KR101797973B1 - 급탕 예열과 냉각기능을 포함하는 급탕 난방 통합배관 시스템 - Google Patents

급탕 예열과 냉각기능을 포함하는 급탕 난방 통합배관 시스템 Download PDF

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Abstract

직수를 열교환기로 경유시켜 급탕 온수로 공급하는 급탕 공급 관로, 열원으로부터 공급되는 열원수를 열교환기로 경유하여 난방부하측에 공급하는 난방 공급 관로를 포함하는 통합배관 유닛; 상기 난방부하측을 경유하는 난방수를 열원으로 환수시키는 난방수 환수 관로; 및 상기 급탕 공급 관로와 연결되어 직수 또는 온수를 유입 출수시키고, 상기 난방수 환수 관로가 경유하는 스토리지 탱크를 포함하는 급탕 예열과 냉각기능을 포함하는 급탕 난방 통합배관 시스템에 관하여 개시된다.

Description

급탕 예열과 냉각기능을 포함하는 급탕 난방 통합배관 시스템{Integrated hot water piping system including hot water preheating and cooling functions}
본 발명은 지역난방 또는 중앙난방열원으로부터 공급되는 열원수를 급탕과 난방에 이용하는 급탕 예열과 냉각기능을 포함하는 급탕 난방 통합배관 시스템에 관한 것이다.
공동주택 또는 건물 및 지하실 등의 개별 가구에 대한 지역난방 또는 중앙난방에서의 급탕 난방 배관 시스템에서는 급탕용 열교환기와 난방용 열교환기를 두고 4-파이프 배관으로 연결하여 급탕과 난방을 하도록 제안되어 있었지만 최근에는 급탕과 난방의 계절 요인이나 예외적 운용에 따른 난방 불능의 문제점과 설치 및 유지보수 그리고 열관리 등의 효율을 좋게 하기 위하여 급탕과 난방을 통합하여 운용하는 통합배관 시스템으로 제안되어 있다. 대한민국 등록특허공보 제10-1081599호 및 대한민국 등록특허공보 제10-1425870호에는 4-파이프 배관을 통합하는 통합배관 시스템에 관하여 기재되어 있다.
급탕 난방 배관 시스템 또는 통합배관 시스템에서는 도 1에 도시된 바와 같이 열교환기를 통해 급탕이 바로 공급이 되기 때문에 고온-저온-고온으로 이어지는 온수 샌드위치 현상이 발생될 수 있다. 난방부하로부터 환수되는 모든 난방수는 정해진 온도 이상이면 열교환기를 통해 환수되기 때문에 전체 환수의 온도가 높아져 효율이 낮아질 수 있다. 이에 따라 현재의 급탕과 난방을 위한 통합배관 시스템에서는 급탕을 안정적으로 공급하거나 환수되는 난방수의 온도를 낮추어 효율을 높일 수 있는 방안이 필요하다.
특허문헌 1. 대한민국 등록특허공보 제10-1425870호(공고일. 2014. 08.04)
특허문헌 2. 대한민국 등록특허공보 제10-1081599호(공고일. 2011. 11.08)
본 발명의 기술적 과제 중 하나는, 급탕의 온도를 안정화시키고 난방부하로부터 환수되는 난방수의 전체 환수 온도를 낮출 수 있도록 하는데 있다.
상기 목적들은, 본 발명에 따르면, 직수를 열교환기로 경유시켜 급탕 온수로 공급하는 급탕 공급 관로, 열원으로부터 공급되는 열원수를 열교환기로 경유하여 난방부하측에 공급하는 난방 공급 관로를 포함하는 통합배관 유닛; 상기 난방부하측을 경유하는 난방수를 열원으로 환수시키는 난방수 환수 관로; 및 상기 급탕 공급 관로와 연결되어 직수 또는 온수를 유입 출수시키고, 상기 난방수 환수 관로가 경유하는 스토리지 탱크를 포함하는 급탕 예열과 냉각기능을 포함하는 급탕 난방 통합배관 시스템에 의해 달성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면 급탕 공급 관로와 난방 공급 관로가 하나의 열교환기를 경유하며, 상기 난방 공급 관로는 열원 환수 관로로 분기될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면 통합배관 유닛은 열교환기를 경유하여 급탕 공급 관로를 따라 출수되는 온수를 출탕하는 바이패스 관로를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면 통합배관 유닛은, 급탕 공급 관로에 적어도 3-way로 분기되는 분기 밸브를 구비할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면 통합배관 유닛은 분기 밸브를 통해 열교환기를 경유하여 열교환된 온수를 분기시켜 스토리지 탱크로부터 출수 되는 온수와 혼합하는 바이패스 관로를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면 스토리지 탱크의 내부로 난방수 환수 관로가 경유하여 열원 환수 유로를 따라 환수될 수 있다.
급탕 온수의 온도를 안정화시켜서 공급할 수 있다. 난방부하로부터 환수되는 난방수의 전체 환수 온도를 비교적 간단한 방법으로 낮추어 환수하도록 할 수 있으므로 통합배관 시스템 효율을 개선한다.
지역난방 또는 중앙집중난방 등에서 복잡한 배관을 단순화하여 비용을 줄이고 설치 후 유지 보수 등의 관리 효율성이 제고된다.
도 1은 급탕과 난방을 위한 통합배관 시스템 계통도의 예시이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 급탕 예열과 냉각기능을 포함하는 급탕 난방 통합배관 시스템 계통도의 예시이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 급탕 예열과 냉각기능을 포함하는 급탕 난방 통합배관 시스템 계통도의 예시이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 '급탕 예열과 냉각 기능을 포함하는 통합배관 시스템'을 설명하면 다음과 같다.
도 1은 급탕과 난방을 위한 기존의 통합배관 시스템의 예이다. 도 1과 같은 급탕과 난방을 위한 통합배관 시스템은 열원(Q)으로부터 공급되는 열원수(난방수)가 열교환기(110)를 통하지 않고 삼방 밸브(112)에서 분기되어 난방 공급 관로(140)를 따라 분배기(131)를 거쳐 직접 난방부하측(130)에 공급되도록 되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같은 기존의 통합배관 시스템에서는 예열 열교환기(111)를 거친 직수(W1)가 열교환기(110)를 통해 바로 급탕 온수(W2)로 공급되기 때문에 고온→저온→고온으로 이루어지는 온수 샌드위치 현상이 발생 되어 열 이용 효율이 낮아질 수 있다. 난방부하측(130)으로 부터 환수되는 모든 난방수 온도는 정해진 온도이하로 환수할 수 있기 때문에 전체 환수 온도가 높아져 시스템 효율이 저하될 수 있다.
기존의 통합배관 시스템에서는 열원(Q)으로부터 난방수의 공급이 삼방 밸브(112)를 통해 직접 분배기(131)에서 난방부하(거실/주방/방1,2,3...N)로 공급되도록 되어 있으므로 난방수는 급탕 온수(W2)를 생산하는 열교환기(110) 및 예열 열교환기(111)를 통한 예열에 관여하지 않는다.
기존의 통합배관 시스템에서는 난방부하측으로부터 환수되는 모든 난방수 온도가 일정온도 이상이면 열교환기를 통하여 환수되기 때문에 전체 환원수의 온도가 높아져 효율이 낮아진다. 환원수의 온도가 높은 상태로 유지되면 그만큼 열원의 사용량이 증가하여 효율이 낮아지는 것으로 볼 수 있다.
본 발명은 급탕과 난방을 위한 통합배관 시스템에서 온수 샌드위치 현상을 줄이고 급탕의 온도를 안정화시키면서 난방부하측으로부터 환수되는 난방수의 전체 환수 온도를 낮출 수 있도록 함으로써 효율이 개선된 급탕 예열과 냉각기능을 포함하는 통합배관 시스템으로 제시된다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 급탕 예열과 냉각기능을 포함하는 급탕 난방 통합배관 시스템을 설명하는 계통도의 예시이다. 본 발명은 도 2의 통합배관 시스템으로 한정되지는 않는다.
본 발명의 설명에서 사용되는 용어에 있어서, '열원수'는 열원공급처로부터 공급되는 열원 유체로서 '난방수'로 혼용될 수 있다. '난방수'는 난방부하로 유동하는 난방 유체로서 '난방환수'로 혼용될 수 있다. '난방환수'는 난방부하를 경유하여 환수되는 유체일 수 있다. '직수'는 외부로부터 공급되는 급탕 온수 생산용 유체이다. 본 발명의 설명에서 '난방수'와 '난방환수'는 일부 설명에서 혼용되어 같은 의미로 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 통합배관 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이, 직수(W1)를 열교환기(110)로 경유시켜 급탕 온수로 공급하는 급탕 공급 관로(120)와 열원(Q)으로부터 공급되는 열원수를 열교환기(110)로 경유하여 난방부하측(130)에 공급하는 난방 공급 관로(140)로 구성된 통합배관 유닛(A)을 포함하여 구성될 수 있다.
그리고, 난방부하측(130)을 경유하는 난방수를 열원으로 환수시키는 난방수 환수 관로(150)가 구성된다.
그리고, 급탕 공급 관로(120)와 연결되어 직수 또는 온수를 유입 출수시키고, 난방수 환수 관로(150)가 경유하는 스토리지 탱크(200)로 구성된다.
급탕 공급 관로(120)는 열교환기(110)를 기준으로 온수 공급 부분과 직수 공급 부분(121)으로 구분되어 있다. 구분 기준은 열교환기(110)에서의 열교환된 시점을 기준이고 이때 열교환기(110)로 유입되는 직수 온도(T3)에 비해 열교환기(110)를 경유하여 출수 되는 온수 온도(T4)는 수온이 더 높은 T3 < T4 일 수 있다.
급탕 공급 관로(120)와 난방 공급 관로(140)는 하나의 열교환기(110)를 경유하도록 구성된다. 난방 공급 관로(140)는 열원 환수 관로(141)로 분기되지만 각각 난방 유량 조절밸브(161)와 환수 유량 조절밸브(162)의 조절에 의해 열원수의 유동이 제한되거나 제어될 수 있다.
통합배관 유닛(A)은 열교환기(110)를 경유하여 급탕 공급 관로(120)를 따라 출수되는 온수를 출탕 온수(W2)로 출수하는 바이패스 관로(220)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 통합배관 시스템을 설명하는 계통도의 예시이다.
도 3에 도시된 바와 같이 통합배관 유닛(A)은, 급탕 공급 관로(120)에 적어도 3-way로 분기되는 분기 밸브(210)를 구비하여 스토리지 탱크(200) 내부로 열교환기(110)에서 열교환된 직수를 공급할 수 있고 이와 동시에 열교환된 직수 또는 온수를 스토리지 탱크(200)로 공급하지 않고 바로 급탕 온수(W2)로 출탕할 수 있도록 구성될 수 있다.
바람직하게는 통합배관 유닛(A)이 분기 밸브(210)를 통해 열교환기(110)를 경유하여 열교환된 온수를 분기시켜 스토리지 탱크(200)로부터 출수 되는 온수 또는 직수와 바이패스 관로(220)를 따라 분기되는 온수 또는 직수가 혼합되어 급탕 온수(W2)로 출수되도록 구성될 수 있다.
바람직하게는 난방수 환수 관로(150)를 따라 환수되는 난방수는 스토리지 탱크(200)의 내부를 경유하여 열원 환수 유로를 따라 환수되도록 구성될 수 있다.
바람직하게는 열교환기와 스토리지 탱크 사이의 난방과 급탕 관로에는 온도센서와 유량센서를 설치하여 온도 및 유량 변동 등에 따르는 각각의 밸브 작동과 열원의 유동을 제어할 수 있도록 구성될 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 실시 예에 따른 급탕 예열과 냉각기능을 포함하는 급탕 난방 통합배관 시스템의 작용을 도 2 및 도 3을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
통합배관 유닛(A)에서 열원(Q)으로부터 유입되는 열원수의 유입온도는 T1, 난방 공급 관로(140)로 공급되는 열원수의 공급온도는 T2, 열교환기로 유입되는 직수의 유입 온도는 T3, 열교환기를 경유하여 급탕 공급 관로(120)로 공급되는 급탕 온수의 온도는 T4로 구분될 수 있다.
본 발명에 따른 급탕 난방 통합배관 시스템은 열교환기(110)를 경유하는 열원수가 난방수와 열원환수로 분기되어 유동될 수 있지만 난방에서는 환수 유량 조절밸브(162)에 의해 열원 환수 관로(141) 방향으로의 유동이 제한되거나 유량이 제어될 수 있다.
본 발명에 따른 급탕 난방 통합배관 시스템은 열교환기(110)를 통하여 모든 난방수가 공급되고, 급탕은 열교환기(110)를 경유하는 직수 또는 온수를 저장 공급하는 스토리지 탱크(200)를 통하여 급탕 온수(W2)를 공급할 수 있다.
본 발명에 따른 급탕 난방 통합배관 시스템은 열교환기(110)와 스토리지 탱크(200) 사이의 난방 공급 관로(120)에는 급탕 유량 조절밸브(122)를 설치하고, 열교환기(110)와 난방 공급 관로(140) 사이에는 난방 유량 조절밸브(161)를 설치하여 원하는 급탕 온수의 수온과 난방수의 온도를 조절할 수 있다.
모든 난방수는 스토리지 탱크(200)를 통하여 환수온도를 낮추는 상태로 환수될 수 있다.
급탕(온수)시 스토리지 탱크(200)에 담겨진 물과 열교환기(110)를 통해 나오는 물이 섞여 온수 샌드위치 현상을 방지하면서 안정적으로 급탕 온수(W2)를 공급 할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이 급탕(온수)시 분기 밸브(210)를 통해 바이패스 관로(220)로 유동 되는 온수의 일부 또는 전부는 스토리지 탱크(200)를 거치지 않고 급탕 온수(W2)로 바로 사용하거나 스토리지 탱크(200)로부터 출수되는 직수 또는 온수와 혼합된 급탕 온수(W2)를 출수하여 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 급탕 난방 통합배관 시스템은 급탕에서는 외부 수원으로 공급되는 직수(W1)를 열교환기(110)에서 열교환시킨 후 급탕 공급 관로(120)에 설치된 급탕 유량 조절밸브(122)를 열어서 열교환을 마친 온수를 스토리지 탱크(200)로 공급하여 온수 샌드위치 현상을 줄이고 급탕의 온도를 안정화시키면서 급탕 온수(W2)로 출수할 수 있다.
본 발명에 따른 급탕 난방 통합배관 시스템은 난방에서는 열교환기(110)를 경유하는 열원수가 난방 공급 유로(140)로 유동할 수 있도록 난방 유량 조절밸브(161)를 열어서 난방수를 분배기(131)로 공급하여 난방부하측(130)에 공급하고 난방부하측(130)을 경유하는 난방수는 난방수 환수 관로(150)를 따라 스토리지 탱크(200)를 거쳐 열원으로 환수된다.
난방수 환수 과정에서는 난방부하측(130)로부터 환수되는 모든 난방수가 스토리지 탱크(200)를 통하여 환수됨으로써 스토리지 탱크(200)에 담겨진 수온 차이로 전체 환수 온도가 조절될 수 있다. 평균적으로 급탕을 중지하고 난방 중에는 스토리지 탱크(200)로 공급되는 직수 수온에 비해 난방수의 환수 수온이 상대적으로 높기 때문에 이러한 수온 차이로 환수되는 난방수의 온도를 낮추어 환수되도록 유도할 수 있으므로 에너지 사용 효율이 개선될 수 있다.
열교환기(110)를 경유하는 열원수는 난방수와 열원환수로 분기되어 유동될 수 있지만 난방에서는 환수 유량 조절밸브(162)에 의해 열원 환수 관로(141) 방향으로 의 유동이 제한되거나 유량이 제어될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 도면으로 나타낸 실시예를 참고로 설명되었으나 실시예로 한정되지 않으며 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있으며 수정과 변형이 이루어진 것은 본 발명의 기술 사상에 포함된다.
A: 통합배관 유닛
110: 열교환기 120: 급탕 공급 관로
122: 급탕 유량조절밸브 130: 난방부하측
131: 분배기 140: 난방 공급 관로
141: 열원 환수 관로 150: 난방수 환수 관로
161: 난방 유량 조절밸브 162: 환수 유량 조절밸브
200: 스토리지 탱크 210: 분기 밸브
220: 바이패스 관로

Claims (6)

  1. 직수를 열교환기로 경유시켜 급탕 온수로 공급하는 급탕 공급 관로, 열원으로부터 공급되는 열원수를 열교환기로 경유시켜 난방부하에 공급하는 난방 공급 관로를 포함하는 통합배관 유닛; 상기 난방부하를 경유하는 난방수를 열원으로 환수하는 난방수 환수 관로; 및
    상기 급탕 공급 관로와 연결되어 직수 또는 온수를 유입 출수시키고 난방수 환수 관로가 경유하는 스토리지 탱크를 포함하는 급탕 예열과 냉각기능을 포함하는 급탕 난방 통합배관 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 급탕 공급 관로와 난방 공급 관로가 하나의 열교환기를 경유하며, 상기 난방 공급 관로는 열원 환수 관로로 분기되는 급탕 예열과 냉각기능을 포함하는 급탕 난방 통합배관 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 통합배관 유닛은, 열교환기를 경유하여 급탕 공급 관로를 따라 출수되는 온수를 출탕하는 바이패스 관로를 포함하는 급탕 예열과 냉각기능을 포함하는 급탕 난방 통합배관 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 통합배관 유닛은, 급탕 공급 관로에 적어도 3-way로 분기되는 분기 밸브를 구비하는 급탕 예열과 냉각기능을 포함하는 급탕 난방 통합배관 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 통합배관 유닛은, 상기 분기 밸브를 통해 열교환기를 경유하여 열교환된 온수를 분기시켜 상기 스토리지 탱크로부터 출수 되는 온수와 혼합하는 바이패스 관로를 포함하는 급탕 예열과 냉각기능을 포함하는 급탕 난방 통합배관 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 스토리지 탱크 내부로 난방수 환수 관로가 경유하여 열원 환수 유로를 따라 환수되는 급탕 예열과 냉각기능을 포함하는 급탕 난방 통합 배관시스템.
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