KR101620814B1 - 감압밸브가 구비된 온수 공급 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 온수 사용 유량이 변경된 경우에도 사용자에게 공급되는 온수의 온도 편차를 최소화할 수 있는 감압밸브가 구비된 온수 공급 장치를 제공하고자 함에 그 목적이 있다. 이를 구현하기 위한 본 발명의 온수 공급 장치는, 직수가 유입되는 직수유입관; 버너의 연소열에 의해 상기 직수유입관을 통해 유입된 직수를 가열하는 열교환기; 상기 열교환기에서 가열된 온수를 출수하기 위한 온수공급관; 상기 직수유입관과 온수공급관 사이를 연결하고, 상기 직수유입관을 통해 유입된 직수의 일부가 상기 온수공급관을 통해 출수되는 온수에 혼합되도록 연결된 바이패스관; 상기 바이패스관 상에 구비되어, 온수 공급시 상기 바이패스관 내부를 통과하는 물을 감압하여 상기 온수공급관으로 공급하는 감압밸브로 이루어진다.

Description

감압밸브가 구비된 온수 공급 장치{HOT WATER SUPPLY APPARATUS}
본 발명은 감압밸브가 구비된 온수 공급 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 온수 사용 중 온수 온도의 편차를 최소화할 수 있는 감압밸브가 구비된 온수 공급 장치에 관한 것이다.
일반적으로 온수 공급 장치는 직수를 단시간 내에 소정의 온도로 가열하여 사용자가 편리하게 온수를 사용할 수 있도록 구성된 장치이다.
도 1은 종래 온수 공급 장치의 구성을 보여주는 개략도이다.
종래 온수 공급 장치의 구성을 살펴보면, 직수유입관(5)을 통해 유입된 직수의 유량을 측정하기 위한 유량센서(1)가 구비되고, 열교환기(8)로 유입된 직수는 송풍기(6)에서 공급된 공기와 가스가 버너(7)에 의해 연소되어 발생되는 연소열과의 열교환에 의해 가열되어 온수공급관(9)을 통해 배출되며, 온수공급관(9) 상에는 온수의 유량을 조절하기 위한 유량조절밸브(4)가 구비된다.
그리고 직수유입관(5)과 온수공급관(9) 사이에는 유입된 직수를 열교환기(8)를 거치지 않고 직접 온수공급관(9)측으로 이송하는 바이패스관(2)이 연결되어 있어 열교환기(8)를 거쳐 가열된 온수와 직수가 혼합됨으로써 온수의 온도를 조절할 수 있도록 구성되어 있다.
그리고 상기 바이패스관(2) 상에는 믹싱밸브(3)가 구비되어 상기 바이패스관(2)을 통해 이송되는 직수의 유량을 조절하게 된다.
이와 같은 구성으로 이루어진 온수 공급 장치(10)를 이용하여 온수를 사용하는 도중에 사용자가 온수 사용 유량을 증가시키면 직수유입관(5)을 통해 유입되는 직수의 유량은 즉각적으로 증가하는데 반해, 열교환기(8)를 거쳐 온수공급관(9)으로 공급되는 온수의 온도 상승은 상대적으로 늦게 이루어져, 사용자가 설정한 온도의 온수를 공급하기까지 시간이 소요되는 문제점이 있다.
이와 반대로 사용자가 온수를 사용하는 도중에 온수 사용 유량을 감소시키면 직수유입관(5)을 통해 유입되는 직수의 유량은 즉각적으로 감소하는데 반해, 열교환기(8)를 거쳐 온수공급관(9)으로 공급되는 온수의 온도 하락은 상대적으로 늦게 이루어져, 사용자가 설정한 온도의 온수를 공급하기까지 시간이 소요되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 바이패스관(2)에 믹싱밸브(3)를 구비하고, 직수유입관(1)을 통해 유입되는 직수의 유량이 변경되었음을 유량센서(1)에서 감지하게 되면, 제어부(미도시)에서 믹싱밸브(3)의 개도를 제어하여 바이패스관(2)을 통해 온수공급관(9)으로 혼합되는 직수의 유량을 조절함으로써 사용자가 설정한 온도의 온수를 공급하게 된다.
그러나 믹싱밸브(3)는 그 개도를 조절하기 위한 구성이 필요하므로 밸브의 구조가 복잡하고 가격이 높은 문제점이 있고, 믹싱밸브(3)를 제어하기 위한 시스템 구성 비용이 증가하는 문제점이 있으며, 유량센서(1)에서 유량을 감지한 후 믹싱밸브(3)의 개도를 조절하기까지 시간이 소요되는 문제점이 있다.
상기와 같은 종래기술의 일례로 대한민국 등록특허 제10-1179812호 "온수기의 배관 연결구조"가 개시되어 있다.
본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 온수 사용 유량이 변경된 경우에도 사용자에게 공급되는 온수의 온도 편차를 최소화할 수 있는 감압밸브가 구비된 온수 공급 장치를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 감압밸브가 구비된 온수 공급 장치는, 직수가 유입되는 직수유입관; 버너의 연소열에 의해 상기 직수유입관을 통해 유입된 직수를 가열하는 열교환기; 상기 열교환기에서 가열된 온수를 출수하기 위한 온수공급관; 상기 직수유입관과 온수공급관 사이를 연결하고, 상기 직수유입관을 통해 유입된 직수의 일부가 상기 온수공급관을 통해 출수되는 온수에 혼합되도록 연결된 바이패스관; 상기 바이패스관 상에 구비되어, 온수 공급시 상기 바이패스관 내부를 통과하는 물을 감압하여 상기 온수공급관으로 공급하는 감압밸브로 이루어진다.
상기 감압밸브는, 상기 직수유입관으로 유입되는 직수의 유량이 증가함에 따라 그 내부를 통과하는 물의 유량이 설정된 유량까지 증가한 후 일정한 유량으로 흐르도록 이루어진 것일 수 있다.
상기 감압밸브는, 그 내부에 상기 물이 통과하는 직수유로가 형성되어 있고, 상기 직수유로에 공급되는 직수의 공급압에 의해 일정한 형상으로 변형됨으로써 상기 직수유로를 통과하는 유량을 제한함과 동시에 일정한 유량으로 유지시키는 탄성부재가 구비된 것일 수 있다.
본 발명의 감압밸브가 구비된 온수 공급 장치에 의하면, 바이패스관에 감압밸브를 구비함으로써 별도의 제어장치를 구비하지 않더라도 간단한 구성으로 사용자의 온수 사용 유량 변경에 대응할 수 있고, 믹싱율의 변화가 신속하게 이루어져 온수 사용 유량의 변화에 대응한 응답성이 빨라지므로 온수 온도의 편차를 최소화할 수 있다.
도 1은 종래 온수 공급 장치의 구성을 보여주는 개략도
도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 온수 공급 장치의 구성을 보여주는 개략도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 감압밸브의 내부 구조를 보여주는 단면도
도 4는 도 3의 감압밸브에서 직수의 공급압의 변화에 따라 탄성부재가 변형된 상태를 보여주는 단면도
도 5는 본 발명의 온수 공급 장치에서 직수의 공급압에 따른 유량 변화를 보여주는 그래프
도 6은 본 발명의 온수 공급 장치에서 유량 변화에 따른 온수 온도 변화를 보여주는 그래프
도 7은 본 발명의 제2실시예에 의한 온수 공급 장치의 구성을 보여주는 개략도
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
<제1실시예>
도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 온수 공급 장치의 구성을 보여주는 개략도이다.
본 발명의 제1실시예에 의한 온수 공급 장치(100)는 온수기에 감압밸브(130)가 구비된 것으로서, 직수가 유입되는 직수유입관(111a,111b), 버너(150)의 연소열에 의해 상기 직수유입관(111a,111b)을 통해 유입된 직수를 가열하는 열교환기(140), 상기 열교환기(140)에서 가열된 온수를 출수하기 위한 온수공급관(112a,112b), 상기 직수유입관(111a,111b)과 온수공급관(112a,112b) 사이를 연결하여 상기 직수유입관(111a)을 통해 유입된 직수의 일부가 상기 온수공급관(112b)을 통해 출수되는 온수에 혼합되도록 연결된 바이패스관(113), 상기 바이패스관(113) 상에 구비되어 온수 공급시 상기 바이패스관(113) 내부를 통과하는 물을 감압하여 상기 온수공급관(112b)으로 공급하는 감압밸브(130)를 포함하여 이루어진다.
상기 직수유입관(111a) 상에는 직수의 온도를 측정하기 위한 직수온도센서(121)와, 직수의 유량을 측정하기 위한 유량센서(122)가 구비된다.
상기 온수공급관(112a,112b) 상에는, 열교환기(140)에서 열교환이 이루어져 가열된 온수의 온도를 측정하기 위한 열교환기온도센서(123)와, 바이패스관(113)을 통해 공급된 직수와 온수가 혼합되어 사용자에게 공급되는 온수의 온도를 측정하기 위한 온수온도센서(124)가 구비된다.
상기 바이패스관(113)은 온수공급관(112b)을 통해 공급되는 온수의 온도를 조절하기 위해 직수유입관(111a)을 통해 유입된 직수의 일부가 온수공급관(112b)으로 공급되도록 연결된다.
상기 감압밸브(130)는 상기 바이패스관(113)을 통해 공급되는 직수의 유량을 조절하기 위한 것으로, 상기 직수유입관(111a)으로부터 공급된 직수를 감압시켜 일정한 유량의 직수가 온수공급관(112b)으로 공급되도록 한 것이다.
사용자의 온수 사용 유량이 변경된 경우, 일정 범위까지는 온수 사용 유량이 증가함에 따라 감압밸브(130)의 내부를 통과하는 직수의 유량이 증가하도록 되어 있지만, 온수 사용 유량이 일정 범위를 초과하는 경우에는 온수 사용 유량이 증가하더라도 감압밸브(130)의 내부를 통과하는 직수의 유량이 일정하게 유지된다.
이와 같이 감압밸브(130)를 통과하는 직수의 유량은 소정의 유량만큼 증가 후 일정한 유량을 유지하게 되는데 반해, 상기 감압밸브(130)를 통과하는 유량을 제외한 나머지 유량은 열교환기(140)로 공급되므로, 온수 사용 유량이 변경되면 그에 따라 상기 열교환기(140)로 공급되는 유량은 온수 사용 유량의 변경과 함께 변경되어, 상기 열교환기(140)에서 가열되어 온수공급관(112a)으로 공급되는 온수와 상기 감압밸브(130)를 통과하는 직수의 유량의 비율인 믹싱율은 온수 사용 유량이 변경됨에 따라 함께 변경됨으로써 온수 온도 편차가 최소화된다.
이와 같은 감압밸브(130)는 그 구조가 매우 간단하면서도 직수의 공급압에 따라 자동으로 믹싱율을 변화시키기 때문에 전체 시스템 구성을 매우 간단하게 구현할 수 있다.
미설명부호 150, 160은 버너와 송풍기를 각각 의미한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 감압밸브의 내부 구조를 보여주는 단면도, 도 4는 도 3의 감압밸브에서 직수의 공급압의 변화에 따라 탄성부재가 변형된 상태를 보여주는 단면도로서, 이하 도 3 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 감압밸브의 구성 및 작용에 대해 설명한다.
감압밸브(130)는, 사출 성형에 의해 일체의 결합으로 형성된 밸브몸체(131)와, 상기 밸브몸체(131)의 내측에 끼워져 직수의 공급압에 의하여 변형됨으로써 직수의 유로를 제한하는 탄성부재(134)로 구성된다.
상기 밸브몸체(131)는, 직수의 유로가 내부에 형성된 원통부재(132)와, 상기 원통부재(132)의 내측 중앙부에 구비되는 중앙기둥부재(133)로 이루어진다.
상기 탄성부재(134)는 원통부재(132)의 내측면과 중앙기둥부재(133)의 외측면 사이에 삽입되며, 직수의 유입시 상기 탄성부재(134)는 압축되어 도 4와 같이 좌우 방향으로 팽창됨으로써 직수가 통과하는 유로의 단면적을 변화시킨다.
직수의 흐름을 유도하기 위한 구성으로, 상기 원통부재(132)의 내측면에는 원주방향을 따라 일정 간격으로 돌출된 가이드리브(132a)가 형성되고, 이웃한 가이드리브(132a) 사이사이에는 가이드홈(132b)이 형성된다.
상기 가이드리브(132a)의 상단부에는 상기 중앙기둥부재(133)의 중심축을 향해 일정 길이로 돌출된 돌출편(132c)이 형성되고, 상기 가이드홈(132b)의 상단부에도 상기 중앙기둥부재(133)를 향해 일정 길이로 돌출된 돌출편(132d)이 형성된다. 상기 가이드리브(132a)에서 연장된 돌출편(132c)과 이웃하는 상기 가이드홈(132b)에서 연장된 돌출편(132d) 간에는 상하 방향으로 단차가 교차하도록 형성되어 직수가 통과하는 유로인 직수통과홀(135)을 형성하게 된다.
직수의 공급압이 일정압력 이하인 저압 상태에서는, 도 3에 도시된 바와 같이 탄성부재(134)는 그 단면이 원형에 가까운 형상을 유지하게 되므로 직수가 흐르는 유로는 탄성부재(134)와 중앙기둥부재(133)의 외측면 사이 공간 및 탄성부재(134)와 원통부재(132)의 내측면 사이 공간에 넓게 형성되어 유입되는 직수는 그대로 통과하게 된다.
이에 반해, 직수의 압력이 높아지게 되면, 도 4에 도시된 바와 같이 직수의 공급압에 의해 탄성부재(134)는 그 형상이 납작한 타원형상으로 변형되어, 직수가 흐르는 유로는 탄성부재(134)와 중앙기둥부재(133)의 외측면 사이 공간으로 제한되어 유로가 좁게 형성되므로 유입되는 직수의 통과 유량이 일정량 이하로 제한된다.
이 경우 탄성부재(134)는 일정 범위까지만 변형이 되고 직수의 공급압력이 더 이상 높아지더라도 단면 형상의 변화는 일어나지 않게 되어, 직수의 통과 유량이 일정하게 유지된다.
도 5는 본 발명의 온수 공급 장치에서 직수의 공급압에 따른 유량 변화를 보여주는 그래프, 도 6은 본 발명의 온수 공급 장치에서 유량 변화에 따른 온수 온도 변화를 보여주는 그래프, 아래 표 1은 각 배관을 통과하는 유량과 믹싱율을 보여주는 표, 아래 표 2는 유량과 온도 및 믹싱율의 관계를 보여주는 표이다.
전체유량 믹싱유량 열교환기유량 믹싱율
3 1.2 1.8 0.40
4 1.5 2.5 0.38
6 1.5 4.5 0.25
8 1.5 6.5 0.19
10 1.5 8.5 0.15
12 1.5 10.5 0.13
14 1.5 12.5 0.11
전체유량 열교환기온도 온수온도 직수온도 믹싱율
3 61.5 45 20 0.40
4 60 45 20 0.38
6 53.5 45 20 0.25
8 51 45 20 0.19
10 49.5 45 20 0.15
12 48.6 45 20 0.13
14 48 45 20 0.11
도 5와 표 1에서 믹싱 유량이란 직수유입관(111a)을 통해 유입된 직수 중 바이패스관(113)을 거쳐 온수공급관(112a,112b)으로 공급되어 온수공급관(112a)을 유동하는 온수와 혼합되는 직수의 유량을 의미하고, 열교환기유량이란 열교환기(140)에서 가열된 후 온수공급관(112a)으로 공급되는 온수의 유량을 의미하고, 전체유량이란 믹싱유량과 열교환기유량을 더한 유량으로서 직수유입관(111a)을 통해 유입되는 직수의 유량과 동일하며, 믹싱율이란 전체유량 중에 믹싱유량이 차지하는 비율을 의미한다.
도 6과 표 2에서 열교환기온도는 열교환기온도센서(123)에서 측정된 온수의 온도를 의미하고, 온수온도는 온수온도센서(124)에서 측정된 온수의 온도를 의미하고, 직수온도는 직수온도센서(121)에서 측정된 직수의 온도를 의미한다.
전체유량이 3에서 14까지 변화되는 경우 3에서 4로 변하는 구간에서는 믹싱유량이 전체유량의 증가와 함께 증가하지만, 4에서 14까지 변하는 구간에서는 감압밸브(130)의 탄성부재(134)가 도 4와 같이 압축된 후 더 이상 변하지 않기 때문에 전체유량이 증가하더라도 믹싱유량은 일정하게 유지된다.
이에 반해 열교환기유량은 전체유량이 증가함에 따라 함께 증가하게 되므로, 믹싱율은 전체유량이 증가함에 따라 감소하게 된다.
이 경우 직수온도는 20도로 일정한 반면, 열교환기온도는 열교환기(140)로 공급되는 직수의 유량이 증가함에 따라 61.5도에서 48도로 하락하게 된다.
따라서 사용자가 온수 사용 유량을 증가시켜 전체유량이 3에서 14로 증가하더라도 믹싱율이 0.4에서 0.11로 감소하기 때문에 온수공급관(112b)을 통해 사용자에게 공급되는 온수온도는 45도로 일정하게 유지할 수 있다.
이와 반대로 사용자가 온수 사용 유량을 감소시켜 전체유량이 14에서 3으로 감소하더라도 믹싱율이 0.11에서 0.4로 증가하기 때문에 온수온도는 45도로 일정하게 유지할 수 있다.
이와 같이 바이패스관(113)에 감압밸브(130)를 설치하게 되면, 사용자의 온수 사용 유량이 변경되더라도 감압밸브(130)의 유량이 저절로 일정하게 제한됨으로써 믹싱율이 변화하게 되므로 사용자에게 공급되는 온수의 온도는 균일하게 유지할 수 있다. 따라서 종래와 같이 믹싱밸브의 개도를 조절하는 것과 같은 제어가 필요하지 않으므로 장치의 구성이 간단해지고, 사용자의 온수 사용 유량 변화와 동시에 감압밸브(130)의 유량이 제한되므로 신속한 응답성으로 인해 온수 온도의 편차를 최소화할 수 있다.
<제2실시예>
도 7은 본 발명의 제2실시예에 의한 온수 공급 장치의 구성을 보여주는 개략도이다.
제1실시예는 감압밸브(130)가 온수기에 적용된 경우를 나타내고 있는 반면, 제2실시예에 의한 온수 공급 장치(200)는 보일러에 감압밸브(230)가 적용된 경우를 나타내고 있다.
온수 공급 장치(200)는, 주열교환기(241), 난방수를 공급하는 난방공급관(214), 난방공급관(214) 상에 구비된 난방수공급온도센서(271)와 삼방밸브(272), 난방환수가 유동하는 난방환수관(215), 난방환수관(215) 상에 구비된 순환펌프(270), 난방공급관(214)과 난방환수관(215) 사이를 연결하여 난방수를 급탕열교환기(240)로 공급하기 위해 삼방밸브(272)에 연결된 급탕용난방수공급관(216)을 포함하여, 난방과 온수 공급이 가능한 보일러의 구성과 동일하다.
온수를 공급하기 위한 구성으로서, 직수유입관(211), 직수온도센서(221), 유량센서(222), 열교환기온도센서(223), 온수공급관(212), 온수온도센서(224), 바이패스관(213), 감압밸브(230)은 제1실시예와 동일한 구성으로 이루어진다.
<변형 실시예>
상기한 실시예에서는 감압밸브(130,230)의 내부에 탄성부재가 구비되어 직수의 공급압에 의해 단면 형상이 변형됨으로써 감압시키는 구조에 대해 예시하였으나, 이에 한정되지 않고 다양한 구조로 변형실시 가능하다.
예를 들면, 직수가 통과하는 유로를 차단하는 밸브부가 스프링에 의해 탄성지지되어 있고, 직수의 압력에 따라 스프링의 탄성력을 극복하고 밸브부의 개방되는 정도가 달라지는 것으로 함으로써 감압밸브의 기능을 구현할 수 있다.
이 경우 직수의 공급압을 고려하여 스프링이 압축되는 압축량이 일정량으로 제한되도록 탄성계수를 조절하거나 밸브부의 이동거리를 제한하는 스토퍼를 구비하는 것으로 구성할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구되는 본 발명의 기술적 사상에 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 자명한 변형실시가 가능하며, 이러한 변형실시는 본 발명의 범위에 속한다.
100,200 : 온수공급장치 111,211 : 직수유입관
112,212 : 온수공급관 113,213 : 바이패스관
121,221 : 직수온도센서 122,222 : 유량센서
123,223 : 열교환기온도센서 124,224 : 온수온도센서
130,230 : 감압밸브 131 : 밸브몸체
132 : 원통부재 132a : 가이드리브
132b : 가이드홈 132c,132d : 돌출편
133 : 중앙기둥부재 134 : 탄성부재
135 : 직수통과홀 140,240,241 : 열교환기
150,250 : 버너 160,260 : 송풍기
214 : 난방공급관 215 : 난방환수관
216 : 급탕용난방수공급관 270 : 순환펌프
271 : 난방수공급온도센서 272 : 삼방밸브

Claims (3)

  1. 직수가 유입되는 직수유입관;
    버너의 연소열에 의해 상기 직수유입관을 통해 유입된 직수를 가열하는 열교환기;
    상기 열교환기에서 가열된 온수를 출수하기 위한 온수공급관;
    상기 직수유입관과 온수공급관 사이를 연결하고, 상기 직수유입관을 통해 유입된 직수의 일부가 상기 온수공급관을 통해 출수되는 온수에 혼합되도록 연결된 바이패스관;
    상기 바이패스관 상에 구비되어, 온수 공급시 상기 바이패스관 내부를 통과하는 물을 감압하여 상기 온수공급관으로 공급하는 감압밸브;를 포함하되,
    상기 감압밸브는, 직수유로가 내부에 형성된 원통부재와, 상기 원통부재의 내측 중앙부에 구비되는 중앙기둥부재, 및 상기 원통부재의 내측면과 상기 중앙기둥부재의 외측면 사이에 삽입되는 링 형상의 탄성부재로 이루어져,
    상기 직수유입관으로 유입되는 직수의 유량이 증가함에 따라, 상기 탄성부재는 상기 직수의 공급압에 의해 납작한 형상으로 압축 변형되어, 상기 직수유로를 통과하는 직수의 유량이 설정된 유량까지 증가한 후 일정한 유량으로 유지되는 것을 특징으로 하는 감압밸브가 구비된 온수 공급 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
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