KR101612173B1 - 온수 공급 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 온수 공급 시스템에 관한 것으로, 특히 구조가 단순하면서도 열효율이 매우 높고, 온수 사용시 냉수가 나온 후 온수가 나오기 시작하는 것을 방지하는 온수 공급 시스템에 관한 것이다.

Description

온수 공급 시스템{System for supplying hot water}

본 발명은 온수 공급 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구조가 단순하면서도 열효율이 매우 높고, 온수 사용시 냉수가 나온 후 온수가 나오기 시작하는 것을 방지하는 온수 공급 시스템에 관한 것이다.

온수 공급 시스템은 냉수를 단시간 내에 설정 온도로 가열하여 공급하는 것으로, 얼마나 짧은 시간에 사용자가 설정한 온도에까지 도달할 수 있는지와 온수의 사용량이 변하더라도 설정 온도를 그대로 유지하면서 공급되는지가 그 성능을 결정짓는 중요한 기준이 된다.

그러나 종래의 온수 공급 시스템은 열교환기에서 순간적으로 높은 열에너지를 공급함으로써 단시간 내에 설정 온도에 도달한 온수를 공급하고 있지만, 특히 겨울철 등에는 공급되는 물 자체가 저온이어서 온수가 공급되기까지 걸리는 시간을 단축시키는 데에 한계가 존재한다.

이에, 한국등록특허 제10-0812937호에서는 도 1에서와 같이 입수구(21)와 출수구(32) 사이에 물탱크(22), 각종 센서(23, 24), 열교환기(25), 제1 분기점(41)과 제2 분기점(42) 사이의 순환관 및 펌프(28)를 포함하는 구성을 제안하였다.

따라서, 온수 미공급시에는 도 1과 같이 펌프(28)를 가동시켜 일정 온도의 예열수가 내부에서 계속해서 순환되게 함으로써 온수 공급시 조속히 설정 온도까지 도달될 수 있게 하였다.

그러나, 이상과 같은 종래 기술은 물탱크(22)가 열교환기(25)의 입수측에 설치되어 있기 때문에 입수구(21)를 통해 공급된 냉수(즉, 직수)가 물탱크(22)에 바로 공급된다.

따라서, 물탱크(22) 내에 채워진 온수의 온도를 급속히 낮추고, 이와 같은 상태에서 온수 꼭지를 틀더라도 초기 일정 시간 동안은 찬물이 나오므로 사용자에게 불쾌감을 준다는 문제점이 있었다.

또한, 순환관에 펌프(28) 및 체크밸브(29) 등을 설치함으로써, 온수 미사용시 예열수를 계속 순환시키면 어느 정도 온수 온도를 유지하는 효과가 있기는 하지만, 그 미비한 효과에 비해 구조가 복잡하고 설비 단가가 높아진다는 문제점이 있다.

또한, 사용자가 온수를 사용하는 경우나 미사용의 경우 혹은 순환 중인 온수의 온도 등과 같은 여러 가지 제반사정에 따라 펌프(28) 및 삼방변 밸브(41) 등을 최적의 상태로 제어하기가 어렵다는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 구조가 단순하면서도 열효율이 매우 높고, 온수 사용시 냉수가 나온 후 온수가 나오기 시작하는 것을 방지하는 온수 공급 시스템을 제공하고자 한다.

이를 위해, 본 발명에 따른 온수 공급용 축열탱크는 내부에 물을 저장하는 공간을 갖는 탱크 몸체와; 상기 탱크 몸체를 관통하여 상기 탱크 몸체의 내부 하측까지 일정 길이 연장된 물 공급용 연결관과; 상기 탱크 몸체의 내부에 설치되어 상기 물 공급용 연결관을 통해 공급된 물을 가열하는 히터; 및 상기 탱크 몸체를 관통하여 상기 탱크 몸체의 내부 하측까지 일정 길이 연장되며, 상기 히터에 의해 가열된 온수를 배출하는 온수 배출관;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 탱크 몸체는 내벽과 외벽을 포함하는 이중벽으로 이루어지고, 상기 내벽과 외벽 사이의 빈 공간은 진공 상태인 것이 바람직하다.

또한, 상기 히터는 상기 물 공급용 연결관의 직하부에 설치되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 탱크 몸체 내에서의 상기 물 공급용 연결관의 개방 단부 높이보다 상기 탱크 몸체 내에서의 상기 온수 배출관의 개방 단부 높이가 상대적으로 더 높은 것이 바람직하다.

한편, 이상과 같은 본 발명의 온수 공급용 축열탱크를 포함한 온수 공급 시스템은 냉수를 공급하는 냉수 공급관과; 상기 냉수 공급관을 통해 공급된 냉수를 가열하는 메인 열교환기와; 상기 메인 열교환기에 열원을 공급하는 버너; 및 상기 메인 열교환기에서 출수된 물을 상기 물 공급용 연결관을 통해 공급받도록 상기 메인 열교환기의 출수측에 연결 설치된 상기 온수 공급용 축열탱크;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 축열탱크 내부에 저장된 온수 온도를 감지하는 온수 온도 센서; 및 상기 온수 온도 센서에서 감지한 온수 온도값을 제공받는 제어기;를 더 포함하되, 상기 제어기는 상기 온수 온도가 설정된 값보다 낮은 경우 상기 히터를 작동시키는 것이 바람직하다.

이상과 같은 본 발명은 펌프 및 체크 밸브 등을 대신하여 열교환기의 출수측에 축열탱크를 구비함으로써 열교환기에서 가열된 온수를 저장하였다가 공급하고, 열효율이 높은 구조의 축열탱크를 개발하여 적용한다. 따라서, 구조가 단순하고 제어가 쉬우면서도 열효율이 매우 높고, 온수 사용시 냉수가 나온 후 온수가 나오기 시작하는 것을 방지한다.

도 1은 종래 기술에 따른 온수 공급 시스템의 순환 상태를 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명에 따른 온수 공급 시스템을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명에 따른 온수 공급용 축열탱크를 나타낸 도이다.
도 4는 상기 도 3의 저면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 온수 공급 시스템에 대해 상세히 설명한다.

먼저, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 온수 공급용 축열탱크를 포함한 온수 공급 시스템(100)은 온수 공급용 축열탱크(110), 냉수 공급관(P1), 메인 열교환기(120), 버너(130), 물 공급용 연결관(P2), 온수 배출관(P3) 및 제어기(140)를 포함한다.

이때, 온수 공급용 축열탱크(110)(이하, '축열탱크(110)'라 함)의 입수측은 물 공급용 연결관(P2)을 통해 메인 열교환기(120)에 연결되고, 축열탱크(110)의 출수측은 온수 배출관(P3)을 통해 온수 꼭지 등에 연결된다.

또한, 메인 열교환기(120)의 입수측은 냉수 공급관(P1)에 연결되고, 메인 열교환기(120)의 부근에는 버너(130)가 설치된다. 냉수 공급관(P1), 축열탱크(110) 및 온수 배출관(P3)에는 각각 온도 감지 센서(S1, S2, S3)가 설치된다.

좀더 구체적으로, 축열탱크(110)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 내부에 물을 저장하는 공간을 갖는 탱크 몸체(111) 및 상기 탱크 몸체(111)의 내부에 설치되어 공급된 물을 가열하는 히터(112)를 포함한다.

또한, 물 공급용 연결관(P2)은 탱크 몸체(111)를 관통하여 탱크 몸체(111)의 내부 하측까지 일정 길이 연장되어 있고, 온수 배출관(P3)은 탱크 몸체(111)를 관통하여 탱크 몸체(111)의 내부 상측까지 일정 길이 연장되어 있다.

예켠대, 물 공급용 연결관(P2)은 탱크 몸체(111)의 상부를 관통하여 탱크 몸체(111)의 내부까지 일정 길이 연장되어 있고, 온수 배출관(P3)은 탱크 몸체(111)의 하부를 관통하여 탱크 몸체(111)의 내부까지 일정 길이 연장되어 있다.

다만, 물 공급용 연결관(P2)과 온수 배출관(P3) 중 축열탱크(110) 내부에 배치된 부분은 별도의 독립된 관을 사용하고, 그 독립된 관들을 축열탱크(110) 외부의 부분과 연결하여 사용할 수도 있다. 관을 서로 연결시키는 구조는 축열탱크(110)의 조립성을 좋게 한다.

이상과 같은 구성에 의하면, 물 공급용 연결관(P2)을 통해 메인 열교환기(120)에서 출수된 온수가 축열탱크(110) 내부로 공급되어 채워지고, 축열탱크(110)에 채워진 온수의 온도가 낮아지면 히터(112)에 의해 가열되며, 사용자가 온수 꼭지를 틀면 온수 배출관(P3)을 통해 온수가 공급된다.

한편, 본 발명에 있어서 축열탱크(110)의 탱크 몸체(111)는 내벽(111a)과 외벽(111b)을 포함하는 이중벽으로 이루어지고, 내벽(111a)과 외벽(111b) 사이의 빈 공간은 진공 상태인 것이 바람직하다.

내부가 진공인 이중벽으로 탱크 몸체(111)는 보온성이 향상되어 축열탱크(110)에 채워진 온수 온도를 더욱 장시간 유지시키기 때문이다.

이를 위해 물 공급용 연결관(P2)과 온수 배출관(P3)을 각각 축열탱크(110) 내부로 삽입 후 그 연결부를 용접 마감하고, 내벽(111a)과 외벽(111b) 사이의 공기를 배출 후 마감하는 제조방법이 사용될 수 있다.

축열탱크(110)의 히터(112)는 메인 열교환기(120)에서 공급된 온수가 축열탱크(110)에 저장된 후 그 온도가 일정값 이하로 내려가면 다시 가열하여 항시 온수를 준비해 두는 역할을 한다.

물론, 본 발명은 냉수 공급관(P1)을 통해 물이 새로 공급되는 경우 등에는 메인 열교환기(120) 단독 작동, 메인 열교환기(120)와 히터(112)의 동시 작동 혹은 히터(112) 단독 작동 모드 등 다양한 운전도 가능하게 한다.

한편, 이러한 히터(112)는 일 실시예로서 전기식 발열 히터(112)가 사용될 수 있고, 그 구조로는 발열부(112a), 조립부(112b) 및 커넥터(112c)로 이루어진 것이 사용될 수 있다.

발열부(112a)는 전기를 공급받아 발열하는 발열체이고, 조립부(112b)는 축열탱크(110) 몸체에서 누설이 이루어지지 않도록 실링 역할을 하며, 커넥터(112c)는 일종의 콘센트로서 전기를 공급받아 발열부(112a)로 전달한다.

도시된 바와 같이 발열부(112a)는 축열탱크(110) 내부에 배치되어 물을 가열하고, 조립부(112b)는 탱크 몸체(111)에 결합되며, 커넥터(112c)는 누전을 방지하기 위해 탱크 몸체(111)의 외부에 배치된다.

특히, 본 발명의 히터(112)는 물 공급용 연결관(P2)의 직하부에 설치되어 있는 것이 바람직하다. 더욱 상세하게는 히터(112)의 발열부(112a)가 물이 배출되는 물 공급용 연결관(P2)의 단부로부터 직하부에 이격 설치된다.

이와 같이 물 공급용 연결관(P2)과 히터(112)의 위치를 조절하면 물 공급용 연결관(P2)에서 배출된 물이 수압에 의해 히터(112)를 향해 직분사된다.

따라서, 물의 온도를 조속히 올리고, 온수 꼭지를 틀더라도 찬물이 나온 후 따뜻한 물이 나오는 샌드위치 현상을 방지(심지어 축열탱크(110) 내부에 물이 없다가 최초 공급되는 경우에도)하며, 열효율 역시 높인다.

다만, 도면에서는 히터(112)가 탱크 몸체(111)의 바닥면에 설치되어 발열부(112a)가 수직하게 세워진 것을 예로 들었지만, 그와 다르게 히터(112)가 탱크 몸체(111)의 측부에 설치되어 수평하게 배치된 발열부(112a)가 물 공급용 연결관(P2)의 직하부에 배치되도록 하는 것도 가능하다.

또한, 본 발명은 탱크 몸체(111) 내에서의 물 공급용 연결관(P2)의 개방 단부 높이보다 탱크 몸체(111) 내에서의 온수 배출관(P3)의 개방 단부 높이가 상대적으로 더 높은 것이 바람직하다.

이를 위해 물 공급용 연결관(P2)과 온수 배출관(P3)이 탱크 몸체(111) 내에서 각각 하측과 상측으로 연장된 길이를 각각 조절함으로써 온수 배출관(P3)의 개방 단부가 더 높은 위치에 있도록 조절한다.

높이를 조절하는 이유는 축열탱크(110) 내에 기 채워져 있던 낮은 온도의 물이 물 공급용 연결관(P2)을 통해 새로이 공급된 높은 온도의 물과 잘 혼합되어 항시 적절한 온수 온도를 유지하고 샌드위치 현상을 방지하기 위함이다.

즉, 물 공급용 연결관(P2)의 개방 단부가 축열탱크(110) 내에서 더 낮은 곳에 위치하므로 당해 물 공급용 연결관(P2)을 통해 배출된 물은 온수 배출관(P3)을 통해 배출되기 이전에 기 채워져 있던 물과 충분히 혼합된다.

아울러 온수 배출관(P3)의 개방 단부가 축열탱크(110) 내에서 더 높은 곳에 위치하므로, 서로 다른 온도의 물이 충분히 혼합되면서 수위가 높아진 온수만 온수 배출관(P3)의 개방 단부에 도달하여 사용자에게 공급된다.

한편, 이상과 같은 축열탱크(110)를 포함한 온수 공급 시스템(100)은 냉수(예: 직수)를 공급하는 냉수 공급관(P1)과, 상기 냉수 공급관(P1)을 통해 공급된 냉수를 가열하는 메인 열교환기(120) 및 상기 메인 열교환기(120)에 열원을 공급하는 버너(130)를 포함한다.

메인 열교환기(120)는 냉수 공급관(P1)을 통해 공급된 냉수와 열교환을 함으로써 냉수를 가열한다. 메인 열교환기(120)는 일 실시예로서 냉수 공급관(P1)에서 공급된 물이 통과하는 열교환관 및 열접촉 면적을 높이도록 열교환관의 표면에 부착된 열교환 핀을 포함하는 구성이 사용될 수 있다.

따라서, 냉수 공급관(P1)에서 공급된 냉수(예: 직수)가 메인 열교환기(120)를 통과하는 동안 버너(130)를 작동시키면, 연료를 연소시켜 화염을 발생시키는 버너(130)에 의해 물이 가열된다. 메인 열교환기(120)에서 가열된 물은 물 공급용 연결관(P2)을 통해 축열탱크(110)에 저장된다.

특히, 본 발명에 있어서 축열탱크(110)는 도시된 바와 같이 메인 열교환기(120)에서 출수된 물을 물 공급용 연결관(P2)을 통해 공급받도록 메인 열교환기(120)의 출수측에 연결 설치됨을 알 수 있다.

만약 종래기술처럼 축열탱크(110)가 메인 열교환기(120)의 입수측에 연결된다면 냉수 공급관(P1)을 통해 공급된 차가운 직수 등이 바로 축열탱크(110)에 공급되어 기 채워진 온수 온도를 급격히 낮추는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 열효율을 높이도록 특별히 메인 축열탱크(110)를 열교환기(120)의 출수측에 연결함으로써 메인 열교환기(120)를 거쳐 온도가 올라간 물이 축열탱크(110)에 저장되게 하는 것이다.

또한, 본 발명은 각종 온도 감지 센서(S1, S2, S3)를 포함하는데, 냉수 공급관(P1)에 설치된 입수 온도 센서(S1)는 냉수 공급관(P1)을 통해 공급중인 직수의 온도를 감지하고, 온수 배출관(P3)에 설치된 출탕 온도 센서(S2)는 배출중인 온수의 온도를 감지한다. 감지된 온도값은 제어기(140)에 전송되어 각종 제어를 수행하게 한다.

특히, 축열탱크(110) 내부에 저장된 온수의 온도를 감지하는 온수 온도 센서(S3)는 감지된 온수 온도값을 제어기(140)로 제공하고, 제어기(140)는 온수 온도가 설정된 값보다 낮은 경우 히터(112)를 작동시키는 것이 바람직하다.

제어기(140)에는 보통 온도 설정 버튼 등이 구비되어 있어서 사용자가 온수 온도를 설정 및 예약하는 등의 일반적인 기능 역시 포함한다.

이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.

따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

110: 냉수 공급관 111: 탱크 몸체
111a: 내벽 111b: 외벽
112: 히터 112a: 발열부
112b: 조립부 112c: 커넥터
120: 메인 열교환기 130: 버너
140: 제어기 P1: 냉수 공급관
P2: 물 공급용 연결관 P3: 온수 배출관
S1, S2, S3: 온도 감지 센서

Claims (6)

1. 냉수를 공급하는 냉수 공급관(P1)과;
   상기 냉수 공급관(P1)을 통해 공급된 냉수를 가열하는 메인 열교환기(120)와;
   상기 메인 열교환기(120)에 열원을 공급하는 버너(130)와;
   상기 메인 열교환기(120)에서 출수된 물을 상기 물 공급용 연결관(P2)을 통해 공급받도록 상기 메인 열교환기(120)의 출수측에 연결 설치된 온수 공급용 축열탱크(110)와;
   상기 축열탱크(110) 내부에 저장된 온수 온도를 감지하는 온수 온도 센서(S3); 및
   상기 온수 온도 센서(S3)에서 감지한 온수 온도값을 제공받는 제어기(140);를 포함하되,
   상기 온수 공급용 축열탱크(110)는 내부에 물을 저장하는 공간을 갖는 탱크 몸체(111)와; 상기 탱크 몸체(111)를 관통하여 상기 탱크 몸체(111)의 내부 하측까지 일정 길이 연장된 물 공급용 연결관(P2)과; 상기 탱크 몸체(111)의 내부에 설치되어 상기 물 공급용 연결관(P2)을 통해 공급된 물을 가열하는 히터(112); 및 상기 탱크 몸체(111)를 관통하여 상기 탱크 몸체(111)의 내부 상측까지 일정 길이 연장되며, 상기 히터(112)에 의해 가열된 온수를 배출하는 온수 배출관(P3);을 포함하고,
   상기 제어기(140)는 상기 온수 온도가 설정된 값보다 낮은 경우 상기 히터(112)를 작동시키고,
   상기 탱크 몸체(111) 내에서의 상기 물 공급용 연결관(P2)의 개방 단부 높이보다 상기 탱크 몸체(111) 내에서의 상기 온수 배출관(P3)의 개방 단부 높이가 상대적으로 더 높으며,
   상기 물 공급용 연결관(P2) 및 온수 배출관(P3) 중 축열탱크(110) 내부에 배치된 부분은 별도의 독립된 관을 사용함으로써, 상기 축열탱크(110) 내부의 독립된 관들을 축열탱크(110) 외부의 물 공급용 연결관(P2) 및 온수 배출관(P3)과 관 연결 방식으로 조립하는 것을 특징으로 하는 온수 공급 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 탱크 몸체(111)는 내벽(111a)과 외벽(111b)을 포함하는 이중벽으로 이루어지고, 상기 내벽(111a)과 외벽(111b) 사이의 빈 공간은 진공 상태인 것을 특징으로 하는 온수 공급 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 히터(112)는 상기 물 공급용 연결관(P2)의 직하부에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 온수 공급 시스템.
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