KR101404156B1 - 믹싱밸브를 이용한 배열회수시스템의 급탕온도 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배열원으로부터 배열을 회수하여 온수를 생성하는 배열열교환기, 상기 온수를 이용하여 난방을 제공하기 위해 열교환되는 난방열교환기 및 상기 온수의 온도를 체크하는 온도센서를 구비하여, 상기 배열열교환기로부터 열 교환된 온수를 저장하는 온수탱크; 상기 온수탱크로 부터 열 교환된 온수를 사용자에 의해 설정된 난방 및 급탕 설정온도를 만족하도록 가열하고, 난방공간 및 급탕공간에 공급하는 보일러; 상기 온수탱크에서 상기 보일러로 유입되는 온수라인에 설치되어 상기 온수탱크에서 유입되는 온수에 직수를 믹싱하여 상기 보일러로 공급할 수 있는 믹싱밸브; 상기 온도센서를 이용하여 상기 보일러의 급탕 설정온도 대비 상기 온수탱크의 온도가 0℃ 내지 10℃로 작을 경우 상기 온수탱크의 온수가 나오는 상기 온수라인에 얼마만큼의 양의 직수를 믹싱할 것인지 판단 후, 상기 믹싱밸브를 조절하는 제어부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 믹싱밸브를 이용한 배열회수시스템의 급탕온도 제어장치를 제공한다.

Description

믹싱밸브를 이용한 배열회수시스템의 급탕온도 제어장치{Water temperature control system of heat recovery device using mixing valve}

본 발명은 배열회수시스템의 급탕온도 제어장치에 관한 것으로, 구체적으로는 배열(waste heat)을 재활용하는 배열회수시스템에 있어서, 믹싱밸브를 이용하여 급탕 이용 시 급탕 설정온도로 안정적으로 온수를 공급하고, 에너지 절감을 할 수 있어 시스템의 효율을 향상시키는 믹싱밸브를 이용한 배열회수시스템의 급탕온도 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로 배열회수시스템이라 함은 연료전지 발전시스템(PEMFC)의 폐열, 내연기관(ICE)의 폐열, 잉여열, 쓰레기 소각열, 배수열, 변전소의 발열 등 배열원으로부터 통상 배출되어 버리는 배열(heat recovery)을 재이용하여 난방이나 온수에 제공하는 시스템이다.

일례로 상기 연료전지 발전시스템(PEMFC)은 산화에 의해서 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 친환경적인 발전시스템으로 그 시스템 가동 중에 냉각수로 사용되는 많은 양의 배열이 발생하고 있으나 통상 이러한 배열을 이용하는 경우가 많지 않고 배기구를 통하여 외부로 방출시키므로, 이 시스템에서 배열로 방출되는 열을 적극적으로 이용하지 못하고 있었다.

따라서 이미 가정 등에 설치된 종래의 보일러 장치를 그대로 이용하면서 연료전지 시스템으로부터 발생하는 배열을 용이하게 회수하여 재활용할 수 있는 배열회수시스템이 개발되었다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 배열회수시스템(1)은 배열원(10)으로 온수탱크(20)에 저장된 물을 배열열교환기(21)를 통하여 1차적으로 가열하고, 상기 1차 가열된 물을 필요에 따라 보일러(30)를 통해 2차로 가열하여 사용자에게 난방과 온수를 제공함으로 상대적으로 온도가 낮은 직수를 곧바로 이용하는 보일러에 비해 에너지 절감을 할 수 있는 효과가 있다.

자세하게는 종래의 배열회수시스템(1)은 사용자가 온수를 이용할 때 상기 보일러(30)의 온수 설정온도 대비 상기 온수탱크(20)의 온도가 높으면 상기 온수탱크(20)의 온수를 그대로 이용하고, 상기 온수탱크(20)의 온도가 낮을 경우 추가적으로 상기 보일러(30)를 가동하여 온수 설정온도를 만족하였다.

그러나 상기 보일러(30)의 온수 설정온도 대비 상기 온수탱크(20)의 온도가 미세한 차이로 작을 경우 상기 보일러(30)의 급가동으로 인한 순간적인 온도 상승으로 인하여 급탕 이용 시 화상의 우려가 있으며, 상기 보일러(30)의 불필요한 반복적 운전으로 인하여 상기 보일러(30)의 내구성 저하 및 에너지 낭비 등의 문제점이 있었다.

따라서 사용자에게 편의를 제공하고 에너지 절감을 위한 배열회수시스템의 연구 개발이 활발하게 진행되고 있는 중이다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 그 목적은 사용자가 온수를 이용할 때 보일러의 급탕 설정온도 대비 온수탱크의 온도가 미세하게 작을 경우 믹싱밸브를 적용하여 상기 온수탱크의 온수에 직수를 믹싱하여 보일러에 유입하므로 순간적인 온도 상승 및 보일러의 반복적 가동을 방지하여 안정적으로 운전할 수 있는 믹싱밸브를 이용한 배열회수시스템의 급탕온도 제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 배열원으로부터 배열을 회수하여 온수를 생성하는 배열열교환기, 상기 온수를 이용하여 난방을 제공하기 위해 열교환되는 난방열교환기 및 상기 온수의 온도를 체크하는 온도센서를 구비하여, 상기 배열열교환기로부터 열 교환된 온수를 저장하는 온수탱크; 상기 온수탱크로 부터 열 교환된 온수를 사용자에 의해 설정된 난방 및 급탕 설정온도를 만족하도록 가열하고, 난방공간 및 급탕공간에 공급하는 보일러; 상기 온수탱크에서 상기 보일러로 유입되는 온수라인에 설치되어 상기 온수탱크에서 유입되는 온수에 직수를 믹싱하여 상기 보일러로 공급할 수 있는 믹싱밸브; 상기 온도센서를 이용하여 상기 보일러의 급탕 설정온도 대비 상기 온수탱크의 온도가 0℃ 내지 10℃로 작을 경우 상기 온수탱크의 온수가 나오는 상기 온수라인에 얼마만큼의 양의 직수를 믹싱할 것인지 판단 후, 상기 믹싱밸브를 조절하는 제어부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제어부는 상기 온수탱크의 온수가 나오는 상기 온수라인에 얼마만큼의 양의 직수를 믹싱할 것인지 판단하기 위해 피드백을 이용한 PID 제어 알고리즘이 사용되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 믹싱밸브를 이용한 배열회수시스템의 급탕온도 제어장치에 의하면, 온수탱크에서 보일러로 유입되는 온수라인에 믹싱밸브가 구비되어 급탕온도의 순간적인 상승을 방지하여 사용자로 하여금 편의를 제공하고, 또한 보일러의 불필요한 반복적 가동을 방지하여 에너지 효율을 높이는 동시에 안정적인 운전을 통한 내구성을 높이는 효과가 있다.

도 1은 종래의 배열회수시스템의 개요도
도 2는 본 발명에 의한 배열회수시스템의 개요도

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공 되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

우선 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 배열회수시스템(100)은 온수를 저장하기 위해 배열원(10)으로부터 배열을 회수하는 배열열교환기(111) 및 상기 온수를 이용하여 난방을 위해 열교환되는 난방열교환기(112)를 구비하는 온수탱크(110); 상기 배열열교환기(111)와 난방열교환기(112)로부터 열교환된 온수를 사용자에 의해 설정된 온도를 만족하도록 가열하여 난방공간(130) 및 급탕공간(140)에 공급하는 보일러(120)를 포함하여 구성된다.

이 경우 상기 배열원(10)을 냉각하기 위한 직수는 상기 배열원(10) 내부로 유입되어 상기 배열원(10)에서 발생하는 배열에 의하여 가열되고, 상기 배열원(10)에서 가열된 직수는 상기 배열열교환기(111)에 연결되어 유입되어 상기 배열열교환기(111)에 의해 상기 온수탱크(110)의 내부에 저장된 직수를 가열하여 온수를 생성한 후, 펌프(도시되지 않음)에 의하여 다시 상기 배열원(10)으로 돌아오는 순환구조를 형성한다.

본 명세서에서 사용되는 "직수"의 의미는 일반적으로 사용되는 수돗물 또는 지하수를 의미하고, "온수"의 의미는 상기 배열열교환기(111)에 의해서 가열된 직수를 의미한다.

상기 온수탱크(110)의 하단에는 감압밸브(113)가 부착되어 있어 상기 온수탱크(110)의 내부 압력을 일정하게 제어하고, 상기 온수탱크(110)의 압력을 감지하기 위한 센서(도시되지 않음)를 구비하여 상기 감압밸브(113)를 통해 상기 온수탱크(110)내로의 직수 유입을 통제할 수 있다.

상기 온수탱크(110)는 상기 배열열교환기(111)에 의하여 충분한 단열을 통한 온수를 저장함으로써, 상기 급탕공간(140) 및 난방공간(130)에서 온수를 사용이 가능하다.

상기 온수탱크(110)에 저장된 온수가 상기 배열원(10)의 냉각을 위한 기본 설정온도를 초과하는 고온의 경우에는, 상기 배열원(10)의 효율적인 냉각을 위해 상기 온수탱크(110)의 온수를 배출하고 새로 직수를 유입하여 상기 배열열교환기(111)의 열교환을 통해 상기 배열원(10)의 냉각을 지속적으로 도모할 수 있다.

상기 배열원(10)의 배열을 회수하여 난방에 재활용하기 위하여 난방열교환기(112)가 상기 온수탱크(110)내에 설치되는데 이 경우 상기 난방열교환기(112)에는 열 교환에 유리한 작동유체가 내부에서 순환하여 상기 보일러(120)로 유입된 후, 상기 보일러(120)에서 난방에 필요한 설정 온도까지 가열하고, 난방공간(130)에 공급하여 상기 난방공간(130)을 가열한다. 이후 상기 난방열교환기(112)는 난방공간(130)에서 나오는 배수라인에 연결되어 다시 열교환되는 순환구조를 갖는다.

따라서 상기 온수탱크(110)에 의하여 예열된 만큼, 직수가 직접 상기 보일러(120)에 공급되는 경우에 비하여 상기 보일러(120)의 연소 연료를 절감할 수 있다.

본 발명의 배열회수시스템에서 상기 배열원(10)의 배열을 회수하여 급탕에 재활용하기 위하여 상기 온수탱크(110)에서 가열된 온수가 온수라인(114)을 통해 상기 보일러(120)로 유입된 후, 상기 보일러(120)에서 급탕 설정온도에 맞춰져 가열되고 급탕공간(140)에 공급된다.

이 경우 상기 배열열교환기(111)에 의해 1차적으로 예열된 상기 온수탱크(110)의 온수를 상기 보일러(120)에 공급 시, 상기 보일러(120)의 급탕 설정온도에 비하여 상기 온수탱크(110)의 온도가 미세한 차이로 작을 경우, 상기 보일러(120)의 급가동으로 인한 온수의 순간적인 온도 상승으로 인하여 급탕 이용 시 화상의 우려가 있다.

따라서 상기 온수탱크(110)에서 상기 보일러(120)로 온수를 직접 공급하지 않고 믹싱밸브(115)를 추가로 설치하여 순간적인 온도 상승을 방지 할 수 있다.

자세하게는 상기 온수탱크(110)의 온수 온도가 60℃ 이상이고 급탕 설정온도가 60℃ 인 경우, 상기 온수탱크(110)의 온수를 상기 보일러(120)의 가동 없이 그대로 급탕공간(140)에서 이용할 수 있으나, 상기 온수탱크(110)의 온수 온도가 55℃ 내지 60℃ 이고 급탕 설정온도가 60℃ 인 경우, 상기 보일러(120)에서 급탕 설정온도를 맞추기 위해 급가동되어 급탕온도의 순간적인 상승으로 인한 사용자의 불편함과 상기 보일러(120)의 불필요한 반복적 작동을 초래하게 될 것이다.

따라서 일 실시예로서, 상기 온수탱크(110)에서 상기 보일러(120)로 유입되는 온수라인(114)에 믹싱밸브(115)가 설치되어 상기 보일러(120)의 급탕 설정온도 대비 상기 온수탱크(110)의 온도가 미세한 차이로 작을 경우, 상기 온수탱크(110)의 온수에 상대적으로 차가운 직수를 믹싱하여 상기 보일러(120)에 공급하므로, 상기 보일러(120)의 급가동으로 인한 온수의 순간적인 온도상승을 방지 할 수 있다.

이 경우 상기 보일러(120)의 급탕 설정온도 대비 상기 온수탱크(110)의 온도가 미세한 차이는 0℃ ~ 10℃로 보는 것이 바람직하다.

또한 일 실시예로서, 상기 보일러(120)의 급탕 설정온도 대비 상기 온수탱크(110)의 온도의 미세한 차이인 0℃ ~ 10℃ 인지를 판단하기 위해, 상기 온수탱크(110)에 온도센서가 구비되고, 상기 온도센서를 이용하여 상기 믹싱밸브(115)를 제어하는 제어부(150)를 별도로 구비된다.

이때 상기 제어부(150)는 상기 온수탱크(110)의 온수가 나오는 상기 온수라인(114)에 얼마만큼의 양의 직수를 믹싱할 것인지 판단한 후 상기 믹싱밸브(115)를 조절하여 상기 보일러(120)에 공급하게 한다.

또한 상기 제어부(150)는 상기 온수탱크(110)의 온수가 나오는 상기 온수라인(114)에 얼마만큼의 양의 직수를 믹싱할 것인지 판단하기 위해 피드백을 이용한 PID 제어 알고리즘을 사용할 수 있다.

따라서 본 발명에 의하면, 온수탱크(110)에서 보일러(120)로 유입되는 온수라인(114)에 믹싱밸브(115)가 설치되어 급탕온도의 순간적인 상승을 방지하여 사용자로 하여금 편의를 제공하고, 또한 보일러의 불필요한 반복적 가동을 방지하여 에너지 효율을 높이는 동시에 안정적인 운전을 통한 내구성을 높이는 효과가 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 믹싱밸브를 이용한 배열회수시스템의 급탕온도 제어장치의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10 : 배열원 100 : 배열회수시스템
110 : 온수탱크 111 : 배열열교환기
112 : 난방열교환기 113 : 감압밸브
114 : 온수라인 115 : 믹싱밸브
120 : 보일러 130 : 난방공간
140 : 급탕공간 150 : 제어부

Claims (2)

1. 배열원(10)으로부터 배열을 회수하여 온수를 생성하는 배열열교환기(111), 상기 온수를 이용하여 난방을 제공하기 위해 열교환되는 난방열교환기(112) 및 상기 온수의 온도를 체크하는 온도센서를 구비하여, 상기 배열열교환기(111)로부터 열 교환된 온수를 저장하는 온수탱크(110);
   상기 온수탱크(110)로 부터 열 교환된 온수를 사용자에 의해 설정된 난방 및 급탕 설정온도를 만족하도록 가열하고, 난방공간(130) 및 급탕공간(140)에 공급하는 보일러(120);
   상기 온수탱크(110)에서 상기 보일러(120)로 유입되는 온수라인(114)에 설치되어 상기 온수탱크(110)에서 유입되는 온수에 직수를 믹싱하여 상기 보일러(120)로 공급할 수 있는 믹싱밸브(115);
   상기 온도센서를 이용하여 상기 보일러(120)의 급탕 설정온도 대비 상기 온수탱크(110)의 온도가 0℃ 내지 10℃로 작을 경우 상기 온수탱크(110)의 온수가 나오는 상기 온수라인(114)에 얼마만큼의 양의 직수를 믹싱할 것인지 판단 후, 상기 믹싱밸브(115)를 조절하는 제어부(150);
   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 믹싱밸브를 이용한 배열회수시스템의 급탕온도 제어장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제어부(150)는,
   상기 온수탱크(110)의 온수가 나오는 상기 온수라인(114)에 얼마만큼의 양의 직수를 믹싱할 것인지 판단하기 위해 피드백을 이용한 PID 제어 알고리즘이 사용되는 것을 특징으로 하는 믹싱밸브를 이용한 배열회수시스템의 급탕온도 제어장치.

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