찰 히팅장치(80)는 순간적으로 요구되는 급탕을 위해 설치되는 것이기 때문에, 열매체가 아닌 물을 직접 가열하여 사용할 수 있도록 구성된다. 상기 보조 마찰 히팅장치(80)는 메인 마찰 히팅장치(20)에 비해 상대적으로 출력이 작은 전동기로 구성될 수 있다.
그리고, 본 발명에 의한 히팅시스템은 심야전력을 이용하여 마찰 히팅장치(20)를 구동시키고, 이로 인해 발생하는 열을 축열기(90)에 축열하여 필요시에 물을 가열할 수 있도록 구성된다. 상기 축열기(90)는, 도 5에 도시된 바와 같이 축열기 본체(91) 내부에 다수개의 축열재(93)가 일정간격으로 이격되어 구비되고, 상기 축열재(93)와 가능한 넓은 면접촉을 하는 열매체 이동로(95)와 물 이동로(97)가 구비된다.
따라서, 상기 열매체 이동로(95)를 통해 이동하는 가열된 열매체의 열이 상기 축열재(93)에 축열되고, 상기 물 이동로(97)를 통해 이동하는 물이 상기 축열조(93)로부터의 열에 의해 가열되도록 구성된다.
본 발명의 제2 실시예에 의한 히팅시스템은 열교환기(40), 마찰 히팅장치(20), 저장탱크(30) 및 축열기(90)와 연결되는 폐회로로 구성되는 제1 루프와, 열교환기(40), 축열기(90), 보조 마찰 히팅장치(80) 및 수탱크(60)와 연결되는 폐회로로 구성되는 제2 루프를 포함한다.
상기 제1 루프는 상기 마찰 히팅장치(20)에 의해 가열되는 열매체가 순환하기 위한 폐회로이고, 제2 루프는 상기 수탱크(60)로부터 공급되는 물이 순환하기 위한 폐회로이며, 물과 열매체는 상기 열교환기(40) 및 축열기(90) 내부에서 열교환한다.
제1 루프 내의 열교환기(40), 마찰 히팅장치(20), 저장탱크(30) 및 축열기(90)는 모두 제1 밸브 어셈블리(101)와 연결된다. 즉, 상기 구성요소와 연결되는 유입관 및 유출관이 모두 제1 밸브 어셈블리(101)와 연결된다.
마찬가지로, 제2 루프 내의 열교환기(40), 축열기(90), 보조 마찰 히팅장치(80) 및 수탱크(60)는 모두 제2 밸브 어셈블리(102)와 연결된다. 즉, 상기 구성요소와 연결되는 유입관 및 유출관이 모두 제2 밸브 어셈블리(102)와 연결된다.
상기 제1 밸브 어셈블리(101)의 일 예가 도 6 내지 7에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 상기 제1 밸브 어셈블리(101)는 다수개의 다방밸브(Multi way valve)(1101 ~ 1108)를 포함하고, 본 실시예에서는 상기 제1 밸브 어셈블리(101)가 4개의 다방밸브(1101 ~ 1104)를 포함하고, 제2 밸브 어셈블리(102)가 4개의 다방밸브(1105 ~ 1108)를 포함한다.
상기 다방밸브(1101 ~ 1108)는 구 형상으로 형성되는 밸브 본체(111)를 포함하고, 상기 밸브 본체(111)는 다수개의 유입관 또는 유출관(또는 수입관 및 수출관)과 연결된다. 그리고, 상기 밸브본체(111)의 내부에는 상기 밸브 본체(111)의 천정으로부터 수직방향으로 연장되어 밸브 본체(111)를 수직방향으로 관통하는 회전로드(113)가 구비된다. 상기 회전로드(113)는 상기 밸브 본체(111)의 외부에 구비되는 구동모터(115)에 의해 회전한다.
그리고, 상기 회전로드(113)에는, 도 7에 도시된 바와 같은 개폐부(117)가 일체로 형성된다. 상기 개폐부(117)는 구형상의 일부를 수직방향으로 절개하여 잘라낸 일부 구체 형상으로 형성된다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 수평 단면 형상이 부체꼴과 같은 형상으로 형성된다. 또는, 상기 개폐부(117)는 일부 구체 형상의 중심 부분이 절개된 형상으로 형성될 수도 있다.
상기 개폐부(117)는 회전로드(113)의 회전에 따라 회전하면서 상기 밸브 본체(111)와 연통되어 있는 다수개의 연통공(119)을 선택적으로 차폐한다. 즉, 상기 개폐부(117)는 도 8의 a 위치 내지 d 위치로 회전하면서 밸브본체(111) 내부의 1개 또는 2개의 연통공(119)을 선택적으로 차폐한다. 따라서, 상기 개폐부(17)의 회전에 의해 다수개의 유입관 및 유출관(또는 수입관 및 수출관)을 여러 방향으로 연통시킬 수 있다. 그리고, 상기 회전로드(113)를 회전시키는 구동모터(115)는 콘트롤 유닛에 의해 자동 제어된다.
제1 루프 내의 유로 구성은 다음과 같다.
아래에서 설명하는 유입관 및 유출관은 열매체유가 이동하는 통로이고, 수출관 및 수입관은 물이 이동하는 통로이다.
마찰 히팅장치(20)의 마찰 히팅장치 유입관(120) 및 마찰 히팅장치 유출관(220)은 제1 밸브 어셈블리(102)를 통해 열교환기(40)의 열교환기 유출관(340) 및 열교환기 유입관(440)과 각각 연결된다. 즉, 마찰 히팅장치 유입관(120)은 열교환기 유출관(340)과 연결되고, 마찰 히팅장치 유출관(220)은 열교환기 유입관(440)과 연결된다. 상기 마찰 히팅장치 유출관(220)에는 제1 순환펌프(50)가 구비될 수 있다.
그리고, 상기 열교환기 유출관(340)과 마찰 히팅장치 유입관(120)이 연결되는 라인에는 저장탱크 유입관(130) 및 저장탱크 유출관(230)이 연결된다. 그리고, 상기 저장탱크 유입관(130)이 열교환기 유출관(340) 및 마찰 히팅장치 유입관(120)과 연결되는 지점에는 제1 다방밸브(1101)가 구비된다. 상기 저장탱크 유출관(230)이 열교환기 유출관(340) 및 마찰 히팅장치 유입관(120)과 연결되는 지점에는 제2 다방밸브(1102)가 구비된다.
그리고, 상기 열교환기 유입관(440)과 마찰 히팅장치 유출관(220)이 연결되는 라인에는 축열기 유입관(390) 및 축열기 유출관(490)이 연결된다. 그리고, 상기 축열기 유입관(390)이 상기 열교환기 유입관(440)과 마찰 히팅장치 유출관(220)과 연결되는 지점에는 제3 다방밸브(1103)가 구비되고, 상기 축열기 유출관(490)이 상기 열교환기 유입관(440)과 마찰 히팅장치 유출관(220)과 연결되는 지점에는 제4 다방밸브(1104)가 구비된다.
제2 루프 내의 유로 구성은 다음과 같다.
먼저, 수탱크(60)의 수탱크 수출관(160) 및 수탱크 수입관(260)은 제1 밸브 어셈블리(101)를 통해 열교환기(40)의 열교환기 수입관(140) 및 열교환기 수출관(240)과 각각 연결된다. 상기 수탱크 수출관(160)에는 제2 순환 펌프(70)가 구비될 수 있다.
그리고, 상기 수탱크 수출관(160)과 열교환기 수입관(140)이 연결되는 라인에는 보조 마찰 히팅장치 수입관(180) 및 보조 마찰 히팅장치 수출관(280)이 연결된다.
상기 보조 마찰 히팅장치 수입관(180)이 수탱크 수출관(160)과 열교환기 수입관(140)과 연결되는 지점에는 제5 다방밸브(1105)가 구비된다. 그리고, 상기 보조 마찰 히팅장치 수출관(280)이 수탱크 수출관(160)과 열교환기 수입관(140)과 연결되는 지점에는 제6 다방밸브(1106)가 구비된다.
그리고, 상기 제6 다방밸브(1106)에는 수탱크(60)의 배수관(63)과 연결되는 급탕관(300)이 연결된다. 상기 급탕관(300)에는 급탕밸브(310)가 구비된다. 상기 급탕관(300)을 통해서 상기 보조 마찰 히팅장치(80)에 의해 가열된 물이 배수관(63)을 통해 외부로 공급될 수 있다.
한편, 상기 수탱크 수입관(260)과 열교환기 수출관(240)이 연결되는 라인에는 축열기 수입관(190) 및 축열기 수출관(290)이 연결된다. 그리고, 상기 수탱크 수입관(260)과 열교환기 수출관(240)이 축열기 수입관(190)과 연결되는 지점에는 제7 다방밸브(1107)가 구비된다. 그리고, 상기 수탱크 수입관(260)과 열교환기 수출관(240)이 축열기 수출관(290)과 연결되는 지점에는 제8 다방밸브(1108)가 구비된다.
이하에서는 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 열매체 마찰 히팅장치를 이용한 히팅시스템의 작용을 상세하게 설명한다.
(1) 급탕 모드
수탱크(60) 내의 물이 가열되지 않은 상태에서 급탕이 필요한 경우에 실시되는 모드이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 제5 다방밸브(1105)가 도 8의 d위치로 이동하여 수탱크 수출관(160)과 보조 마찰 히팅장치 수입관(180)을 연통시키고, 제6 다방밸브(1106)도 도 8의 e위치로 이동하여 보조 마찰 히팅장치 수출관(280)과 급탕관(310)을 연통시킨다. 이때, 급탕밸브(310)가 개방된다.
따라서, 수탱크(60) 내의 물이 보조 마찰 히팅장치(80)로 유입되어 가열된 후, 급탕관(300)을 통해 배수관(63)으로 공급됨으로써 외부로 온수를 공급할 수 있도록 구성된다.
(2) 급속 난방모드
빠른 시간 내에 난방을 실시하기 위한 모드로서, 마찰 히팅장치(20) 및 보조 마찰 히팅장치(80)가 모두 가동되는 모드이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 제5 다방밸브(1105)가 도 8의 f위치로 이동하여 수탱크 수출관(160)을 보조 마찰 히팅장치 수입관(180) 및 제6 다방밸브(1106)와 연통시키고, 제6 다방밸브(1106)는 도 8의 f위치로 이동하여 제5 다방밸브(1105) 및 보조 마찰 히팅장치 수출관(280)을 열교환기 수입관(140)과 연통시킨다.
그리고, 제7 다방밸브(1107)는 도 8의 a위치로 이동하여 열교환기 수출관(240)과 제8 다방밸브(1108)를 연통시키고, 제8 다방밸브(1108)는 도 8의 a위치로 이동하여 제7 다방밸브(1107)와 수탱크 수입관(260)을 연통시킨다.
제1 다방밸브(1101)는 도 8의 d위치로 이동하여 열교환기 유출관(340)과 저장탱크 유입관(130)을 연통시킨다. 그리고, 제2 다방밸브(1102)는 도 8의 e위치로 이동하여 저장탱크 유출관(230)과 마찰 히팅장치 유입관(120)을 연통시킨다. 제3 다방밸브(1103) 및 제4 다방밸브(1104)는 마찰 히팅장치 유출관(220)과 열교환기 유입관(440)을 연통시킨다.
따라서, 수탱크(60)로부터 공급되는 물의 일부는 보조 마찰 히팅장치(80)로 유입되어 일부 가열된 상태로 열교환기(40)로 유입되고, 열교환기(40) 내에서 열매체와 열교환을 한 후, 다시 수탱크(60)로 되돌아 온다.
그리고, 저장탱크(30)로부터 열매체유를 공급받은 마찰 히팅장치(20)는 열매체유를 가열하여 열교환기(40)로 유입시킴으로써 물을 가열시킬 수 있다.
이와 같은 급속 난방모드에 의하면, 마찰 히팅장치(20)와 보조 마찰 히팅장치(80)를 모두 사용하여 난방을 하기 때문에 빠른 시간 내에 난방을 실시할 수 있는 이점이 있다.
(3) 일반 난방모드
일반 난방모드는 어느 정도 온수 온도가 상승한 이후에 난방을 계속 유지하기 위한 모드이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 급속 난방모드에서 보조 마찰 히팅장치(80)로의 물의 흐름을 차단하고, 저장탱크(30)로의 열매체유의 흐름을 차단한다.
따라서, 제5 다방밸브(1105) 및 제6 다방밸브(1106)는 도 8의 a위치로 이동하여 수탱크 수출관(160)과 열교환기 수입관(140)을 연통시키고, 제1 다방밸브(1101) 및 제2 다방밸브(1102)는 도 8의 a위치로 이동하여 열교환기 유출관(340)과 마찰 히팅 장치(20)를 연통시킨다. 기타 다른 구성은 급속 난방모드와 동일하다.
(4) 축열모드
축열모드는 심야전력을 이용하여 열을 축열시켜 차후에 난방을 하기 위한 모드이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 축열모드는 제1 루프 내의 열매체유만 순환하는 구조로 구성된다.
도시된 바와 같이, 제1 다방밸브(1101) 및 제2 다방밸브(1102)는 도 8의 a위치로 이동하여 열교환기 유출관(340)과 마찰 히팅장치 유입관(120)을 연통시키고, 제3 다방밸브(1103)는 도 8의 d위치로 이동하여 마찰 히팅장치 유출관(220)과 축열기 유입관(390)을 연통시키고, 제4 다방밸브(1104)는 도 8의 e위치로 이동하여 축열기 유출관(490)과 열교환기 유입관(440)을 연통시킨다.
따라서, 마찰 히팅장치(20)에 의해 가열되는 열매체유는 축열기(90)로 유입되어 열매체유의 열을 축열시키고, 다시 열교환기(40)를 순환하여 마찰 히팅장치(20)로 회귀함으로써 축열기(90) 내부에 축열을 할 수 있다.
(5) 방열 난방모드
방열 난방모드는 축열모드에 의해 축열된 열을 이용하여 난방을 하기 위한 모드이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 방열 난방모드는 제2 루프 내의 물만 순환하는 구조로 구성된다.
도시된 바와 같이, 제5 다방밸브(1105) 및 제6 다방밸브(1106)는 도 8의 a위치로 이동하여 수탱크 수출관(160)과 열교환기 수입관(140)을 연통시키고, 제7 다방밸브(1107)는 도 8의 d위치로 이동하여 열교환기 수출관(240)을 축열기 수입관(190)과 연통시키고, 제8 다방밸브(1108)는 도 8의 e위치로 이동하여 축열기 수출관(290)을 수탱크 수입관(260)과 연통시킨다.
따라서, 축열기(90) 내부에 축열된 열을 방열시킴으로써 수탱크 내의 물을 가열시킬 수 있다.
이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 권리범위는 후술하는 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.
상기에서 설명한 축열기(90)는 여건에 따라 제외되고 실시될 수 있다.
* 도면의 주요 부분에 대한 설명 *
20 : 마찰 히팅 장치 30 : 저장탱크
40 : 열교환기 50 : 제1 순환펌프
60 : 수탱크 70 : 제2 순환펌프
80 : 보조 마찰 히팅장치 90 : 축열기
101, 102 : 제1 및 제2 밸브 어셈블리 110 : 다방밸브

Claims (12)

  1. 삭제
  2. 회전력을 이용하여 열매체를 가열하는 마찰 히팅장치;
    상기 마찰 히팅장치와 연결되고, 상기 마찰 히팅장치에 열매체를 공급하는 저장탱크;
    상기 마찰 히팅장치 및 상기 저장탱크와 연결되고, 상기 마찰 히팅장치에 의해 가열된 열매체와 물을 열교환시키는 열교환기;
    상기 열교환기와 연결되고, 상기 열교환기에 물을 공급하는 수탱크;
    상기 수탱크 및 상기 열교환기와 연결되고, 회전력를 이용하여 물을 가열하는 보조 마찰 히팅장치;및
    상기 마찰 히팅장치, 상기 열교환기 및 상기 수탱크와 연결되고, 내부의 축열재를 이용하여 열을 축열하는 축열기를 포함하고,
    상기 마찰 히팅장치, 상기 저장탱크, 상기 열교환기 및 상기 축열기를 연결하는 관은 폐회로를 형성하여 열매체를 순환시키는 제1 루프를 형성하고,
    상기 열교환기, 상기 수탱크, 상기 보조 마찰 히팅장치 및 상기 축열기를 연결하는 관은 폐회로를 형성하여 물을 순환시키는 제2 루프를 형성하고,
    상기 제1 루프에는 열매체를 순환시키기 위한 제1 순환펌프가 구비되고,
    상기 제2 루프에는 물을 순환시키기 위한 제2 순환펌프가 구비되고,
    상기 제1 루프에는 상기 마찰 히팅장치, 상기 저장탱크, 상기 열교환기 및 상기 축열기와 연결되고, 상기 마찰 히팅장치, 상기 저장탱크, 상기 열교환기 및 축열기 사이의 열매체의 이동을 선택적으로 제어하는 제1 밸브 어셈블리가 구비되고,
    상기 제2 루프에는 상기 열교환기, 상기 수탱크, 상기 보조 마찰 히팅장치 및 상기 축열기와 연결되고, 상기 열교환기, 상기 수탱크, 상기 보조 마찰 히팅장치 및 상기 축열기 사이의 물의 이동을 선택적으로 제어하는 제2 밸브 어셈블리가 구비되고,
    상기 제1 루프에는 상기 보조 마찰 히팅장치에 의해 가열된 물이 상기 수탱크로 유입되도록 하는 급탕관 및 물의 흐름을 제어하는 급탕밸브가 구비되고,
    상기 열매체 또는 물의 이동은 콘트롤 유닛에 의해 제어되는
    열매체 마찰 히팅장치를 이용한 히팅시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 밸브 어셈블리는
    상기 열교환기로부터 유출되는 열매체의 이동을 상기 저장탱크 또는 상기 마찰 히팅 장치로 유도하고,
    상기 마찰 히팅 장치로부터 유출되는 열매체의 이동을 상기 열교환기 또는 상기 축열기로 유도하는
    열매체 마찰 히팅장치를 이용한 히팅시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2 밸브 어셈블리는
    상기 수탱크로부터 유출되는 물의 이동을 상기 보조 마찰 히팅장치 또는 상기 열교환기로 유도하고,
    상기 열교환기로부터 유출되는 물의 이동을 상기 축열기 또는 상기 수탱크로 유도하는
    열매체 마찰 히팅장치를 이용한 히팅시스템.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 제1 밸브 어셈블리 및 상기 제2 밸브 어셈블리는
    내부에서 회전하는 개폐부의 회전에 의해 유체의 흐름을 선택적으로 제어하는 다수개의 다방밸브를 포함하는
    열매체 마찰 히팅장치를 이용한 히팅시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 다방밸브는
    구 형상의 밸브 본체와,
    상기 밸브 본체 내부에 구비되고, 구동모터에 의해 상기 개폐부와 일체로 회전하는 회전로드를 포함하고,
    상기 개폐부는
    구 형상을 수직방향으로 절개한 일부 구체 형상으로 형성되는
    열매체 마찰 히팅장치를 이용한 히팅시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 밸브 어셈블리는
    열교환기 유출관 및 마찰 히팅장치 유입관을 연결하는 라인과 저장탱크 유입관이 접하는 지점에 구비되는 제1 다방밸브;
    상기 열교환기 유출관 및 상기 마찰 히팅장치 유입관을 연결하는 라인과 저장탱크 유출관이 접하는 지점에 구비되는 제2 다방밸브;
    마찰 히팅장치 유출관 및 열교환기 유입관을 연결하는 라인과 축열기 유입관이 접하는 지점에 구비되는 제3 다방밸브;및
    상기 마찰 히팅장치 유출관 및 상기 열교환기 유입관을 연결하는 라인과 축열기 유출관이 접하는 지점에 구비되는 제4 다방밸브를 포함하고,
    상기 제2 밸브 어셈블리는
    수탱크 수출관 및 열교환기 수입관을 연결하는 라인과 보조 마찰 히팅장치 유입관이 접하는 지점에 구비되는 제5 다방밸브;
    상기 수탱크 수출관 및 상기 열교환기 수입관을 연결하는 라인과 보조 마찰 히팅장치 유출관이 접하는 지점에 구비되고, 상기 급탕관과 연결되는 제6 다방밸브;
    열교환기 수출관 및 수탱크 수입관을 연결하는 라인과 축열기 수입관이 접하는 지점에 구비되는 제7 다방밸브;
    상기 열교환기 수출관 및 상기 수탱크 수입관을 연결하는 라인과 축열기 수출관이 접하는 지점에 구비되는 제8 다방밸브를 포함하는
    열매체 마찰 히팅장치를 이용한 히팅시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제5 다방밸브는 상기 수탱크 수출관과 상기 보조 마찰히팅 장치 수입관을 연통시키고,
    상기 제6 다방밸브는 상기 보조 마찰 히팅장치 수출관과 상기 급탕관을 연통시켜 급탕모드를 구동하는
    열매체 마찰 히팅장치를 이용한 히팅시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 다방밸브는 상기 열교환기 유출관과 저장탱크 유입관을 연통시키고,
    상기 제2 다방밸브는 상기 저장탱크 유출관과 상기 마찰 히팅장치 유입관을 연통시키고,
    상기 제3 다방밸브 및 상기 제4 다방밸브는 상기 마찰 히팅장치 유출관과 상기 열교환기 유입관을 연통시키고,
    상기 제5 다방밸브는 상기 수탱크 수출관을 상기 보조 마찰 히팅장치 수입관 및 상기 제6 다방밸브와 연통시키고,
    상기 제6 다방밸브는 상기 제5 다방밸브 및 상기 보조 마찰 히팅장치 수출관을 상기 열교환기 수입관과 연통시키고,
    상기 제7 다방밸브 및 상기 제8 다방밸브는 상기 열교환기 수출관을 상기 수탱크 수입관과 연통시켜 급속 난방모드를 구동하는
    열매체 마찰 히팅장치를 이용한 히팅시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 다방밸브 및 상기 제2 다방밸브는 상기 열교환기 유출관과 상기 마찰 히팅장치 유입관을 연통시키고,
    상기 제5 다방밸브 및 상기 제6 다방밸브는 상기 수탱크 수출관을 상기 열교환기 수입관과 연통시켜 일반 난방모드를 구동하는
    열매체 마찰 히팅장치를 이용한 히팅시스템.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제1 다방밸브와 상기 제2 다방밸브는 상기 열교환기 유출관과 상기 마찰 히팅장치 유입관을 연통시키고,
    상기 제3 다방밸브는 상기 마찰 히팅장치 유출관과 상기 축열기 유입관을 연통시키고,
    상기 제4 다방밸브는 상기 축열기 유출관과 상기 열교환기 유입관을 연통시켜 축열모드를 구동하는
    열매체 마찰 히팅장치를 이용한 히팅시스템.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 제5 다방밸브와 상기 제6 다방밸브는 상기 수탱크 수출관과 상기 열교환기 수입관을 연통시키고,
    상기 제7 다방밸브는 상기 열교환기 수출관과 상기 축열기 수입관을 연통시키고,
    상기 제8 다방밸브느 상기 축열기 수출관과 상기 수탱크 수입관을 연통시켜 방열 난방모드를 구동하는
    열매체 마찰 히팅장치를 이용한 히팅시스템.
KR1020100050606A 2010-05-28 2010-05-28 열매체 마찰 히팅장치를 이용한 히팅시스템 KR101027494B1 (ko)

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KR101346959B1 (ko) 2012-09-25 2014-01-02 김대식 Bldc 모터를 이용한 온수보일러
KR101422348B1 (ko) * 2012-10-24 2014-07-22 김대식 터보팬 엔진을 이용한 온수 및 온풍 보일러
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KR20100012774A (ko) * 2008-07-29 2010-02-08 김상대 전기오일 보일러

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