KR101063534B1 - 무소음 분배기가 구비된 온수분배시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 중앙집중 난방방식 공동주택의 온수분배시스템에 관한 것으로서, 공동주택 중앙기계실의 온수를 공급하는 난방공급수관(100); 상기 난방공급수관(100)으로부터 공급받은 온수를 다수 개의 공급분기관(210)을 통하여 구획된 각각의 난방공간으로 분배하는 온수분배기공급구부(200); 상기 온수분배기공급구부(200)에 설치되어 상기 각각의 공급분기관(210)과 연결되는 다수 개의 미세유량조절밸브(11); 구획된 각각의 난방공간을 통과하여 환수되는 온수를 다수 개의 환수분기관(310)을 통하여 집수하는 온수분배기환수구부(300); 상기 온수분배기환수구부(300)에 설치되어 상기 각각의 환수분기관(310)과 연결되는 다수 개의 개폐식(on/off식) 난방용 자동온도조절기(22); 상기 온수분배기환수구부(300)에 집수된 온수를 보일러로 재순환하는 난방환수관(400); 상기 난방환수관(400)에 설치되어 미리 설정된 최대 유량이 초과하지 않도록 온수의 유량을 제어하는 세대정유량밸브(33); 및, 상기 온수분배기환수구부(300)와 상기 세대정유량밸브(33) 사이의 온수 통로 상에 설치되고 형상기억합금 소자(스프링 포함) 또는 전동식 밸브구동장치에 의하여 밸브의 개도가 온수의 온도에 따라 자동 조절되는 수온감지 비례제어식 자동유량조절밸브(44);를 포함하여 구성되어, 복합적(개폐식+비례제어식)으로 난방수 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 무소음 분배기가 구비된 온수분배시스템에 관한 것이다.
난방공급수관, 공급분기관, 온수분배기공급구부, 미세유량조절밸브, 환수분기관, 온수분배기환수구부, 난방용 자동온도조절기, 난방환수관, 세대정유량밸브, 자동유량조절밸브

Description

무소음 분배기가 구비된 온수분배시스템{Hot Water Distribution System with Silent Distributor}
본 발명은 중앙집중 난방방식의 공동주택에 설치되는 온수분배시스템에 관한 것으로서, 형상기억합금 소자 또는 전동식 밸브구동장치를 이용한 수온감지 비례제어식 자동유량조절밸브를 이용하여 복합적(기온감지 개폐식+수온감지 비례제어식)으로 난방수 유량을 제어함으로써 미세유량조절밸브에서 발생되는 소음을 방지하고, 난방수의 운반에 필요한 펌프 소비동력을 절감함과 동시에 적산유량계를 이용해 부과되는 난방비 오차도 크게 완화할 수 있는 기술에 관한 것이다.
최근 들어 중앙집중 난방방식 공동주택에 시스템 온수분배기가 많이 보급되고 있으나 적정한 유량제어를 수행하지 못하여 미세유량조절밸브 등에서 소음이 발생하여 거주민에게 불편을 초래하고 민원도 제기되고 있는 실정이다.
중앙집중 난방방식 공동주택의 경우 각 세대별 유량제어를 위하여 세대정유량밸브가 설치되어 있는데, 이는 각 세대 내 전체 난방배관에 설정되는 차압범위 내에서 설정 유량을 유지할 뿐, 설정 유량 이하의 유량제어는 수행하지 않으며, 각 세대 내에서 구획된 각각의 난방공간(방)에 대한 유량제어는 각각의 난방공간 별로 설치되어 있는 미세유량조절밸브를 이용하게 된다. 난방조건에 따라 미세유량조절밸브에서 소음이 발생하게 된다.
이러한 미세유량조절밸브는 각 난방공간 별 난방코일의 길이 차이에 따른 열량 불균형을 해소(유량 밸런싱)하기 위한 장치로서 난방코일의 길이에 따른 각 난방공간 별 최대유량을 설정하는 기능을 가지는데, 이러한 미세유량조절밸브는 TAB(Testing Adjusting and Balancing) 과정에서 개도가 설정되며, 난방용 자동온도조절기와는 달리 온수의 양을 자동으로 조절하지는 않는다.
미세유량조절밸브에서 소음이 발생하는 조건은 적용 현장 및 제품에 따라 달라지나 일반적으로 난방이 시작되어 어느 정도 난방운전시간이 경과한 다음, 각 난방공간(방) 별 난방용 자동온도조절기가 하나씩 닫히게 되어, 결국 하나의 난방공간에 대한 난방용 자동온도조절기만 열린 상태가 되면 난방공간 별 설계유량(약 1 L/min)보다 많은 유량이 일시에 흐르게 되어 미세유량조절밸브에서 소음이 발생하게 된다. 또한, 세대별 유량제어를 위한 세대정유량밸브가 난방수질 악화 등으로 고장이 발생할 경우, 각 난방공간에 과도한 유량이 흐르게 되어 미세유량조절밸브에서 소음이 발생하게 된다.
또한, 세대 내 실내온도 제어방법으로는 실내온도 또는 공급수 출구온도를 대상으로 난방수 유량을 단속적으로 제어하는 개폐(on/off)식 제어방법과 온도의 상승에 반비례하여 유량을 줄여가는 비례제어식 제어방법이 있다. 외기조건과 난방 조건이 동일하다면 실내온도 제어방법에 따라 세대에 공급되는 열량에는 차이가 거의 없으나, 세대에서 필요로 하는 열을 공급해주는 난방수 운반에 필요한 소비동력에는 큰 차이가 있어, 난방에너지 절약을 위해서는 효율적인 제어방법의 도입이 필수적이다.
한편, 중앙집중 난방방식 공동주택에 설치되어 난방요금을 부과하기 위해 사용되는 난방계량기는 난방열량계(적산열량계) 및 난방유량계(난방온수미터)로 구분되는데, 지역난방방식에 많이 사용되고 있는 난방유량계는 세대를 통과하는 난방수의 유량만을 측정하여 난방비를 부과함으로써 난방 사용 조건에 따라 난방비 부과의 오차가 발생할 소지가 높다.
따라서 이러한 소음 방지, 난방에너지 절약 및 난방비 부과의 오차를 감소시킬 수 있는 새로운 기술의 도입이 요구되고 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여 창작된 본 발명은 중앙집중 난방방식 공동주택에 적용되는 온수분배시스템의 미세유량조절밸브 등에서 발생되는 소음을 획기적으로 감소시키고, 중앙기계실 난방수 순환펌프의 소비동력을 절약함과 동시에 난방유량계를 사용하는 공동주택에서 난방비 부과의 오차를 감소시키는 것을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 구성은 다음과 같다.
본 발명은 보일러의 온수를 공급하는 난방공급수관(100); 상기 난방공급수관(100)으로부터 공급받은 온수를 다수 개의 공급분기관(210)을 통하여 구획된 각각의 난방공간으로 분배하는 온수분배기공급구부(200); 상기 온수분배기공급구부(200)에 설치되어 상기 각각의 공급분기관(210)과 연결되는 다수 개의 미세유량조절밸브(11); 구획된 각각의 난방공간을 통과하여 환수되는 온수를 다수 개의 환수분기관(310)을 통하여 집수하는 온수분배기환수구부(300); 상기 온수분배기환수구부(300)에 집수된 온수를 중앙기계실로 재순환하는 난방환수관(400); 상기 난방환수관(400)에 설치되어 미리 설정된 설정유량이 초과하지 않도록 온수의 유량을 제어하는 세대정유량밸브(33); 및, 상기 온수분배기환수구부(300)와 상기 세대정유량밸브(33) 사이의 온수 통로 상에 설치되고 형상기억합금 소자(스프링 포함) 또는 전동식 구동기, 밸브제어기 및 온도설정기로 구성된 밸브구동장치에 의하여 밸브의 개도가 온수의 온도에 따라 자동조절되는 자동유량조절밸브(44);를 포함하여 구성된다.
본 발명의 구성에 따르면, 형상기억합금 소자(스프링 포함) 또는 전동식 밸브구동장치를 이용한 수온감지 비례제어식 자동유량조절밸브를 설치하여 난방 수행 정도에 따라 각 세대 별로 공급되는 온수의 유량을 자동적으로 제어하여 각 세대의 난방공간 별 설계유량(약 1 L/min)보다 많은 유량이 일시에 흐르게 되는 현상을 방지하여 미세유량조절밸브에서 발생되는 소음을 극소화하고, 쾌적하고 정숙한 거주환경을 유지할 수 있다.
또한, 난방수 출구온도에 따라 유량을 자동으로 조절해주는 수온감지 비례제어방법을 채택함으로써 난방수 유량을 단속적으로 제어하는 개폐식 제어방법에 비하여 난방수 운반에 필요한 소비동력을 크게 절감할 수 있다.
한편, 본 발명에 따르면, 난방유량계(난방온수미터)를 사용하는 공동주택에서 난방비 부과의 오차를 줄일 수 있다. 즉 세대에서 소비한 열량은 세대를 통과하는 난방수의 유량과 입출구 온도차에 의해 계산되는데, 온도차를 비교적 일정하게 유지함으로써 유량만으로 요금을 부과해도 실제 사용한 열량 대비 난방비 산정결과의 오차를 상당부분 줄일 수 있다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구체적 실시예를 보다 상세하게 살펴본다.
도1은 기존의 온수분배시스템의 구성도이고, 도2는 본 발명에 따른 온수분배시스템으로서 형상기억합금 소자(스프링 포함) 또는 전동식 밸브구동장치를 이용한 자동유량조절밸브(44)가 추가된 경우의 구성도이다.
도2에 도시된 바에 의하면 도1과는 달리 온수분배기환수구부(300)와 세대정유량밸브(33) 사이에 자동유량조절밸브(44)가 설치된다.
본 발명은 중앙집중 난방방식 공동주택의 온수분배시스템에 관한 것인데, 다음과 같이 구성된다.
난방공급수관(100)은 도2에 도시된 바와 같이 중앙기계실의 온수를 각 세대 별로 공급하는 공급관 역할을 한다.
온수분배기공급구부(200)는 난방공급수관(100)으로부터 공급받은 온수를 다수 개의 공급분기관(210)을 통하여 구획된 각각의 난방공간으로 분배하는 역할을 하는데, 일반적으로 사용되는 온수분배기공급구부(200)와 유사한 바 별도로 자세한 도시를 생략한다.
미세유량조절밸브(11)는 온수분배기공급구부(200)에 설치되어 각각의 공급분기관(210)과 연결되는데, 초기 셋팅 과정에서 각 난방공간으로 공급되는 온수의 유량을 조절하여 각 난방공간 별 난방코일의 길이 차이에 따른 열량불균형을 해소하기 위한 일반적인 장치인 바 별도의 도시를 생략한다.
온수분배기환수구부(300)는 구획된 각각의 난방공간을 통과하여 환수되는 온수를 다수 개의 환수분기관(310)을 통하여 집수하는 역할을 하는데, 일반적인 온수분배기환수구부(300)와 기본적인 구성은 차이가 없다.
난방용 자동온도조절기(22)는 온수분배기환수구부(300)에 설치되는데, 각각의 환수분기관(310)과 연결되어 각 난방공간을 순환하는 온수의 유량을 자동으로 조절하는 기능을 수행한다.
이러한 난방용 자동온도조절기(22)는 일반적으로 전동식 구동기가 구비된 밸브, 밸브제어기, 및 온도설정기로 구성되고, 온도설정기를 통하여 각 난방공간 별로 입력된 설정온도에 따라 밸브제어기가 각 난방공간 별로 측정된 온도를 입력받아 밸브를 개폐하는 구동기를 자동으로 작동시키게 된다.
즉 설정된 온도에 도달하게 되면 더 이상 온수가 해당 난방공간으로는 순환되지 않도록 해당 난방공간의 밸브를 잠그게 되고, 다시 온도가 설정 온도 이하로 떨어지면 이를 감지하여 해당 난방공간의 밸브를 개방하게 된다.
난방환수관(400)은 온수분배기환수구부(300)에 집수된 온수를 중앙기계실로 재순환하는 환수관 역할을 한다.
세대정유량밸브(33)는 난방환수관(400)에 설치되어 미리 설정된 설정유량이 초과하지 않도록 온수의 유량을 제어한다.
세대정유량밸브(33)는 차압-유량선도에 따라 밸브 개구 면적을 수동으로 변화시켜 통과하는 유량을 제어하는 수동식과 밸브 개구 면적을 자동으로 변화시켜 통과하는 유량을 제어하는 자동식이 있다.
자동유량조절밸브(44)는 도2에 도시된 바와 같이 온수분배기환수구부(300)와 세대정유량밸브(33) 사이의 온수 통로 상에 설치되거나 온수분배기환수구부(300) 출구측에 일체형으로 삽입되고 형상기억합금 소자(스프링 포함) 또는 전동식 구동기, 밸브제어기 및 온도설정기로 구성된 밸브구동장치에 의하여 밸브의 개도가 온수의 온도에 따라 자동조절되는데, 도3에는 이러한 형상기억합금 스프링 이용 자동유량조절밸브(44)의 구체적 실시예에 대한 절개단면도가 도시되어 있다.
한편, 일반적인 난방용 자동온도조절기가 실내 기온을 감지하여 유량을 단속적으로 제어하는 기온감지 개폐(on/off)식 유량제어를 수행하는 반면, 전동식 밸브구동장치에 의한 자동유량조절밸브(44)는 난방수 수온을 감지하여 비례식 유량제어를 수행할 뿐 일반적인 난방용 자동온도조절기와 기본적인 구성(밸브, 전동식 구동기, 밸브제어기 및 온도설정기로 구성)은 차이가 없어, 별도의 도시를 생략한다.
도3에 도시된 SMA스프링(SMA spring)이 바로 형상기억합금(Shape Memory Alloy)으로 만들어지며, 환수되는 온수의 온도가 상승하게 되면 이에 비례하여 SMA스프링이 팽창하고, 디스크(Disk)가 우측으로 이동하여 밸브가 서서히 닫히게 되고, 반대로 환수온도가 하강하게 되면 SMA스프링이 스스로 수축하거나(양방향성 SMA 스프링일 경우) 또는 팽창하는 힘을 잃고(일방향성 SMA 스프링일 경우), 그 반대편에 설치된 귀환스프링(Bias spring)에 의하여 디스크가 다시 좌측으로 이동하여 밸브가 서서히 열리게 된다. 통상적으로 사용되는 SMA스프링은 내구성이 우수한 티타늄-니켈(Ti-Ni)계 형상기억합금을 사용한다.
자동유량조절밸브(44)는 온수분배기환수구부(300)와 분리되어 온수분배기환 수구부(300) 후단, 즉, 세대정유량밸브(33)의 전단 또는 후단에 위치할 수도 있고, 온수분배기환수구부(300)에 일체형으로 설치되어 난방환수관(400)과 연결될 수도 있다.
이와 같이 자동유량조절밸브(44)가 설치되면 난방이 시작되어 어느 정도 난방운전시간이 경과한 다음, 각 난방공간(방) 별 난방용 자동온도조절기가 하나씩 닫히게 됨에 따라 환수되는 온수의 온도가 상승하게 되고, 이에 따라 자동유량조절밸브(44)의 형상기억합금으로 만들어진 SMA스프링이 팽창하여 자동유량조절밸브(44)를 서서히 닫게 된다.
따라서 각 세대 별로 공급되는 온수의 유량이 자동적으로 감소되고 하나의 난방공간에 대한 난방용 자동온도조절기(22)만 열린 상태가 되더라도 난방공간 별 설계유량(약 1 L/min)보다 많은 유량이 일시에 흐르게 되는 현상이 방지되어 미세유량조절밸브(11)에서 소음이 발생되지 않게 된다.
전동식 밸브구동장치를 이용한 자동유량조절밸브(44)의 경우에도 난방수의 온도를 감지하여 미리 설정된 값으로 환수온도를 조절함으로써 난방이 진행됨에 따라 유량을 감소시키게 되어 미세유량조절밸브에서 소음이 발생되지 않게 된다.
상기한 바와 같이 본 발명의 구체적 실시예를 참조하여 발명의 기술적 사상을 설명하였으나 본 발명의 보호범위가 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 기술적 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양한 설계변경, 공지기술의 부가나 삭제, 단순한 수치한정 등의 경우에도 본 발명의 보호범위에 속함을 분명히 한다.
도1은 기존의 온수분배시스템의 구성도이다.
도2는 본 발명에 따른 온수분배시스템으로서 수온감지 비례제어식 자동유량조절밸브(44)가 추가된 경우의 구성도이다.
도3은 형상기억합금 스프링을 이용한 자동유량조절밸브(44)의 구체적 실시예이다.
도4는 형상기억합금 스프링을 이용한 자동유량조절밸브(44)를 통과하는 온수의 온도 및 밸브 양단의 압력차에 따른 유량변화 곡선인데, 온도가 올라감에 따라 밸브의 개도가 줄어들어 유량이 감소하는 것을 알 수 있다.
도5는 무소음 분배기가 구비된 온수분배시스템에서의 소음발생특성을 보여주고 있으며, 자동유량조절밸브(44)를 통과하는 온수의 온도가 상승함에 따라 통과 유량이 감소하게 되어 소음이 감소하는 것을 알 수 있다.
도6은 기존의 개폐(on/off)식 실내온도 제어방법과 본 발명의 복합(on/off식+비례식)식 실내온도 제어방법에 대한 난방제어특성을 비교하여 보여주고 있다. 기존의 개폐식 제어의 경우 난방공급시간이 증가함에 따라 환수온도가 지속적으로 상승하고, 난방수 통과유량이 일정하게 유지되는 것을 볼 수 있는 반면, 복합제어방식에서는 환수온도가 일정온도에 도달하게 되면, 난방수 통과유량을 감소시켜 환수온도가 일정하게 유지되는 것을 알 수 있다.
도7은 개폐제어 및 복합제어시의 일간 적산유량 및 적산열량 변화 추이를 보여주고 있으며, 복합제어의 경우가 개폐제어의 경우보다 난방비 부과오차가 감소하 는 것을 알 수 있다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100:난방공급수관
200:온수분배기공급구부
210:공급분기관
300:온수분배기환수구부
310:환수분기관
400:난방환수관
11:미세유량조절밸브
22:난방용 자동온도조절기
33:세대정유량밸브
44:자동유량조절밸브

Claims (5)

  1. 중앙집중 난방방식 공동주택의 온수분배시스템에 관한 것으로서,
    중앙기계실에서 생산하는 온수를 공급하는 난방공급수관(100);
    상기 난방공급수관(100)으로부터 공급받은 온수를 다수 개의 공급분기관(210)을 통하여 구획된 각각의 난방공간으로 분배하는 온수분배기공급구부(200);
    상기 온수분배기공급구부(200)에 설치되어 상기 각각의 공급분기관(210)과 연결되는 다수 개의 미세유량조절밸브(11);
    구획된 각각의 난방공간을 통과하여 환수되는 온수를 다수 개의 환수분기관(310)을 통하여 집수하는 온수분배기환수구부(300);
    상기 온수분배기환수구부(300)에 설치되어 상기 각각의 환수분기관(310)과 연결되는 다수 개의 난방용 자동온도조절기(22);
    상기 온수분배기환수구부(300)에 집수된 온수를 중앙기계실로 재순환하는 난방환수관(400);
    상기 난방환수관(400)에 설치되어 미리 설정된 설정유량이 초과하지 않도록 온수의 유량을 제어하는 세대정유량밸브(33); 및,
    상기 온수분배기환수구부(300) 후단의 온수 통로 상에 설치되며, 밸브의 개도가 환수되는 온수의 온도에 따라 자동조절되는 자동유량조절밸브(44);
    를 포함하여 구성되고,
    상기 자동유량조절밸브(44)는 난방공간을 통과한 후 혼합되어 환수되는 난방수 수온을 감지하여 수온이 올라가는 경우 유량을 비례적으로 감소시키고, 수온이 내려가는 경우 유량을 비례적으로 증가시킴으로써 공동주택의 각 세대로 공급되는 전체 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 무소음 분배기가 구비된 온수분배시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 자동유량조절밸브(44)는 상기 온수분배기환수구부(300)와 분리되어 세대정유량밸브(33)의 위치에 상관없이 온수분배기환수구부(300) 후단의 온수 통로 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 무소음 분배기가 구비된 온수분배시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 자동유량조절밸브(44)는 형상기억합금 소자(스프링 포함)를 이용하거나 전동식구동기, 밸브제어기 및 온도설정기로 구성된 밸브구동시스템을 이용하는 것을 특징으로 하는 무소음 분배기가 구비된 온수분배시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 자동유량조절밸브(44)는 환수되는 난방수 수온을 감지하여 유량을 비례적으로 제어함으로써 실내 기온을 감지하여 난방수 유량을 단속적으로 제어하는 난방용 자동온도조절기(22)와 더불어 난방수 유량을 복합적(개폐(on/off)식+비례제어식)으로 제어하는 것을 특징으로 하는 무소음 분배기가 구비된 온수분배시스템.
  5. 삭제
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