KR101749125B1 - 순간 온수 공급시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 두 개의 전자식 밸브(스팀 조절밸브 및 수위 조절밸브)를 이용하여 공급수 관로를 따라 배출되는 온수의 온도가 항상 일정하게 유지되도록 조절함으로써 공급수의 사용 부하에 상관없이 안정적인 온수 및 급탕 제공이 가능하도록 한 순간 온수 공급시스템을 제공하며, 이를 통해 공급수의 사용 부하에 따른 급격한 유량 변동에도 온도 편차를 줄이도록 함과 더불어 긴급차단밸브와 스팀 및 펌핑 트랩세트를 생략할 수 있고 또한, 초기 구동시 스팀 유량 제어 방식에 비해 빠르고 안정적으로 설정온도에 도달할 수 있도록 한 것이다.

Description

순간 온수 공급시스템 및 그 제어방법{heating water suppling system and controlling method thereof}

본 발명은 순간 온수 공급시스템에 관련된 것으로서, 더욱 상세하게는 열교환기를 통과하면서 미처 응축되지 못한 스팀의 배출을 방지하여 에너지 손실을 최소화하고, 스팀 및 펌핑 트랩세트의 생략을 통한 제조 단가의 절감을 이룰 수 있도록 하며, 공급수 관로의 급격한 유량 변동에 따른 온도 편차를 최소화하면서도 초기 구동시 빠르고 안정적으로 설정 온도에 도달할 수 있도록 한 새로운 형태에 따른 순간 온수 공급시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 난방 및/또는 급탕을 위한 순간 온수 공급시스템은, 석유나 가스 등을 태워 발생하는 열로 물을 데워 증기를 발생시키고, 이러한 증기를 열교환기로 공급하여 상기 열교환기를 통과하는 공급수를 가열함으로써 온수(급탕수)가 제공될 수 있도록 구축된 시스템으로써 주택이나 빌딩 혹은, 선박 등에 주로 사용되고 있다.

이와 같은 순간 온수 공급시스템은 공급수의 온도를 제어하기 위한 방법으로써 열교환기로 공급되는 스팀의 유량을 제어하는 방식이 주로 사용되고 있으며, 이에 관련하여는 등록특허 제10-1476557호, 등록특허 제10-1141438호, 등록특허 제10-0627790호, 등록특허 제10-0603962호 등에 개시된 바와 같다.

그러나, 전술된 종래 스팀 유량 제어 방식의 경우 스팀이 열교환기를 통과한 후 잔여하고 있는 미응축 스팀의 배출에 의해 열손실이 발생하는 단점이 있고, 또한 캐비테이션(cavitation)에 의해 배관이나 부품의 물리적 손상이 발생되었던 문제점이 있다.

특히, 스팀 관로를 따라 유동되는 스팀 중 열교환기를 통과하면서 응축되지 못한 스팀이 상기 열교환기를 통과하여 응축수와 함께 배출됨에 따른 압력손실이 발생됨에 따라 상기 응축수가 배출되도록 하는 압력이 부족하였으며, 이로써 상기 스팀 관로 중 응축수가 배출되는 배출측의 유로상에는 별도의 스팀 및 펌핑 트랩세트가 추가로 제공되어야만 함에 따른 제품 단가의 상승이 야기되었다. 즉, 상기 스팀 및 펌핑 트랩세트의 경우 그의 구축 비용이 순간 온수 공급시스템이 이루는 전체 구축비용의 대략 30% 이상의 비용을 차지함을 고려할 때 상기한 스팀 및 펌핑 트랩세트의 추가로 인한 전체 구축비용의 큰 증가가 야기될 수밖에 없었던 것이다.

더욱이, 상기 스팀 트랩의 경우 에너지손실을 막는 중요한 역할도 하지만, 공기의 침입이 발생하는 경우가 많아 초기 구동시 공급수 온도 요동이 크게 발생하여 설정온도에 도달하기까지의 시간이 더욱 오래 소요될 수밖에 없고, 또한 응축수가 스팀 트랩으로 유입되는 과정에서 자체의 압력손실이 발생함과 더불어 순간적인 유동공간의 확대로 인한 재증발 현상에 의해 압력손실이 발생됨에 따라 압력 에너지의 추가 제공을 위한 펌핑트랩이 추가로 제공되어야만 한다는 문제점이 있다.

따라서, 최근에는 스팀 관로 중 스팀이 열교환기를 통과하고 응축수 배출측 유로상에 응축수 제어밸브를 구비하여 상기 응축수의 배출량을 조절함으로써 공급수 관로의 온도를 제어하는 방식이 제시되고 있다.

하지만, 이러한 응축수 배출량 조절식 제어방식은 비록 스팀 및 펌핑 트랩세트를 생략함으로써 전체적인 구축 비용의 저감을 이룰 수 있게 되었다는 장점은 있으나, 사용자의 안전을 위한 상기 스팀 관로에 별도의 긴급차단밸브를 추가로 설치하여야 함에 따른 구축 비용의 증가가 야기되었던 문제점이 있다.

또한, 상기 응축수 배출량 조절식 제어방식의 경우 공급수 온도의 변동 및 편차가 크고, 특히 관로를 유동하는 공급수의 유량이 변동될 경우에는 더욱 온도 변동 및 편차가 증가하는 문제점이 있다. 즉, 공급수의 급격한 유량 증가 또는, 감소가 발생될 경우 스팀의 공급에 대한 대응이 느리고 온도 편차가 커서 공급수 유량이 수시로 변화하는 사용처에서는 적용하는데 한계가 있다.

또한, 전술된 응축수 배출량 조절식 제어방식 역시 잠열과 현열을 모두 사용할 수 있도록 열교환기의 전열 면적을 넓혀서 여유를 두고 설계하여 적용했다고 하더라도 공급수 유량의 급격한 변동 발생시에는 미처 응축되지 못한 스팀의 일부가 스팀관로의 배출측유로를 따라 배출되는 현상이 발생됨으로써 열손실을 방지하는데 한계가 있다.

등록특허 제10-1476557호 등록특허 제10-1141438호 등록특허 제10-0627790호 등록특허 제10-0603962호

본 발명은 전술된 종래 기술에 따른 각종 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 열교환기를 통과하면서 미처 응축되지 못한 스팀의 배출을 방지하여 에너지 손실을 최소화시키고, 스팀 및 펌핑 트랩세트의 생략을 통한 제조 단가의 절감을 이룰 수 있도록 하며, 공급수 관로의 급격한 유량 변동에 따른 온도 편차를 최소화하면서도 초기 구동시 빠르고 안정적으로 설정 온도에 도달할 수 있도록 한 새로운 형태에 따른 순간 온수 공급시스템 및 그 제어방법을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 순간 온수 공급시스템에 따르면 열교환기로 스팀의 공급 유동을 안내하는 스팀유로 및 열교환기를 통과하면서 생성된 응축수의 유동을 안내하는 응축수유로를 포함하여 이루어진 스팀 관로; 열교환기로 공급수의 공급 유동을 안내하는 급수유로 및 열교환기를 통과하여 열교환된 온수의 유동을 안내하는 온수유로를 포함하여 이루어진 공급수 관로; 상기 온수유로를 따라 유동되는 온수의 온도를 센싱하는 온도센서; 상기 온도센서로부터 센싱된 온도를 토대로 컨트롤러의 제어에 의해 동작되면서 상기 스팀유로의 개도량을 조절하는 스팀 조절밸브; 상기 응축수유로를 통과하는 응축수로부터 스팀을 분리하며, 내부에 저장되는 응축수의 수위를 센싱하기 위한 수위 센서를 갖는 레벨 탱크; 상기 응축수유로 중 레벨 탱크로부터 응축수가 배출되는 부위에 설치되면서 상기 수위 센서에 의해 센싱된 레벨 탱크 내의 응축수 수위를 토대로 컨트롤러의 제어에 의해 동작되면서 해당 응축수유로의 개도량을 조절하는 수위 조절밸브;를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

여기서, 상기 공급수 관로에는 상기 온도센서에 의해 센싱된 온도가 미리 설정된 온도에 도달하기 전까지 공급수 관로 내의 공급수가 반복적으로 열교환되도록 안내하는 순환유로 및 이 순환유로로의 강제 유동을 위한 순환펌프가 더 구비되어 이루어짐을 특징으로 한다.

또한, 상기 공급수 관로에는 상기 온도 조절밸브 및 수위 조절밸브가 고장이나 오작동으로 인해 공급수의 온도가 급격히 상승될 때 상기 열교환기를 거치지 않고 급수유로의 공급수 입구측으로부터 온수유로의 온수 토출측으로 직접 배출되도록 안내하기 위한 바이패스밸브를 갖는 바이패스유로가 더 구비됨을 특징으로 한다.

그리고, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 순간 온수 공급시스템의 제어방법에 따르면 스팀 관로의 응축수유로에 설치된 수위 조절밸브를 제어하여 상기 응축수유로를 폐쇄시킨 상태로 스팀유로 내로 스팀을 공급함과 더불어 공급수 관로의 공급수 유입측인 급수유로 내로 공급수를 공급하는 제1단계; 온도센서로부터 센싱된 신호를 토대로 한 스팀 조절밸브의 동작 제어를 통해 상기 스팀유로의 개도량을 조절하면서 공급수 관로의 온수유로를 따라 유동되는 온수의 온도가 설정온도에까지 이르도록 하는 제2단계; 상기 온수의 온도가 설정온도에 도달될 경우 수위 센서로부터 센싱된 신호를 토대로 한 수위 조절밸브의 동작 제어를 통해 응축수유로의 개도량을 조절하면서 레벨 탱크 내의 응축수 수위를 조절하는 제3단계;를 포함하여 진행됨을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제3단계는 상기 제2단계의 설정온도 유지 시간이 설정 시간을 경과할 경우 수행되도록 함을 특징으로 한다.

또한, 상기 수위 조절밸브는 긴급시 긴급차단밸브로 사용될 수 있도록 이루어짐을 특징으로 한다.

또한, 상기 제3단계의 수행 도중 스팀 조절밸브가 설정된 시간을 초과하도록 계속하여 스팀유로를 완전히 개방한 상태로 유지될 경우 수위 조절밸브의 동작을 제어하여 응축수유로가 완전히 개방될 수 있도록 함을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2단계의 스팀 조절밸브의 동작 제어를 위해 운전모드, 설정온도, 비례이득, 적분이득을 설정할 수 있도록 함을 특징으로 한다.

또한, 상기 제3단계의 수위 조절밸브의 동작 제어를 위해 운전모드, 선형제어구간, 온도편차, 운전대기시간, 재운전대기시간을 설정할 수 있도록 함을 특징으로 한다.

이상에서와 같은 본 발명에 따른 순간 온수 공급시스템은 두 개의 전자식 밸브(스팀 조절밸브 및 수위 조절밸브)를 이용하여 공급수 관로를 따라 배출되는 온수의 온도가 항상 일정하게 유지되도록 조절함으로써 공급수의 사용 부하에 상관없이 안정적인 온수 및 급탕 제공이 가능하며, 특히 상기 공급수의 사용 부하에 따른 급격한 유량 변동에도 온도 편차가 적다는 효과를 가진다.

또한, 본 발명에 따른 순간 온수 공급시스템은 상대적으로 on/off 동작 속도가 빠른 전자식의 수위 제어밸브를 응축수의 수위와 긴급시 차단밸브로 사용될 수 있도록 구성됨에 따라 스팀유로의 전단측에 별도의 긴급 차단밸브를 구비할 필요가 없어서 가격 경쟁력이 더욱 우수하다는 효과를 가진다.

또한, 본 발명에 따른 순간 온수 공급시스템은 초기 구동시 스팀 유량 제어 방식에 비해 빠르게 설정온도에 도달할 수 있게 된 효과를 가진다.

또한, 본 발명에 따른 순간 온수 공급시스템은 항상 일정량 이상의 응축수 수위를 유지하도록 레벨 탱크가 운용됨에 따라 증기배출에 의한 열손실이 없고, 또한 스팀 배출을 막기 위한 별도의 스팀트랩과 펌핑트랩을 구비할 필요가 없다는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 순간 온수 공급시스템을 설명하기 위해 나타낸 블럭도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 순간 온수 공급시스템의 제어방법을 설명하기 위해 나타낸 순서도

이하, 본 발명의 순간 온수 공급시스템 및 제어방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하도록 한다.

첨부된 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 순간 온수 공급시스템을 설명하기 위해 나타낸 블럭도이다.

이에 따르면 본 발명의 실시예에 따른 순간 온수 공급시스템은 열교환기(100)와, 스팀 관로(200)와, 공급수 관로(300)와, 온도센서(400)와, 스팀 조절밸브(500)와, 레벨 탱크(600)와, 수위 조절밸브(700)를 포함하여 구성되며, 특히 상기 스팀 조절밸브(500)는 상기 온도센서(400)에 의해 센싱된 온도값을 토대로 그 동작이 제어됨과 더불어 상기 수위 조절밸브(700)는 상기 레벨 탱크(600)의 수위를 토대로 그 동작이 제어되도록 이루어지면서 온수의 온도를 조절할 수 있도록 구성됨을 특징으로 한다.

이를 각 구성별로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 스팀 관로(200)는 고온의 스팀이 열교환기(100)를 경유하도록 안내하는 관로이다.

이와 같은 스팀 관로(200)는 열교환기(100)로 스팀의 공급 유동을 안내하는 스팀유로(210) 및 열교환기(100)를 통과하면서 생성된 응축수의 유동을 안내하는 응축수유로(220)를 포함하여 이루어진다. 즉, 상기 스팀유로(210)를 통해 유입된 스팀은 상기 열교환기(100)를 경유하는 과정에서 열교환되어 응축수로 응축되고, 계속해서 상기 응축수유로(220)를 통해 외부로 배출되도록 이루어진다.

이때, 상기 스팀유로(210)의 스팀 유입측 및 응축수유로(220)의 응축수 유출측에는 제1유로개폐밸브(810) 및 제2유로개폐밸브(820)가 각각 구비되어 스팀유로(210) 내로의 스팀 공급 및 응축수유로(220) 내의 응축수 배출이 선택적으로 이루어질 수 있도록 구성되며, 이러한 각각의 유로개폐밸브(810,820)는 수동 조작에 따라 해당유로를 개폐하는 수동 밸브로 이루어짐을 그 예로 한다.

특히, 상기 스팀유로(210)의 스팀 유입측에는 스트레이너(strainer)(211)가 더 구비되면서 이물질의 유입이 방지되도록 구성된다.

다음으로, 상기 공급수 관로(300)는 공급수가 열교환기(100)를 경유하도록 안내하는 관로이다.

이와 같은 공급수 관로(300)는 열교환기(100)로 공급수의 공급 유동을 안내하는 급수유로(310) 및 열교환기(100)를 통과하여 열교환된 온수의 유동을 안내하는 온수유로(320)를 포함하여 이루어진다. 즉, 상기 급수유로(310)를 통해 유입된 공급수는 열교환기(100)를 경유하는 과정에서 열교환되어 온수로 가열되고, 계속해서 상기 온수유로(320)를 통해 배출되도록 이루어진다.

이때, 상기 급수유로(310)의 공급수 유입측 및 온수유로(320)의 온수 유출측에는 제3유로개폐밸브(830) 및 제4유로개폐밸브(840)가 각각 구비되어 급수유로(310) 내로의 공급수 공급 및 온수유로(320) 내의 온수 배출이 선택적으로 이루어질 수 있도록 구성되며, 이러한 각각의유로개폐밸브(830,840)는 수동 조작에 따라 해당유로를 개폐하는 수동 밸브로 이루어짐을 그 예로 한다.

다음으로, 상기 온도센서(400)는 상기 공급수 관로(300)를 따라 유동되는 공급수의 온도를 센싱하는 센서이다.

이와 같은 온도센서(400)는 온수유로(320) 상에 설치되면서 상기 온수유로(320)를 통과하여 배출되는 온수의 온도를 센싱하도록 이루어지며, 이렇게 센싱된 온도 정보는 컨트롤러(900)로 전송되도록 이루어진다.

다음으로, 상기 스팀 조절밸브(TCV:Temperature Control Valve)(500)는 상기 스팀 관로(200) 중 스팀유로(210)의 개도량을 조절하는 밸브이다.

이와 같은 스팀 조절밸브(500)는 상기 온도센서(400)로부터 센싱된 온도를 토대로 컨트롤러(900)의 제어에 의해 동작되면서 상기 스팀유로(210)의 개도량을 조절하는 전자식의 조절밸브로 구성된다.

이때, 상기 스팀유로(210) 중 상기 스팀 조절밸브(500)가 설치된 부위의 스팀 유입측에는 압력 게이지(212)가 추가로 구비되면서 해당 부위에까지 스팀이 공급되었는지의 여부를 정확히 알 수 있도록 구성된다.

다음으로, 상기 레벨 탱크(600)는 응축수유로(220)를 통과하는 응축수로부터 스팀이 수위 조절밸브(700)로 가지 못하도록 차단하는 탱크로써, 스팀이 응축수유로(220)를 따라 배출됨으로 인해 야기되는 열손실을 최소화하기 위한 구성이다.

이와 같은 레벨 탱크(600)는 그 상측 둘레면(혹은, 상면)을 통해 응축수를 유입받은 후 그 하측 둘레면(혹은, 저면)을 통해 응축수가 유출되도록 이루어진다.

이와 함께, 상기 레벨 탱크(600)에는 그 내부에 저장되는 응축수의 수위를 센싱하기 위한 수위 센서(610)가 구비된다. 이때, 상기 수위 센서(610)에서 센싱된 응축수의 수위 정보는 컨트롤러(900)로 제공되도록 이루어진다.

다음으로, 상기 수위 조절밸브(LCV:Level Control Valve)(700)는 상기 레벨 탱크(600) 내에 저장된 응축수의 수위를 조절하기 위한 밸브이다.

이와 같은 수위 조절밸브(700)는 상기 응축수유로(220) 중 레벨 탱크(600)로부터 응축수가 배출되는 부위에 설치되며, 상기 수위 센서(610)에 의해 센싱된 레벨 탱크(600) 내의 응축수 수위를 토대로 컨트롤러(900)의 수위에 따른 선형 제어에 의해 동작되면서 해당 응축수유로의 개도량을 조절하는 전자식의 조절밸브로 구성된다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 순간 온수 공급시스템은 각 센서(400,610)로부터 센싱값을 제공받고, 이렇게 제공받은 센싱값을 토대로 각 밸브(500,700)의 동작을 제어하도록 프로그래밍된 컨트롤러(900)가 포함되어 이루어진다.

즉, 상기 컨트롤러(900)에 의해 온도센서(400)로부터 센싱된 온도를 토대로 스팀 조절밸브(500)의 동작이 제어되고, 수위 센서(610)에 의해 센싱된 레벨 탱크(600) 내의 응축수 수위를 토대로 수위 조절밸브(700)의 동작이 제어되는 것이다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 순간 온수 공급시스템은 상기 공급수 관로(300)에는 순환펌프(331)를 갖는 순환유로(330)가 더 구비되어 이루어짐을 추가로 제시한다.

이러한 순환유로(331)는 온도센서(400)에 의해 센싱된 온도가 미리 설정된 온도에 도달하기 전까지 공급수 관로(300) 내의 공급수가 반복적으로 열교환되도록 안내하는유로이며, 이러한 순환유로(331)의 추가 제공에 의해 사용자로부터 순간 온수 공급이 요청된 후 최단 시간 내에 온수가 공급될 수 있도록 하게 된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 순간 온수 공급시스템은 상기 공급수 관로(300)에는 바이패스밸브(341)를 갖는 바이패스유로(340)가 더 구비되어 이루어짐을 추가로 제시하며, 이러한 바이패스유로(340)는 상기 온도센서(400)에 의해 센싱된 온도가 미리 설정된 온도를 초과할 경우 급수유로(310)를 따라 유동되는 공급수가 열교환기(100)를 통과하지 않고 온수유로(320)로 곧장 유동되도록 안내하는 역할을 한다.

즉, 수위 조절밸브(700)의 경우 비록 전자적인 조절밸브라 하더라도 비교적 온도가 낮은 응축수가 유동되는 응축수유로를 개폐하는 밸브이기 때문에 그 손상이 발생될 우려가 낮지만, 스팀 조절밸브(500)의 경우는 온도가 극히 높은 스팀이 유동되는 스팀유로를 개폐하는 밸브이기 때문에 그 손상이 발생될 우려가 높다. 이로써 상기 스팀 조절밸브(500)의 손상으로 인한 고장 발생시 야기될 수 있는 온수의 급격한 온도 상승에 대한 우려는 전술된 바이패스유로(340)를 통해 1차적으로 방지될 수 있도록 한 것이다.

특히, 상기한 바이패스유로(340)의 제공에도 불구하고 야기될 수 있는 온수의 급격한 온도 상승은 컨트롤러(900)에 의한 수위 조절밸브(700)의 동작 제어를 통해 방지될 수 있도록 한다.

하기에서는, 전술된 본 발명의 실시예에 따른 순간 온수 공급시스템의 제어방법을 각 과정별로 더욱 상세히 설명하도록 한다.

우선, 최초의 비사용 상태에서는 모든유로개폐밸브(810,820,830,840)가 스팀 관로(200) 및 공급수 관로(300)를 폐쇄하도록 유지됨과 더불어 해당 순간 온수 공급시스템으로의 전원 공급이 이루어진 후 별도의 동작 제어가 이루어지기 전까지 스팀유로(210)에 구비되는 스팀 조절밸브(500) 및 응축수유로(220)에 구비되는 수위 조절밸브(700)는 각각의유로(210,220)를 차단한 상태로 유지된다.

전술된 최초의 비사용 상태에서 순간 온수 공급시스템을 사용하고자 할 경우 각유로개폐밸브(810,820,830,840)를 조작하여 스팀 관로(200)의 스팀유로(210)로 스팀이 공급되도록 함과 더불어 공급수 관로(300)의 급수유로(310)로 공급수가 공급(S100)되도록 한다.

이때, 응축수유로(220)에 설치된 수위 조절밸브(700)는 여전히 전원 공급이 차단된 상태이며, 이로써 응축수유로(220)는 완전히 개방된 상태로 유지된다.

또한, 상기 제1유로개폐밸브(810)의 개방에 따른 스팀 공급이 이루어질 경우 사용자는 스팀유로(210) 상에 설치된 압력 게이지(212)를 통해 해당 부위에까지 스팀이 공급되었는지의 여부를 정확히 알 수 있다.

그리고, 전술된 과정에 의한 스팀 공급이 이루어졌는지의 여부가 확인되어 사용자에 의한 순간 온수 공급시스템의 전원이 온(ON)되면 컨트롤러(900)는 순간 온수 공급시스템의 구동을 위한 각종 파라미터(Parameter) 입력을 해당 사용자에게 요구한 후 이 파라미터 값을 토대로 제어를 수행(S200)한다.

여기서, 상기 각종 파라미터에는 스팀 조절밸브(500)와 수위 조절밸브(700) 및 바이패스 밸브(341)의 동작을 위한 설정값이 포함된다.

예컨대, 스팀 조절밸브(500)의 경우 운전모드(operating mode), 설정온도(setting temp.), 비례이득(proportional gain), 적분이득(integral gain)이 포함되고, 수위 조절밸브(700)의 경우 운전모드(operating mode), 선형제어구간 수위(water level), 온도편차(temp. variation), 운전대기시간(operation standby time), 재운전 대기시간(re-operation standby time)이 포함되며, 바이패스 밸브(341)의 경우 운전모드(operating mode), 설정온도(setting temp.), 운전온도편차(operating temp. variation), 정지온도편차(stop temp. variation)이 포함된다.

이때, 상기 바이패스 밸브(341)의 설정온도는 상기 스팀 조절밸브(500)의 설정온도에 비해 높게 설정된다.

그리고, 전술된 바와 같은 각종 파라미터의 입력이 완료되면 이러한 파라미터의 입력값 및 온도센서(400)로부터 센싱되어 전달받은 신호값을 토대로 한 컨트롤러(900)의 제어가 이루어지면서 수위 조절밸브(700)는 전원 공급이 차단된 상태를 유지함과 더불어 스팀 조절밸브(500)는 전원 공급이 이루어지면서 동작된다.

즉, 상기 컨트롤러(900)는 온도센서(400)로부터 센싱된 온도를 수신받아 이 수신된 온도가 상기 스팀 조절밸브(500)의 설정온도(예컨대, 55℃)에 비해 낮을 경우에는 상기 스팀 조절밸브(500)를 조작하여 스팀유로(210)의 개도량을 증가시킴으로써 스팀이 열교환기(100)로 유입되는 양을 늘리고, 수신된 온도가 상기 스팀 조절밸브(500)의 설정온도에 비해 높을 경우에는 상기 스팀 조절밸브(500)를 조작하여 스팀유로(210)의 개도량을 줄임으로써 스팀이 열교환기(100)로 유입되는 양을 줄이도록 조정하여 이와 열교환되는 공급수 관로(300)를 따라 유동되는 공급수가 설정온도의 범위(예컨대, 55℃±1℃)를 유지할 수 있도록 제어(S300)하는 것이다.

특히, 이러한 컨트롤러(900)에 의한 스팀 조절밸브(500)의 동작 제어가 수행될 때에는 순환펌프(331)가 동작되면서 공급수 관로(300)를 유동하는 공급수가 순환유로(330)를 따라 반복적으로 순환되도록 한다. 즉, 온수의 온도가 설정온도에 이르지 못할 경우에는 그 배출이 이루어지지 않도록 함으로써 미처 가열되지 못한 공급수가 바로 배출됨에 따른 사용자의 불만이 미연에 차단될 수 있도록 한 것이다.

또한, 전술된 컨트롤러(900)에 의한 스팀 조절밸브(500)의 동작 제어는 해당 온도센서(400)로부터 수신받는 센싱 온도가 미리 설정된 온도에 도달된 후 온도편차(예컨대, ±1℃) 이내에서 10초 이상 유지할 때까지 반복적으로 수행한다. 즉, 온도센서(400)를 통해 센싱되는 온수의 온도는 다양한 원인으로 인해 일시적으로 설정온도에 도달될 수 있기 때문에 이러한 각 원인을 고려하여 온수의 온도가 일정시간 동안 동일한 설정온도 범위대를 유지할 경우에만 사실상 목표 온도에 도달되었다고 판단되도록 한 것이다.

그리고, 전술된 바와 같이 온수가 설정온도에 도달한 상태로 일정 시간 유지됨이 확인되면 순환펌프(331)를 중단시킴으로써 가열된 온수의 배출이 이루어질 수 있도록 한다.

이와 함께, 컨트롤러(900)는 수위 조절밸브(700)로의 전원 공급을 수행함과 더불어 수위 센서(610)로부터 센싱된 신호를 토대로 한 수위 조절밸브(700)의 동작 제어를 통해 응축수유로(220)의 개도량을 조절하면서 레벨 탱크(600) 내의 응축수 수위를 조절(S400)한다. 즉, 상기 레벨 탱크(600) 내의 응축수 수위가 설정 수위에 비해 높을 경우에는 응축수유로(220)를 개방시킴으로써 상기 레벨 탱크(600) 내의 응축수 수위가 설정 수위 이하를 이루도록 하여 스팀 조절밸브(700)의 개방 여부에 상관없이 일정한 양의 스팀만 열교환기(100)를 통과하도록 선형 제어함으로써 레벨 탱크(600) 내부는 항상 설정량 이상의 응축수 수위를 유지할 수 있게 되고, 이로써 스팀 배출에 따른 열손실이 발생되지 않게 된다.

한편, 전술된 본 발명의 실시예에 따른 순간 온수 공급시스템은 많은 사용자가 일시에 온수를 사용하기를 원하여 많은 양의 온수가 요구될 경우(예컨대, 출근 시간 등의 경우)가 있으며, 이렇게 많은 양의 온수가 사용될 때에는 온도센서(400)에 의해 센싱되는 온수의 온도가 점차적으로 낮아지기 때문에 스팀 조절밸브(500)는 계속하여 개방된 상태를 이룸에도 불구하고 레벨 탱크(600) 내에 저장되는 응축수의 수위로 인해 더욱 많은 양의 스팀 공급이 이루어지지 않아서 온수의 온도가 더이상 상승하지 못하게 된다.

이를 고려할 때, 상기의 상황에서 컨트롤러(900)는 스팀 조절밸브(500)가 스팀유로(210)를 완전히 개방한 상태로 설정된 시간(예컨대, 5초 이상)을 초과하여 유지될 경우 수위 센서(610)의 센싱값에는 상관없이 수위 조절밸브(700)를 강제 동작시켜 응축수유로(220)가 완전히 개방된 상태로 유지되도록 제어(S500)하며, 이로써 공급수 사용량의 급격한 변동에도 설정 온도의 공급수를 빠르게 사용자에게 공급할 수 있도록 한다.

한편, 전술된 각 과정이 진행되는 도중 스팀 조절밸브(500)의 고장이 발생될 경우 온수의 온도가 급격히 상승되어 안전사고가 발생될 우려가 있다.

이로써, 컨트롤러(900)는 온도센서(400)에 의해 센싱된 온도가 미리 설정된 온도(예컨대, 60℃)를 초과할 경우 급수유로(310)를 따라 유동되는 공급수가 열교환기(100)를 경유하지 않고 바이패스유로(340)를 통해 곧장 온수유로(320)로 유동되도록 바이패스 밸브(341)의 동작을 제어(S600)함으로써 과도하게 높은 온도의 온수로 인한 사용자의 화상과 같은 안전사고의 발생을 미연에 방지하게 된다.

특히, 상기한 바이패스 운전에도 불구하고 상기 온도센서(400)에 의해 센싱된 온도가 과열 온도(예컨대, 65℃)를 초과하게 될 경우에는 수위 조절밸브(700)의 동작 제어를 통해 응축수유로(220)를 완전히 차단한다. 즉, 상기와 같이 온도센서(400)의 센싱 온도값에 의한 스팀 조절밸브(500)의 선형 동작제어에도 불구하고 온수의 온도가 더욱 높아지게 될 경우에는 스팀 조절밸브(500)의 동작이 이루어지지 않는 고장 상태일 경우이기 때문에 응축수유로(220)의 완전한 폐쇄(S700)에 의해 레벨 탱크(600) 내의 응축수는 과수위를 유지하고, 이로써 스팀 조절밸브(500)가 개방되어 있음에도 불구하고 더 이상의 스팀 공급이 차단될 수 있도록 한 것이다.

결국, 본 발명에 따른 순간 온수 공급시스템은 두 개의 전자식 밸브(스팀 조절밸브 및 수위 조절밸브)(500,700)를 이용하여 공급수 관로를 따라 배출되는 온수의 온도가 항상 일정하게 유지되도록 조절함으로써 공급수의 사용 부하에 상관없이 안정적인 온수 및 급탕 제공이 가능하며, 특히 상기 공급수의 사용 부하에 따른 급격한 유량 변동에도 온도 편차가 적다는 장점을 가진다.

또한, 본 발명에 따른 순간 온수 공급시스템은 상대적으로 on/off 동작 속도가 빠른 전자식의 수위 조절밸브(700)를 응축수의 수위와 긴급시 차단밸브로 사용될 수 있도록 구성됨에 따라 스팀유로(210)의 전단측에 별도의 긴급 차단밸브를 구비할 필요가 없어서 가격 경쟁력이 더욱 우수하다는 장점을 가진다.

또한, 본 발명에 따른 순간 온수 공급시스템은 초기 구동시 스팀 유량 제어 방식에 비해 빠르고 안정적으로 설정온도에 도달할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 순간 온수 공급시스템은 항상 일정량 이상의 응축수 수위를 유지하도록 레벨 탱크(600) 및 수위 조절밸브(700)가 선형제어로 운용됨에 따라 증기배출에 의한 열손실이 없고, 또한 스팀 배출을 막기 위한 별도의 스팀 및 펌핑 트랩세트를 구비할 필요가 없다는 장점을 가진다.

100. 열교환기 200. 스팀 관로
210. 스팀유로 211. 스트레이너
212. 압력게이지 220. 응축수유로
300. 공급수 관로 310. 급수유로
320. 온수유로 330. 순환유로
331. 순환펌프 340. 바이패스유로
341. 바이패스밸브 400. 온도센서
500. 스팀 조절밸브 600. 레벨탱크
610. 수위센서 700. 수위 조절밸브
810,820,830,840. 유로개폐밸브 900. 컨트롤러

Claims (8)

1. 열교환기로 스팀의 공급 유동을 안내하는 스팀유로 및 열교환기를 통과하면서 생성된 응축수의 유동을 안내하는 응축수유로를 포함하여 이루어진 스팀 관로;
   열교환기로 공급수의 공급 유동을 안내하는 급수유로 및 열교환기를 통과하여 열교환된 온수의 유동을 안내하는 온수유로를 포함하여 이루어진 공급수 관로;
   상기 온수유로를 따라 유동되는 온수의 온도를 센싱하는 온도센서;
   상기 온도센서로부터 센싱된 온도를 토대로 컨트롤러의 제어에 의해 동작되면서 상기 스팀유로의 개도량을 조절하는 스팀 조절밸브;
   상기 응축수유로를 통과하는 응축수로부터 스팀을 분리하며, 내부에 저장되는 응축수의 수위를 센싱하기 위한 수위 센서를 갖는 레벨 탱크;
   상기 응축수유로 중 레벨 탱크로부터 응축수가 배출되는 부위에 설치되면서 상기 수위 센서에 의해 센싱된 레벨 탱크 내의 응축수 수위를 토대로 컨트롤러의 제어에 의해 동작되면서 해당 응축수유로의 개도량을 조절하는 수위 조절밸브;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 순간 온수 공급시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 공급수 관로에는 상기 온도센서에 의해 센싱된 온도가 미리 설정된 온도에 도달하기 전까지 공급수 관로 내의 공급수가 반복적으로 열교환되도록 안내하는 순환유로 및 이 순환유로로의 강제 유동을 위한 순환펌프가 더 구비되어 이루어짐을 특징으로 하는 순간 온수 공급시스템.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 공급수 관로에는 상기 스팀 조절밸브 혹은, 수위 조절밸브가 고장이나 오작동으로 인해 공급수의 온도가 급격히 상승될 때 상기 열교환기를 거치지 않고 급수유로의 공급수 입구측으로부터 온수유로의 온수 토출측으로 직접 배출되도록 안내하기 위한 바이패스밸브를 갖는 바이패스유로가 더 구비됨을 특징으로 하는 순간 온수 공급시스템.
4. 스팀 관로의 응축수유로에 설치된 수위 조절밸브를 제어하여 상기 응축수유로를 폐쇄시킨 상태로 열교환기로 스팀의 공급을 안내하는 스팀유로에 스팀을 공급함과 더불어 공급수 관로의 공급수 유입측인 급수유로 내로 공급수를 공급하는 제1단계;
   온도센서로부터 센싱된 신호를 토대로 한 스팀 조절밸브의 동작 제어를 통해 상기 스팀유로의 개도량을 조절하면서 상기 열교환기를 통과하는 공급수 관로의 온수유로를 따라 유동되는 온수가 설정온도에까지 이르도록 하는 제2단계;
   상기 온수의 온도가 설정온도에 도달될 경우 수위 센서로부터 센싱된 신호를 토대로 한 수위 조절밸브의 동작 제어를 통해 응축수유로의 개도량을 조절하면서 레벨 탱크 내의 응축수 수위를 조절하는 제3단계;를 포함하여 진행됨을 특징으로 하는 순간 온수 공급시스템의 제어방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 제3단계는 상기 제2단계의 설정온도 유지 시간이 설정 시간을 경과할 경우 수행되도록 함을 특징으로 하는 순간 온수 공급시스템의 제어방법.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 제3단계의 수행 도중 스팀 조절밸브가 설정된 시간을 초과하도록 계속하여 스팀유로를 완전히 개방한 상태로 유지될 경우 수위 조절밸브의 동작을 제어하여 응축수유로가 완전히 개방될 수 있도록 함을 특징으로 하는 순간 온수 공급시스템의 제어방법.
7. 제 4 항에 있어서,
   상기 제2단계의 스팀 조절밸브의 동작 제어를 위해 운전모드, 설정온도, 비례이득, 적분이득을 설정할 수 있도록 함을 특징으로 하는 순간 온수 공급시스템의 제어방법.
8. 제 4 항에 있어서,
   상기 제3단계의 수위 조절밸브의 동작 제어를 위해 운전모드, 선형제어구간, 온도편차, 운전대기시간, 재운전대기시간을 설정할 수 있도록 함을 특징으로 하는 순간 온수 공급시스템의 제어방법.

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