KR101447251B1 - 가정용 온수를 생산하는 설비 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 가정용 온수를 생산하는 설비는, 보일러(1), 온수 저장 탱크(2), 가정용 냉수 공급용 도관(8), 및 가정용 온수를 수도 공급하는 도관(7)을 포함하고, 상기 냉수 공급용 도관(8)은, 저장 용기(3)가 구비되며 펌프가 구비된 보일러의 도관(30)에 의해서, 탱크를 인입 도관(50)에 연결시키는 재순환 도관에 연결된 T형 연결구(80)를 포함하고, 보일러의 출구 도관(40)에는 우회 도관(13)에 의해서 상기 T형 연결구(80)에 연결된 3방향 밸브(4)가 구비되고, 상기 3방향 밸브(4)는 보일러 출구(40)와 탱크(2)의 중앙부가 연통되게 하는 위치나, 혹은 보일러 출구(40)와 상기 우회 도관(13)이 연통되게 하는 위치를 선택적으로 취하게 된다. 보일러가 거지면, 저장 용기(3)에 저장된 냉수는 교환기(1)와 배관의 신속한 냉각을 위해 신속하게 배출되고, 그에 따라 교환기와 덕트 내에 석회가 부착되고 스케일이 형성되는 위험을 피할 수 있다.

Description

가정용 온수를 생산하는 설비{EQUIPMENT FOR PRODUCING DOMESTIC HOT WATER}
본 발명은 위생용 온수를 생산하는 장치에 관한 것이다.
전통적으로, 가정에 설치하는 위생용 온수 생산 장치는 개인용 및 공용 모두다, 하나는 일차 교환기(primary exchanger)라고 하고 다른 하나는 이차 교환기(secondary exchanger)라고 하는 2개의 교환기와, 보일러를 포함한다.
일례로 가스나 기름 연료로 작동하는 보일러는 제1 액체를 가열하는 데 사용된다.
바람직하게도, 소위 혼합형이라고 하는 장치에 있어서의 열교환기는 중앙 가열 시스템의 라디에이터 내에서 물이 순환하는 방식이다.
이를 위해 보일러에는 일차 교환기가 설치되는데, 일차 교환기는 보일러에 설치된 버너의 연소에 의한 연소 가스로부터 발생하는 열의 일부를 전달하는 기능을 갖는다.
이러한 보일러는, 예를 들자면, 버너를 둘러싸며 일례로 강으로 제조되며 안에서는 제1 액체가 가열되는 나선형 관상 코일을 포함하는 응축식인 것이 있다.
이와 같은 종류의 교환기들은 예를 들면 유럽 특허 공보 EP 0 678 186 B1호, 국제 공개 공보 WO 2004/036121 A1호 및 프랑스 특허 공개 공보 FR-A-2896856호에 개시되어 있다.
폐회로 내에서 순환하는 제1 액체는, 일차 교환기의 관의 벽을 막는 근원이 되는 고형물, 현저하게 알려져 있는 것으로는 석회석이 부착되는 것과 관련된 문제점 및 부식과 관련된 문제점이 야기되지 않도록, 선택되고 그리고/또는 특히 광물질과 가스가 제거되게 처리된다.
이와 같은 잠재적 문제점들은 기본적으로는 인가되는 온도가 아주 높은 수준이라는 것에서 기인한다.
이와 관련하여, 간단한 한 예를 보면, 일례로 버너로부터 나온 연소된 가스는 온도가 950℃ 수준이며 제1 액체는 초기에는 실온에 있다가 80℃ 수준의 온도까지 가열된다.
이차 교환기는 이렇게 가열된 제1 액체로부터 열을 제2 액체로, 본 발명의 경우에 있어서는 위생수(sanitary water)로 전달하는 기능을 하는데, 여기서 상기 위생수라 함은 예를 들면 개수대(sink), 세면대, 샤워기, 및/또는 욕조와 같은 용처로 그 수요에 응하여 공급할 목적으로 퍼 올려지는 물이다.
위생용 온수(sanitary hot water)는 단열 벽으로 된 통, 일반적으로는 "탱크"라고 하는 것 안에 저장된다.
이와 같은 종류의 이차 열교환기는 예를 들면 프랑스 특허 공개 FR-A-2847972호에 개시되어 있다.
이차 교환기에서 인가되는 온도는 일차 교환기에서 인가되는 온도에 비해 상당히 낮고, 그에 따라 공공용 수도 본관(public water main)으로부터 나오는 음용수와 같은 사전 처리가 되지 않는 위생수가 흐르는 교환기의 내측 통로가 부식으로 인한 중대한 문제나 혹은 고형물의 부착으로 인한 중대한 문제를 야기하지 않는다,
석회 함량이 높은 "강수(hard water)"라고 하는 물이 소비자에게 위험은 없지만 약 60℃ 내지 약 65℃의 수준의 높은 온도에서는 도관 내에 스케일이 형성되는 심각한 문제를 야기한다고 하는 점이 확인되고 있다.
40℃ 이하의 온도에서는 위와 같은 문제는 더 이상 야기되지 않는다.
이와 같은 두 한계치 사이에서 상기 문제는 온도에 따라서 증가한다.
대략 55℃에서부터 문제는 심각해진다.
하나의 보일러와 2개의 교환기를 구비하는 이러한 장치는 일반적으로 작동과 관련해서 만족스러우며, 신뢰성이 있으며 사용 수명도 보장된다.
그러나 그런 장치는 2개의 개별적인 교환기를 구비하고 있으므로 가격이 높다는 단점을 갖고 있다.
이러한 난제를 해결하기 위해, 어떤 가열기들은 이차 교환기의 채택을 자제하여서, 가열되는 위생수가 보일러의 교환기 안을 바로 통과하여서 저장 탱크로 공급되도록 한 수정된 시스템을 채택하고 있다.
따라서, 위생용 온수를 생산하기 위한 위와 같은 장치는 보일러와, 온수를 저장하는 탱크와, 위생용 냉수 인입 도관과, 가열할 물을 보일러로 공급하기 위한 도관으로서 가열할 물을 순환시키는 펌프, 즉 시동되었을 때에는 가열할 물을 보일러로 순환시키고 정지되었을 때는 그 순환을 방지하는 펌프가 마련된 보일러 공급 도관과, 위생용 온수를 인출하는 도관과, 보일러로부터 배출되는 온수용 도관을 포함한다.
더 구체적으로는, 상기 위생용 냉수 인입 도관은, 소위 제1 연결구라고 하는 "T"형 연결구를 거쳐서, 한편으로는 보일러 공급 도관으로 연결되고 다른 한편으로는 소위 재순환 도관에, 즉 온수 저장 탱크의 저부 안으로 개방되고 이와 함께 보일러의 출구 도관과 물 인출 도관은 각각 탱크의 중앙부와 상부로 개방되는 재순환 도관에 연결된다.
이와 같은 장치는, 예를 들면, 탱크 내에 저장된 물이 관련된 사용 분야에서 일반적으로 적합하다고 하는 65℃에 근접한 온도로 지속적으로 유지될 수 있도록 하는 방식으로 제어된다.
물이 인출되지 않으면 시스템은 정지 상태에 있게 되고, 보일러와 펌프의 작동은 중지된다.
위생용 온수가 요구되면, 일정 유량이 탱크의 상부를 통해서 탱크를 떠나서 물 인출 도관을 거쳐서 용처로 보내진다.
이에 의해, 인출된 물만큼의 물을 보충하기 위해, 펌프와 보일러가 시동되어서, 동일한 유량의 위생용 냉수가 장치 안으로 공급된다. 제1 연결구에서 냉수는 재순환 도관을 거쳐서 탱크의 저부로부터 나온 온수와 혼합되는데, 펌프는 이 혼합수를 보일러의 입구로 다시 보내게 된다.
이렇게 함으로써, 인출되는 물의 유량이 적거나 아니면 반대로 아주 많다고 해도 펌프와 보일러를 적정 유량과 온도 범위에서 작동시킬 수 있게 된다.
물, 즉 석회 성분이 함유된 위생수의 배출이 중지될 때에는 중대한 어려움에 직면하게 된다. 그러면 보일러와 펌프는 제어 및 조절 시스템에 의해 정지된다.
따라서, 65℃에 근접한 온도에 있는 위생용 온수가 보일러의 내측을 포함해서 탱크로부터 빠져나가서 상류측에 위치된 관에 체류된다. 어떤 특별한 장치가 없는 상태에서도 이 물의 온도가 떨어지는 것은 느리다. 따라서, 그 물의 온도가 약 40℃ 이상을 유지하는 한은 장치의 관 벽에 석회가 부착되는 것이 관찰된다.
이러한 현상은 물이 인출될 때마다 매번 반복되면서 더 빠르게 스케일을 형성하게 되어서, 보일러에 설치된 교환기가 작동 불능 상태에 이르게 한다.
이와 같은 종류의 공지 장치에서 직면하고 있는 또 다른 단점으로는, 교환기 안을 포함해서 관 안에 체류하는 물은 후속한 물 인출이 확실히 없는 한은 냉각되면서 에너지를 소산시키게 되고 이는 장치의 총 에너지 수율에 영향을 미치게 된다고 하는 데 있다.
본 발명의 목적은 상기한 형태의 장치에서 제기되는 문제점들을 극복하되, 관 내에 스케일이 형성되는 위험을 제거하거나 혹은 적어도 상당한 수준으로 감소시키고, 연속한 물 인출 작동들 사이에서 일반적으로 발생하는 에너지 손실을 현저하게 줄이는 데에 있다.
이러한 본 발명의 목적들은 다음과 같은 본 발명, 즉
- 위생용 냉수 인입 도관에, 위생용 냉수의 순환 방향에서 보았을 때에 제1 "T" 연결구보다 상류측에 배치된 제2 "T" 연결구가 구비되고,
- 상기 제2 "T" 연결구와 상기 제1 "T" 연결구를 연결하는 위생용 냉수 인입 도관의 부분에, 용량이 온수 저장 탱크의 용량보다 현저히 작은 소형 저장 탱크가 구비되고,
- 가열된 물이 보일러 밖으로 유출 유동할 수 있게 하는 도관에, 상기 제2 "T" 연결구에 우회 도관을 거쳐서 연결된 3방향 밸브가 구비되고, 상기 3방향 밸브는, 보일러 출구가 탱크의 중앙부와 연통되게 하는 소위 일차 위치(primary position)나, 혹은 보일러 출구가 상기 우회 도관과 연통되게 하는 소위 이차 위치(secondary position)를 선택적으로 취하도록 구성된 것임을 특징으로 하는 본 발명에 의해 달성된다.
뒤에서 더 구체적으로 파악할 수 있겠지만, 이와 같이 배열된 장치에 의하면, 물 인출이 정지되었을 때에 소형 탱크 안에 있는 냉수를 순환시킴으로써, 탱크의 상류측에 위치한 관을 대략 40℃ 이하의 온도로 아주 신속하고 효과적으로 냉각시킬 수 있어서, 석회가 퇴적되는 위험을 방지할 수 있다.
첫 번째 상태에서, 관 내에 있는 물이 전체적으로 "따뜻해지는" 현상을 볼 수 있는데, 이는 이어지는 물 인출을 기다리는 중에 중간 온도로 유지하게 되는 것으로서, 이에 의해 열 손실을 크게 제한할 수 있다.
또한, 본 발명의 특정 개수의 추가적이지만 비제한적인 특징들에는,
- 보일러가 가스 또는 기름 연료 보일러이고,
- 보일러가, 스테인리스강으로 제조되며 버너를 둘러싸는 관형 코일 내에서 순환하는 물을 가열할 수 있는 가스 또는 기름 연료 버너를 포함하고,
- 소형 저장 탱크의 용량이 상기 제2 "T" 연결구의 하류측에서 저장 탱크에 연결된 관 전체와 보일러를 관통하는 관을 포함한 것의 용량과 거의 같고,
- 상기 소형 저장 탱크는 저장 탱크와는 독립되어 있으며 저장 탱크의 외측에 위치되고,
- 상기 소형 저장 탱크는 저장 탱크의 한 격실을 형성하며 저장 탱크의 하부에 위치되고,
- 상기 밸브는 솔레노이드 밸브이고,
- 상기 장치는 이 장치 안에서 순환하는 물의 온도를 측정할 수 있는 적어도 3개의 온도 센서를 포함하고, 이 온도 센서로는,
- 저장 탱크 내측의 온도를, 저장 탱크의 저부이기는 하지만 재순환 도관 쪽으로 개방되는 부분 위의 높이에서 검출하는 센서와,
- 보일러의 출구의 온도를 검출하는 센서와,
- 저장 탱크 내측의 온도를, 저장 탱크의 상부이자 물 인출 도관의 입구에 근접한 위치에서 검출하는 센서가 있고,
- 상기 장치에는, 보일러와 펌프의 시동 또는 중지를 제어할 수 있으며 상기 온도 센서들에 의해서 제공받은 온도 신호에 의거하여 정해진 작동 프로그램에 따라서 밸브를 제어할 수 있는 제어 및 조절 회로가 구비된, 특징들이 있다.
본 발명의 다른 특징들과 이점들은 본 발명의 양호한 실시예를 설명하는 이하의 설명을 읽게 되면 명백해질 것이다. 이하에서의 설명은 다음과 같은 첨부 도면을 참조한다.
도 1은 본 발명 장치의 제어를 보이는 블록도이다.
도 2는 본 발명 장치의 개략도이다.
도 3 내지 도 6은 도 2와 유사한 도면으로서, 본 발명 장치의 작동 순서에 있어서의 각기 다른 상태들을 보이는 도면이다.
도 7은 소형 탱크가 저장 탱크의 바닥에 결합되어 있는 본 발명 장치의 선택적 예를 도시하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 상류측은 단순한 음용수 수도꼭지로 구성될 수 있는 위생용 냉수(EFS) 인입부에 연결되고 하류측은 하나 이상의 용처(예를 들면, 개수대, 세면대, 샤워기, 욕조)로 공급되는 위생용 온수(ECS) 배출부에 연결된 위생용 온수 생산 장치가 도시되어 있다.
본 발명의 위생용 온수 생산 장치는, 유량을 조정할 수 있는 팬(6)에 의해서 예를 들면 가스/공기 혼합기 또는 연료 기름/공기 혼합기와 같은 연소성 혼합물을 공급받는 버너(60)가 구비된 보일러(1)를 포함한다.
상기 위생용 온수 생산 장치는, 보일러로 위생용 냉수를 가열하는 기능과, 저장되어 있는 위생용 온수를 요구에 응하여서 하나 이상의 용처로 보내게 되는 단열벽을 갖춘 저장 탱크(2) 안에 저장된 위생용 온수를 소정 온도, 일반적으로는 65℃의 수준으로 유지하는 기능을 한다.
일반적으로, 탱크는 수직 축을 가지며 반구형 양 단부를 구비한 대체로 원통형이고, 기부(20)에 의해 지면에 지지된다.
예시된 실시예의 버너(60)는 스테인리스강으로 제조되며 안에는 가열할 물이 흐르는 나선형의 관형 코일(10) 안에 둘러싸이는 원통형 버너이다.
장치 전체는 케이스(11) 안에 내장되고, 상기 케이스에는, 가옥의 외부로 개방되는 굴뚝 연도에 연결될 수 있는, 연소 및 냉각된 가스(도시되지 않음)를 배출하는 슬리브가 마련된다.
작동 중에, 버너가 켜지고 팬이 작동하게 되면, 버너의 표면에서 발생하는 연소되는 가스는 가열할 물이 안에서 반경 방향으로 순환하고 있는 코일의 선회부들 사이의 틈새 공간을 통해서 내측에서 외측으로 통과하고, 그러면서 열을 전도 및 응축에 의해 물에 부여하게 된다.
이어서 연소되고 냉각된 가스는 슬리브를 거쳐서 배출된다.
이와 같은 형태의 응축 가열 장치는 잘 알려져 있으므로 본 명세서의 설명에 불필요한 부담을 주지 않기 위해 여기에서는 더 이상 상세하게 설명하지 않는다.
필요하다면, 앞에서 언급한 바 있는 유럽 특허 공보 EP 0 678 186 B1호, 국제 공개 공보 WO 2004/036121 A1호 또는 프랑스 특허 공개 공보 FR-A-2896856호를 유용하게 참조할 수 있다.
위생용 온수 생산 장치 안으로의 위생용 냉수(EFS) 인입부는 물 유동을 도관(30)이나 도관(31) 안으로 분기하게 하는 "T" 연결구(80)를 구비하는 도관(8)에 의해 달성된다.
일반적으로, 상기 "T" 연결구(80)를 "제2 T 연결구"라 지칭한다.
도관(30)은, 현저하게 확대된 직경을 구비하며 소형 저장 탱크를 형성하는 부분(3)을 구비한다.
소형 탱크(3)의 하류측에서, 도관(30)은 일반적으로 "제1 T 연결구"라고 칭하게 되는 "T" 연결구(90)를 구비한다. 상기 "T" 연결구(90)는 물의 유동을 도관(50)이나 혹은 소위 재순환 도관(9)으로 분기되게 한다.
도관(9)은 그의 출구 오리피스(900)를 통해서 탱크(2)의 하부에서 그 탱크의 내부로 개방된다.
도관(50)은 전기 제어식 펌프(5)를 구비하며 보일러(1)의 관형 코일(10)의 입구에 연결된다.
관형 코일(10)의 출구 도관(40)에는 이를 위해서 3방향 밸브(솔레노이드 밸브)(4)가 구비된다. 상기 3방향 밸브에는, 한편으로는 제2 T 연결구(80)로부터 나온 도관(13)이 연결되고, 다른 한편으로는 탱크(2)의 중앙부(대략 절반 높이에 있는 부분)에서 그 탱크 내부로 출구 오리피스(120)를 통해서 개방되는 도관(12)이 연결된다.
상기 3방향 밸브(4)는 보일러의 출구 도관(40)을 도관(13)이나 도관(12)에 선택적으로 연결시킬 수 있게 개조된다.
위생용 온수(ECS) 배출 도관 또는 물 인출 도관(7)은 입구 오리피스(70)를 통해서 탱크(2)의 상부에서 빠져나온다.
표준형 세정 시스템(purging system)(21)이 탱크(2)의 하부에 장착된다.
본 발명의 위생용 온수 생산 장치는 3개의 온도 센서, 즉 보일러의 출구에서 도관(40)에 의해서 이송된 물의 온도를 검출하는 온도 센서(T2)와, 재순환 도관(9)으로 개방되는 오리피스(900) 위에 위치하는(그러나 오리피스(120)의 아래에 있는) 높이에서 탱크(2)의 하부에 존재하는 물의 온도를 검출하는 온도 센서(T1)와, 물 인출 도관(7)의 입구부(70)에 근접한 위치에서 탱크(2)의 상부 부분에 존재하는 물의 온도를 검출하는 온도 센서(T3)도 추가로 포함한다.
본 발명에서 관심을 가지는 특징에 따르면, 소형 탱크(3)의 용량(수용 체적)은 도관(9, 50, 10, 40, 13, 12, 30)(소형 탱크와는 별개인 것들임)들을 모은 것과 실질적으로 동일하다.
일례로, 출력이 50KW인 보일러와 200리터의 용량을 갖는 탱크(2)인 경우, 상기 소형 탱크의 용량은 약 16리터이다.
도 1은 본 발명의 위생용 온수 생산 장치의 자동 제어 및 관리를 예시하는 것이다.
본 발명의 위생용 온수 생산 장치는 전자 제어 장치(UEC)를 포함하는데, 상기 전자 제어 장치에는 소정의 작동 설정치들을 조작자(온수기 전문가 및/또는 사용자)가 입력한다. 그 설정치들에는, 명백히 알 수 있는 바와 같이, 펌프의 최적 유량, 보일러(1)에 적용된 출력, 위생용 온수(ECS) 배출부의 설정 온도 등이 있다.
상기 UEC는 온도 센서(T1), 온도 센서(T2), 온도 센서(T3)에 측정된 온도치에 의거하여 소정의 프로그램에 따라서 펌프(5)의 작동 또는 정지와 유량을 제어하고, 보일러(1)의 시동 또는 정지와 그 출력을(팬(6)의 유량에 따라서) 제어하고, 밸브(4)의 상태 변화를 제어하게 되는데, 이는 도 3 내지 도 6을 참조하여 아래에서 설명하게 되는 과정을 적용함으로써 행해진다.
도 3을 참조하면, 특정 용처에서 위생용 온수(ECS) 배출부의 소정 유량의 위생용 온수를 요구하게 되었을 때의 물 인출 상황을 예시하는 것이다.
보일러가 작동한다(팬(6)이 작동하고, 보일러(60)가 켜진다). 밸브(4)는 도간(13)이 차단된 상태에서 도관(40, 12)들이 서로 연통하도록 한 방향으로 향한다.
펌프(5)도 작동해서, 물 인출 유동(i2)이 작다 해도 보일러를 적절하게 작동시키는 데 충분한 유량을 제공하도록 조정된다. 실제에 있어서, 펌프(5)의 유량은 물 인출 유량과는 무관하다.
따라서 소정 유량의 온수(i2)가 탱크(2)의 상부 오리피스(70)틀 통해 탱크를 떠나서 도관(7) 안을 지난다. 빠져나간 물을 보충하기 위해, 동일한 유량의 냉수(i1)(일례로, 약 15℃ 온도의 물)가 도관(8)을 통하여 위생용 온수 생산 장치 안으로 들어온다. 이렇게 들어오는 물은 한 단부가 막혀 있는 도관(13) 안으로는 들어올 수 없고, 그래서 그 모두가 도관(30)과 소형 탱크(3) 안으로 들어가게 되는데, 이는 제1 연결구(90)를 거쳐서 빠져나가서 펌프(5)로 공급되도록 하기 위함이다. 이어서 장치 안으로 들어온 물은 재순환 도관(9)을 통해서 탱크(2)의 기부 밖으로 유동하는 유동(i3)과 혼합된다.
따라서, 이들 모두는 냉수(약 15℃ 온도의 물)와 온수(약 65℃의 물)의 혼합물이 되고, 이는 펌프(5)에 의해서 보일러(1)로 다시 보내지는데, 그 유량 j = i1 + i3 이다.
이 혼합물은 65℃의 온도까지 가열되고, 온도 센서(T2)에 의해 감시되고, 이어서 도관(12)을 통해서 탱크(2)의 중앙부 안으로 분배된다(화살표 j).
이러한 온수는 저장 탱크(2) 내측으로 분배되고, 이 때에 온도의 혼합과 조화가 유지되는데, 그 이유는 유동(i2)인 분류가 상부로부터 유동하고 유동(i3)인 분류가 바닥으로부터 흐르기 때문이다.
도 4를 참조하면, 물 인출을 중지한 상황이 예시되어 있는데, 이 경우에서 도관(7)은 폐쇄된 상태(이를 도면에 x로 표시했음)에 있다. 따라서, 회로에서는 냉수 추가 요구가 없고, 그에 따라서 인입 도관(8)은 위생용 냉수 공급망의 압력에 있게 된다.
실제에 있어서는 수 초에 해당하는 제1 단계에서, UEC는 밸브(4)의 위치 변화가 없는 채로 펌프(5)와 보일러(1)를 작동 상태로 유지한다.
이러한 조건 하에서, 유동 경로가 도관(9, 50)을 통과해서 보일러까지 이어지며 복귀 경로가 도관(40, 12)을 통과해서 탱크까지 이어지는 폐쇄 회로 내에서 순환하는 탱크(2)의 물 유동(k)과 온수가 혼합된다. 냉수로 채워진 소형 탱크(3)는 차단된 상태로 유지된다. 온도 센서(T2)는, 탱크(2) 내의 온도가 증가함에 따라서 점차 감소하는 버너의 출력을 조절한다. 탱크 전체가, 온도 센서(T1)와 온도 센서(T3)에 의해 측정되었을 때에, 의도된 온도에 있으면, UEC는 버너(60)의 정지를 제어한다.
이 때에, 밸브(4)를 도 5에 도시된 위치로 전환시키는 것이 실행된다.
펌프(5)는 작동을 유지한다.
폐쇄 회로 내에서 도 5에서 화살표 I로 나타낸 물의 순환은 소형 탱크(3)로부터 펌프(5)를 거쳐서 보일러(1)(작동이 꺼져 있음)와 도관(50)으로 이어지고, 도관(40), 3방향 밸브(4) 및 우회 도관(13)을 거쳐서 소형 탱크로 되돌아간다.
이와 같이 배열된 장치에 의하면, 소형 탱크(3) 내에 수용된 냉수가 보일러 코일(10)을 아주 신속하게 냉각시키고, 소형 탱크(3)에 의해 제공된 냉수와 온수가 서로 실질적으로 균등한 체적으로 혼합되는 것이 본 발명 장치에 적용된 관에서 발견되는데, 그 결과 중간 단계의 최종 온도는 35 내지 40℃ 수준이 된다.
끝으로, UEC는 적절하게 타이밍을 맞추어서 펌프(5) 정지 지령을 내린다.
이에 따라 도관들 내에 있는 물의 온도는, 소망하는 목표에 맞게, 도관 벽에 석회가 부착되어서 도관 벽에 스케일을 형성하게 되는 위험을 야기하지 못할 정도로 충분히 낮다.
인출되는 물이 없는 경우, 탱크(2)는 단절된 채로 유지되고, 그 안에 담겨 있는 온수는 설정 온도, 일례로 65℃를 유지한다.
UEC는 위생용 온수의 유량이 적고 그리고/또는 그 요구 시간이 짧은 것에 해당하는 "인출되는 물이 소량"인 경우, 시스템은 앞에서 말한 상태, 즉 보일러(1)가 꺼지고, 펌프(5)가 정지되고, 밸브(4)가 우회 위치에 있는 상태를 유지한다.
이 상황이 도 6에 도시되어 있다.
인출되는 물이 소량인 경우, 보일러는 탱크(2) 내에서 얻을 수 있는 온수의 보유량이 인출 요구를 충족시키기에 충분한 때부터 시동시키지 않는 것이 좋다. 이렇게 하면 장치의 사용 수명에 유해한 여러 회의 정지/시동 상태를 현저하게 피할 수 있고, 짧은 시간에 걸쳐 보일러를 작동시키는 것과 관련된 에너지 손실을 피할 수 있다.
이와 같은 구성에서, 도관(8)을 통해 안으로 들어가는 위생용 냉수 유동(m) 유량은 도관(7)을 통해서 탱크(2)를 떠나는 온수의 유동 유량과 같다.
첫 번째 상태에서, 안으로 유동하는 냉수가 도관(30) 안으로 유동하여, 소형 탱크(3)를 포함해서 상기 도관을 점유하고 있는 중간 온도의 물을 추방하고, 혼합물이 탱크(2)의 기부에 있는 우회 도관(9)을 통해서 되돌려진다.
따라서 이전 단계에서 회수된 열의 많은 부분이 위와 같은 방식으로 해서 소형 탱크(3)로부터 탱크(2)로 전달되는데, 이는 전체 에너지 균형 면에서 바람직하다.
"인출되는 물이 소량"인 작동이 연속적으로나 혹은 특별한 기준(1회의 작동)에 따라 지속되는 경우, 냉수는 최종적으로 탱크(2)의 기부에 도달한다. 그러나 탱크 내에서는 탱크 내에 존재하는 상대적으로 적은 체적(저온 상태)의 물과 상대적으로 많은 체적(고온 상태)의 물 사이의 비교적 분명한 온도 전이가 발생함을 관찰할 수 있다. 이러한 전이 영역의 높이는 인출되는 물의 체적에 따라서 점차 높아져서 온도 센서(T1)의 높이에 이르러서 끝난다.
이 높이에서의 결정된 온도 한계치 이하에서, UEC는 보일러의 재시동 지령을 내려서, 장치를 앞에서 설명한 도 2의 상태에 해당하는 초기 작동 상태로 다시 되돌아가게 한다.
이 실시예는 기본적으로는 앞에서 설명한 실시예와는, 소형 저장 탱크(3')와 저장 탱크(2')가 서로 분리되지 않고 일체로 되어 있다는 점에서, 구별된다.
더 구체적으로는, 소형 저장 탱크(3')는 저장 탱크(2')의 반구형 저부 캡의 내부 체적을 점유하고, 수평 격벽(22)에 의해서 저장 탱크(2')의 내부 체적으로부터 분할된다.
냉수 인입 도관(8)은 출구 오리피스(810)를 통해서 바로 소형 저장 탱크(3') 안으로 개방된다.
도면 부호 91로 나타낸 제1 "T" 연결구는 저장 탱크(2') 내측에 위치된다.
이는 상기 격벽(22)을 통과하는 수직 분기부(910)를 포함하는데, 그의 수평 분기부는 한편으로는 관(92)을 통해서 상기 격벽(22) 바로 위에서 저장 탱크(2') 안으로 개방되고, 다른 수평 관은 펌프(5)에 연결된 우회 도관(93)에 연결된다.
본 실시예의 위생용 온수 생산 장치는 앞에서 설명한 것과 동일한 방식으로 작동한다.
위생용 온수를 정상 수준으로 인출하고 있고, 보일러(1)와 펌프(5)가 작동하고 있고, 밸브(4)가 도관(40, 12)들을 서로 연통하게 하고 있는 경우, 위생용 냉수가 도관(8)을 통해서 소형 저장 탱크를 구성하는 격실(3') 안으로 들어가고, 관(910)을 통해서 그 격실로부터 나와서, 관(92)을 통해서 저장 탱크(2')로부터 나오는 온수와 혼합되고, 이 혼합물은 펌프(5)에 의해서 도관(93, 50)을 통해서 보일러로 다시 되돌아가게 된다. 보일러(1)에 의해 가열된 물은 다시 도관(40, 12)을 통해서 밸브(4)를 거쳐서 탱크 안으로 되돌아간다.
위생용 온수 인출이 중지되면, 우선 제1 단계에서 UEC는 밸브(4)의 위치는 변경하지 않은 채로 펌프(5)와 보일러(1)를 작동 상태로 유지한다. 이어서 온수는 폐쇄 회로 내에서 순환하는 온수와 혼합되는데, 상기 순환의 유동 경로는 도관(93, 50)을 통과하여 보일러로 이어지고, 복귀 경로는 도관(40, 12)을 통해서 탱크로 이어진다. 냉수로 채워진 소형 저장 탱크(3')는 차단된 채로 유지된다. 온도 센서(T2)는 저장 탱크(2') 내의 온도가 상승함에 다라 점진적으로 감소하는 버너의 출력을 조절한다. 탱크 전체가, 온도 센서(T1)와 온도 센서(T3)에 의해 측정했을 때에, 의도된 온도에 있으면, UEC는 버너(60) 정지 지령을 내린다.
이 때에, 도관(40, 13)이 서로 연통되게 하는 위치로 밸브(4)를 전환시키는 것이 실행되고, 펌프(5)는 작동 유지된다.
이어서 폐쇄 회로 내에서의 물의 순환은 소형 저장 탱크(3')로부터 관(910), 도관(92), 펌프(5) 및 도관(50)을 거쳐서 보일러(1)(꺼져 있음)를 향하고, 이어서 도관(40), 3방향 밸브(4), 우회 도관(13) 및 도관(8)을 거쳐서 소형 저장 탱크(3')로 되돌아간다.
이와 같이 배열된 장치에 의하면, 소형 저장 탱크(3') 내에 수용된 냉수가 보일러 코일(10)을 아주 신속하게 냉각시키고, 그 결과 중간 단계의 최종 온도는 35 내지 40℃ 수준이 된다.
이어서 UEC는 타이밍을 맞추어 펌프(5)의 작동 정지 지령을 내린다.
이에 따라 도관들 내에 있는 물의 온도는, 소망하는 목표에 맞게, 도관 벽에 석회가 부착되어서 도관 벽에 스케일을 형성하게 되는 위험을 야기하지 못할 정도로 충분히 낮다.
인출되는 물이 없는 경우, 탱크(2')는 단절된 채로 유지되고, 그 안에 담겨 있는 온수는 설정 온도, 일례로 65℃를 유지한다.
첫 번째 실시예에서처럼, UEC는, 위생용 온수의 유량이 적고 그리고/또는 그 요구 시간이 짧은 것에 해당하는 "인출되는 물이 소량"인 경우에, 시스템이 앞에서 말한 상태(즉 보일러가 꺼지고, 펌프가 정지되고, 밸브(4)가 우회 위치에 있는 상태)를 유지시킬 수 있게, 프로그램될 수 있다.
이렇게 함으로써, "인출되는 물이 소량"인 경우에 여러 회의 정지/시동 상태를 피할 수 있다.
이와 같은 구성에서, 도관(8)의 오리피스(810)를 통해 안으로 들어가는 위생용 냉수 유량은 도관(7)의 오리피스(70)를 통해서 탱크(2)를 떠나는 온수의 유량과 같다.
첫 번째 상태에서, 안으로 유동하는 냉수가 소형 저장 탱크(3')를 점유하고 있는 중간 온도의 물을 추방하고, 그 과정의 혼합물이 탱크(2)의 기부에 확산되도록 연결구(91)의 관(910, 92)을 통해서 되돌려진다.
소량의 물이 계속, 즉 연속해서 인출되는 경우, 냉수는 최종적으로 탱크(2)의 기부에 도달하고, 이와 함께 탱크 내에 존재하는 상대적으로 적은 체적(저온 상태)의 물과 상대적으로 많은 체적(고온 상태)의 물 사이의 비교적 분명한 온도 전이가 발생한다. 이러한 전이 영역의 높이는 인출되는 물의 체적에 따라서 점차 높아져서 온도 센서(T1)의 높이에 이르러서 끝난다.
이 높이에서의 결정된 온도 한계치 이하에서, UEC는 보일러의 재시동 지령을 내려서, 장치를 초기 정상 작동 상태로 다시 되돌아가게 한다.

Claims (9)

  1. 보일러(1); 온수를 저장하는 탱크(2, 2'); 위생용 냉수(EFS) 인입 도관(8), 가열할 물을 보일러 안으로 공급하는 도관으로서, 보일러가 시동되었을 때에는 가열할 물을 보일러를 향해 순환시킬 수 있으며 보일러가 정지되었을 때는 가열할 물의 순환을 방지할 수 있는 펌프(5)가 구비되어 있는 보일러 공급 도관(50), 상기 탱크(2, 2')에서 나오는 위생용 온수(ECS) 배출 도관(7), 및 보일러(1)로부터 가열된 물을 유출시키는 보일러 출구 도관(40, 12)을 포함하고,
    상기 위생용 냉수(EFS) 인입 도관(8)이 제1 연결구인 제1 "T" 연결구(90, 91)를 거쳐서 한편으로는 상기 보일러 공급 도관(50)에 연결되고 다른 한편으로는 온수를 저장하기 위한 탱크의 저부 안으로 개방되는 재순환 도관(9, 92)에 연결되고, 상기 보일러 출구 도관(40, 12)과 물을 인출하는 상기 위생용 온수 배출 도관(7) 각각은 탱크(2, 2')의 중앙부와 상부 안으로 개방되고, 상기 제1 "T" 연결구(90, 91)는 물의 유동을 도관(50) 또는 재순환 도관(9, 92)으로 분기되게 하는 구성의, 위생용 온수 생산 장치에 있어서,
    - 위생용 냉수(EFS) 인입 도관(8)에, 위생용 냉수(EFS)의 순환 방향에서 보았을 때에 제1 "T" 연결구(90, 91)보다 상류측에 배치된 제2 "T" 연결구(80)가 구비되고,
    - 상기 제2 "T" 연결구(80)와 상기 제1 "T" 연결구(90)를 연결하는 위생용 냉수(EFS) 인입 도관의 부분(30)에, 용량이 온수 저장 탱크(2, 2')의 용량보다 작은 소형 저장 탱크(3, 3')가 구비되고,
    - 가열된 물이 보일러 밖으로 유출 유동할 수 있게 하는 상기 보일러 출구 도관(40)에, 상기 제2 "T" 연결구(80)에 우회 도관(13)을 거쳐서 연결된 3방향 밸브(4)가 구비되고, 상기 3방향 밸브(4)는, 보일러 출구 도관(40)이 탱크(2, 2')의 중앙부와 연통되게 하는 일차 위치(primary position)나, 혹은 보일러 출구 도관(40)이 상기 우회 도관(13)과 연통되게 하는 이차 위치(secondary position)를 선택적으로 취하도록 구성된 것임을 특징으로 하는 위생용 온수 생산 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보일러(1)가 가스 또는 기름 연료 보일러인 것을 특징으로 하는 위생용 온수 생산 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 보일러(1)가, 스테인리스강으로 제조되며 버너(60)를 둘러싸는 관형 코일(10) 내에서 순환하는 물을 가열할 수 있는 가스 또는 기름 연료 버너(60)를 포함하는 것을 특징으로 하는 위생용 온수 생산 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 소형 저장 탱크(3, 3')의 용량이 상기 제2 "T" 연결구(80)의 하류측에서 저장 탱크(2, 2')에 연결된 관 전체와 보일러(1)를 관통하는 관을 포함한 것의 용량과 같은 것을 특징으로 하는 위생용 온수 생산 장치.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 소형 저장 탱크(3, 3')는 상기 저장 탱크(2, 2')와는 독립되어 있으며 그 저장 탱크의 외측에 위치된 것을 특징으로 하는 위생용 온수 생산 장치.
  6. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 소형 저장 탱크(3')는 상기 저장 탱크(2')의 한 격실을 형성하며 그 저장 탱크의 하부에 위치된 것을 특징으로 하는 위생용 온수 생산 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 밸브(4)는 솔레노이드 밸브인 것을 특징으로 하는 위생용 온수 생산 장치.
  8. 제1항 또는 제7항에 있어서,
    당해 위생용 온수 생산 장치 안에서 순환하는 물의 온도를 측정할 수 있는 적어도 3개의 온도 센서를 포함하고,
    상기 3개의 온도 센서는,
    - 저장 탱크(2, 2') 내측의 온도를, 그 저장 탱크의 저부이기는 하지만 재순환 도관(9, 92) 쪽으로 개방되는 부분 위의 높이에서 검출하는 센서(T1)와 ,
    - 상기 보일러(1)의 출구의 온도를 검출하는 센서(T2)와,
    - 상기 저장 탱크(2, 2') 내측의 온도를, 그 저장 탱크의 상부이자 물 인출 도관(7)의 입구(70)에 근접한 위치에서 검출하는 센서(T3)인 것을 특징으로 하는 위생용 온수 생산 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    당해 위생용 온수 생산 장치에, 상기 보일러(1)와 상기 펌프(5)의 시동 또는 중지를 제어할 수 있으며 상기 온도 센서(T1, T2, T3)들에 의해서 제공받은 온도 신호에 의거하여 정해진 작동 프로그램에 따라서 밸브(4)를 제어할 수 있는 제어 유닛(UEC)을 포함하는 제어 및 조절 회로가 설치되고,
    상기 밸브(4)는 솔레노이드 밸브인 것을 특징으로 하는 위생용 온수 생산 장치.
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