KR101944815B1 - 열효율을 극대화한 전극보일러를 사용한 난방 시스템 - Google Patents

열효율을 극대화한 전극보일러를 사용한 난방 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 열효율을 극대화한 전극보일러 시스템을 개시하였다. 본 발명은 용기의 순환수에 잠겨있는 전극봉을 구비하는 전극보일러; 상기 전극보일러에서 배출되는 순환수의 출수 온도를 측정하는 출수 온도센서; 상기 전극보일러에서 배출된 순환수가 유입되어 온수용 배관의 온수와 열교환할 수 있는 온수용 열교환기; 상기 온수용 열교환기에서 배출된 순환수가 유입되어 난방용 배관의 난방수와 열교환할 수 있는 난방용 열교환기; 상기 난방용 열교환기에서 배출된 순환수를 전극보일러의 용기로 유입시켜 순환하도록 하는 순환수 순환펌프; 및 상기 출수 온도에 따라 상기 전극보일러의 가동을 제어하는 제어부;를 포함한다. 본 발명에 의하면, 간단한 배관으로 열 손실이 적고 폐열을 재활용할 수 있어서 효율적인 개별난방을 할 수 있고, 저소음이며 설비 유지 보수가 간단하여 숙박업소용 난방 시스템에 활용할 수 있다.

Description

열효율을 극대화한 전극보일러를 사용한 난방 시스템{HEATING SYSTEM USING ELECTRODE BOILER WITH MAXIMIZED THERMAL EFFICIENCY}
본 발명은 전극보일러를 사용한 난방 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열교환기와 무접점 릴레이를 더 포함한 난방 시스템에 관한 것이다. 특히 본 발명은 무접점 릴레이에서 발생하는 열을 재사용하여 보다 효율적이고, 온수용과 난방용의 열교환기를 별도로 두어 온수와 난방을 효과적으로 제어할 수 있는 난방 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 난방 시스템은 난방수를 가열하는 보일러와, 가열된 난방수를 난방 공간으로 보내는 배관으로 구성된다. 즉, 보일러를 통과한 난방수가 난방 배관을 통해 흐르면서, 난방 공간과 열교환하여 난방공간을 덥히게 된다. 필요에 따라 난방수를 저장할 수 있는 용기 및 난방수를 순환시키는 펌프, 그리고 각종 밸브 등을 이용하게 된다.
한편, 온수를 사용하기 위한 급탕 방법으로는, 소규모인 경우에는 개별식을 사용하고, 대규모인 경우에는 중앙식을 사용하는 것이 일반적이다. 그밖에 태양열을 이용하는 급탕 방법 등도 사용할 수 있다.
개별식 급탕 방법은 배관길이가 짧으므로 열 손실이 적고, 필요한 장소에 필요한 온도의 탕을 간단히 얻을 수 있고, 급탕 개소가 적을 경우 시설비가 적게 들고, 급탕 개소의 증설이 비교적 쉬운 장점이 있다. 따라서, 주로 주택이나 작은 사무실 등에 주로 사용된다.
중앙식 급탕 방법은 지하실 등 일정한 장소에 급탕 장치를 설치하고 배관에 의해 각 사용 개소에 급탕하는 방식으로, 급탕 장치가 대규모이므로 열효율이 좋고, 설비가 한 곳에 설치되므로 관리가 편한 장점이 있다. 따라서 초기 투자비는 비싸지만 경상비가 적게 들어, 대규모 급탕이 필요한 호텔, 병원, 오피스 건물 등 대규모 건물에 주로 사용된다.
또한, 급탕 방법은 가열 방법에 따라, 직접 가열식과 간접 가열식으로 구분할 수 있다.
직접 가열식은 보일러와 온수탱크를 직결하여 순환가열하는 방식으로 열효율 면에서 경제적이다. 그러나 보일러에 새로운 물이 계속 보급되므로 보일러 본체가 불균일한 신축을 수반하며, 수질에 따라서는 보일러 내부에 스케일이 부착되어 열효율이 감소되고, 보일러 부식에 의한 수명단축과 파열의 위험이 있으므로, 별도로 내부 방식처리를 해야하는 문제가 있다.
간접 가열식은 온수탱크 내에 설치한 가열코일에 증기 또는 고온수와 같은 열원을 통과시켜, 탱크내의 물과 열교환시켜 간접적으로 가열하는 방식이다. 따라서 증기 또는 고온수가 반복 순환하므로 스케일 부착이 적고, 전열효율이 높으며, 건물높이에 관계없이 저압보일러를 사용할 수 있어서 일반적으로 대규모 고층건물에 쓰이며, 공조설비와 병용이므로 열원단가가 낮아지며 시설비가 절약되고 유지관리가 편리하다.
이러한 난방과 온수를 동시에 사용하기 위해서는 각각 별도의 보일러를 구비하는 구성도 가능하겠지만, 시설 투자를 줄이기 위해 한 개의 보일러만으로 난방과 온수를 동시에 사용하는 것이 일반적이다.
종래의 보일러 시스템 중에는, 도 1과 같이 난방 배관과는 별도로 온수 배관이 보일러를 통하도록 구성하여, 난방과 온수를 각각 공급하는 방식이 있다. 등록특허공보 10-1404156 “믹싱밸브를 이용한 배열회수시스템의 급탕온도 제어장치”에 이러한 구성이 개시되어 있다. 이러한 방법을 이용하면, 난방수 배관과 온수 배관이 별도이므로 각각 제어할 수 있는 장점이 있으나, 배관을 별도로 설치해야 하고 열손실이 추가로 발생하는 단점이 있다.
일반적인 난방 시스템에 온수 배관을 설치하는 다른 방법으로는, 도 2와 같이 난방수의 일부를 온수용 열교환기에 공급하고 온수 배관이 온수용 열교환기를 통하게 하여, 온수를 공급하는 방법이 있다. 등록특허공보 10-1379766 “난방효율을 향상시킨 난방 및 온수의 동시 사용이 가능한 보일러”에 이러한 구성이 개시되어 있다. 이 경우에는 비교적 간단하게 온수 사용이 가능하나, 삼방변(170) 및 급탕열교환기로 향하는 제1연결관(191)등의 복잡한 구성을 가지는 문제점이 있다.
한편, 종래의 전기 보일러는, 히터봉에 니켈과 크롬을 열선으로 사용하고, 여기에 전기를 흐르게 하여 열을 발생시키고, 발생된 열로 물을 데우는 간접적 방식이 주를 이루었다. 물을 직접 데우지 못하므로, 열효율이 좋지 못하였다.
최근 ‘전기이온 보일러’라고도 하는 ‘전극보일러’가 보급되고 있다. 전극보일러의 작동 원리를 살펴보면 다음과 같다. 우선 수돗물과 같이 미량의 전해질이 있는 물에 전극봉을 통하여 전기를 직접 공급하면, 전해수(물+전해질)가 이온화되어 양극(+)이온과 음극(-)이온으로 나누어지게 되며, 이 이온들은 극성이 전원의 주파수에 따라 1초에 60회 바뀌면서 발생하는 상호간의 인력과 반발력으로 인한 마찰열이 발생된다.
즉, 전극보일러에서는 열매체인 전해수 자체가 직접적인 발열체가 되기 때문에, 기존의 금속 저항체를 가열시켜 간접 열교환을 하는 방식과는 다른 높은 열효율을 보여주며, 온도비례 전기소모 발열방식이므로 기존 히터봉 대비 30%이상 전기 소모량이 적다. 그러므로, 전극보일러는 에너지 효율성이 높으면서, 설치 면적이 적고, 소음발생이 전혀 없으며, 자동제어가 가능하므로, 난방시스템에서 적용이 증가하는 추세이다.
따라서, 이러한 소형, 저소음의 전극보일러를 사용하여 간단하게 온수와 난방을 동시에 할 수 있는 고효율의 개별 난방 시스템의 개발이 필요하다.
등록특허공보 10-1404156 “믹싱밸브를 이용한 배열회수시스템의 급탕온도 제어장치” 등록특허공보 10-1379766 “난방효율을 향상시킨 난방 및 온수의 동시 사용이 가능한 보일러”
본 발명의 목적은, 전극보일러를 사용하는 효율이 높은 난방 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 난방 시스템에서 발생한 폐열을 회수하여 효율이 높은 난방 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 숙박시설에 적합한 저소음의 난방 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 간단한 구조의 시스템을 구축하여 배관의 열손실이 적고, 설비 유지 보수가 간단한 난방 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 이루기 위한 하나의 양태에 따르면, 본 발명은 전극보일러 시스템에 있어서, 용기의 순환수에 잠겨있는 전극봉을 구비하는 전극보일러; 상기 전극보일러에서 배출되는 순환수의 출수 온도를 측정하는 출수 온도센서; 상기 전극보일러에서 배출된 순환수가 유입되어 온수용 배관의 온수와 열교환할 수 있는 온수용 열교환기; 상기 온수용 열교환기에서 배출된 순환수가 유입되어 난방용 배관의 난방수와 열교환할 수 있는 난방용 열교환기; 상기 난방용 열교환기에서 배출된 순환수를 전극보일러의 용기로 유입시켜 순환하도록 하는 순환수 순환펌프; 및 상기 출수 온도에 따라 상기 전극보일러의 가동을 제어하는 제어부;를 포함한다.
상기 목적을 이루기 위한 다른 양태에 따르면, 본 발명은 전극보일러 시스템에 있어서, 상기 온수용 열교환기에서 배출되는 순환수의 순환 온도를 측정하는 순환 온도센서; 및 상기 난방용 배관의 난방수를 순환시키는 난방수 순환펌프;를 더 포함하며, 상기 제어부는, 상기 순환 온도에 따라 상기 난방수 순환펌프의 가동을 제어할 수 있다.
상기 목적을 이루기 위한 또 다른 양태에 따르면, 상기 제어부는 무접점 릴레이를 포함할 수 있다.
상기 목적을 이루기 위한 또 다른 양태에 따르면, 상기 무접점 릴레이는 상기 순환수 순환펌프와 상기 전극보일러의 용기 사이의 배관과 접촉하여 순환수와 열교환을 할 수 있다.
상기 목적을 이루기 위한 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 전극보일러 시스템을 이용한 난방 방법에 있어서, (a) 출수 온도센서에서 순환수의 출수 온도를 측정하여 출수 기준온도와 비교하는 단계; (b) 상기 출수 온도가 출수 기준온도 보다 낮은 경우 전극보일러의 전극봉에 전원을 인가하여 전극보일러의 용기의 순환수를 가열하고, 상기 출수 온도가 출수 기준온도 보다 높은 경우 전극보일러의 전극봉에 인가된 전원을 차단하여 순환수의 가열을 중단하는 단계; (c) 상기 전극보일러에서 배출된 순환수를 온수용 열교환기로 전달하는 단계; (d) 상기 온수용 열교환기에서 순환수의 열을 이용하여 온수를 덥히는 단계; (e) 상기 온수용 열교환기에서 배출된 순환수를 난방용 열교환기로 전달하는 단계; (f) 상기 온수용 열교환기에서 배출되는 순환수의 순환 온도를 측정하고 순환 기준온도와 비교하는 단계; (g) 상기 순환 온도가 순환 기준온도보다 높은 경우 난방용 배관의 난방수 순환펌프를 가동시켜 상기 난방용 열교환기를 지나는 순환수의 열을 이용하여 난방수를 덥히고, 상기 순환 온도가 순환 기준온도보다 낮은 경우 난방용 배관의 난방수 순환펌프의 가동을 정지시켜 난방을 중지시키는 단계; (h) 상기 난방용 열교환기에서 배출된 순환수를 순환수 순환펌프를 이용하여 전극보일러의 용기로 전달하는 단계; 및 (i) 상기 순환수 순환펌프와 상기 전극보일러의 용기 사이의 배관과 접촉하는 무접점 릴레이와 순환수 사이에 열교환을 하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 전극보일러 시스템은 온수용 열교환기와 난방용 열교환기를 이용하여 효율적인 개별난방을 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전극보일러 시스템은 수랭식 무접점 릴레이를 이용하여 무접점 릴레이의 폐열을 회수하므로, 효율이 높은 난방시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전극보일러 시스템은 전극보일러와 무접점 릴레이를 이용하여 저소음의 난방시스템을 제공하므로, 숙박시설 환경에 적합하다.
또한, 본 발명에 따른 전극보일러 시스템은 전극보일러, 열교환기, 무접점 릴레이를 이용하여, 간단한 난방 시스템을 구축할 수 있어서, 배관에 의한 열 손실이 적고, 설비 유지 보수가 간단한 장점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 별도의 온수 배관을 가진 난방 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 온수용 열교환기를 가진 난방 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 보일러 시스템의 배관 방식을 나타낸 계통도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 난방 시스템의 제어관계를 나타내는 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극보일러 시스템을 이용한 난방 방법의 순서도이다.
이하, 첨부한 도면들 및 후술되어 있는 내용을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급되지 않는 한 복수형도 포함된다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 도 3 내지 도 5을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 전극보일러 시스템에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 보일러 시스템의 배관 방식을 나타낸 계통도이다.
도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극보일러 시스템의 구성을 설명하면 다음과 같다. 주요 구성으로는 전극보일러(200), 온수용 열교환기(300), 난방용 열교환기(500), 순환수 순환펌프(700), 제어부(800) 등이 있다.
전극보일러(200)에서 가열된 후 배출된 순환수는, 순환수 순환펌프(700)의 구동력에 의해서, 온수용 열교환기(300)와 난방용 열교환기(500)를 거쳐서 다시 전극보일러(200)로 유입하는 순환을 하게 된다.
온수 배관은 온수용 열교환기(300)를 거치도록 설치하고, 난방수 배관은 난방용 열교환기(500)를 거치도록 독립적으로 설치할 수 있다.
제어부(800)는 순환수의 온도를 측정하고, 전극보일러(200) 및 난방수 순환펌프(357) 등의 가동을 제어할 수 있다.
숙박업소의 경우, 종래의 중앙난방식 보일러 시스템은 배관이 길어서 배관에 의한 열손실이 많고, 보일러 시스템의 고장시 전체 객실의 난방이 중지되는 문제가 있다.
또한, 종래의 개별난방식 보일러 시스템의 경우에도 열교환기를 1개만 가지고 있는 경우에는, 배관 및 밸브의 복잡한 구조가 필요하고, 보일러 소음 등의 문제가 있다.
반면에, 본 발명에 따른 전극보일러 시스템은 순환수가 흐르는 간단한 배관에 온수가 흐르는 배관 및 난방수 배관이 2개의 열교환기를 통하여 연결되는 구조이다. 따라서 온수와 난방수에 각각 에너지를 공급할 수 있으며, 각 배관이 독립적이어서 설계 및 시공이 간편하다. 즉, 간단한 난방 시스템을 구축할 수 있어서, 배관에 의한 열 손실이 적고, 설비 유지 보수가 간단한 장점이 있다.
이하에서는 순환수의 흐름에 따라, 각 구성요소의 작동을 보다 자세하게 살펴본다.
전극보일러(200)는 용기(210)와 전극봉(230)을 포함한다. 용기(210)에는 순환수가 담겨있으며, 순환수에는 전극봉(230)이 잠겨져 있다.
전극봉(230)은 제어부(800)와 연결되어 있으며, 제어부는 도면에 도시되어 있지 않은 전원에 연결되어 있다. 즉, 전원에 의해 공급된 전력은 제어부를 통하여 전극봉에 전달되고, 전극봉의 전력으로 용기에 담겨있는 순환수가 가열된다.
전극보일러의 순환수는 전극보일러 상부의 배출구로 방출된다. 배출구에 연결된 출수 온도센서(250)에 의해 전극보일러에서 배출되는 순환수의 출수 온도가 측정된다.
측정된 출수 온도는 제어부(800)로 전달되고, 제어부에서는 출수 온도를 출수 기준온도와 비교한다. 출수 온도가 출수 기준온도보다 낮은 경우 전극보일러의 전극봉(230)에 계속 전원을 공급하지만, 출수 온도가 출수 기준온도보다 높은 경우에는 전극보일러의 전극봉에 공급되는 전원을 차단시킨다.
즉, 제어부(800)는 출수 온도에 따라 전극보일러(200)의 가동을 제어할 수 있다. 예를 들어, 출수 기준온도가 90 ℃로 설정된 경우에, 출수 온도가 91 ℃로 측정된 경우, 제어부(800)에서 전극봉(230)에 인가되는 전력을 차단하도록 제어한다.
전극보일러(200)에서 배출된 순환수는 배관(270)을 거쳐서, 온수용 열교환기(300)로 유입된다. 온수용 열교환기(300)에서는 온수용 배관(330)을 흐르는 온수가 순환수용 배관(310)을 흐르는 순환수와의 열교환에 의하여 가열된다.
열교환기는 대부분 전도와 대류에 의한 열전달을 이용한다. 열 전달률을 증가시키기 위해서 배관 재질로는 열전도도가 높은 구리나 알루미늄을 사용할 수 있다.
도 3은 배관 계통도를 모식적으로 나타낸 것으로, 실제 열교환기 내부 배관의 모습은 도면의 배관(310, 330)과 다를 수 있다. 온수용 열교환기로 고온의 순환수가 지나가는 관(310) 또는 탱크의 내부에 저온의 직수가 지나는 많은 관(330)을 설치하여, 고온의 순환수에서 저온의 직수로 열전달이 이루어지도록 할 수 있다.
또한, 열 전달률을 증가시키기 위해서 열교환기는 유체간에 최대의 면적이 접촉할 수 있도록 구성할 수 있다. 예를 들어, 열교환기에는 핀관(fin tube) 방식 또는 판형(plate type) 열교환기를 이용할 수 있다. 핀관 방식의 열교환기는 관의 내부 또는 외부에 핀(fin)을 부착하여 유체간 접촉 면적을 늘린다. 판형 열교환기는 내부에 얇은 판들을 설치하여 판과 판 사이를 흐르는 유체의 온도차를 이용하여 열교환을 할 수있다.
온수용 배관(330)은 수도관 등의 직수 배관(360)에 연결된다. 직수 배관을 통해 온수용 열교환기(300)로 전달된 저온의 직수는 온수용 배관(330)을 지나면서, 고온의 순환수에 의해서 가열된다.
온수 밸브(370)를 잠그면, 저온의 직수는 더 이상 공급되지 않고, 온수용 열교환기 내부의 온수용 배관(330)에는 충분히 덥혀진 온수가 정지하고 있어서, 더 이상의 열교환이 필요 없다. 따라서, 고온의 순환수는 온도를 유지한 채 온수용 열교환기에서 배출된다.
온수 밸브(370)를 열면, 덥혀진 온수가 방출되고, 계속적으로 저온의 직수는 온수용 열교환기에서 가열되고 덥혀져서 온수를 공급할 수 있다. 이 때, 순환수는 열교환에 의해서 출수 온도보다 온도가 낮아진 채로 온수용 열교환기에서 배출된다.
온수용 열교환기(300)에서 배출된 순환수는 배관(400)을 통해서 난방용 열교환기(500)로 유입된다. 난방용 열교환기(500)에서는 난방수용 배관(530)을 흐르는 난방수가 순환수용 배관(510)을 흐르는 순환수와의 열교환에 의하여 가열된다.
난방수용 배관(530)은 난방 장치(570) 및 난방수 순환펌프(550)와 연결된다. 난방 장치(570)는 온돌과 같은 바닥 난방 장치이거나, 또는 라디에이터, 온풍기와 같은 공기 난방 장치일 수도 있다.
난방수는 난방수 순환펌프(550)에 의해 난방 장치(570)와 난방용 열교환기 내의 난방수용 배관(530) 사이를 순환할 수 있다.
온수 밸브(370)가 잠겨 있는 경우, 고온의 순환수가 난방용 열교환기(500)에 전달되므로, 난방수는 난방 장치(570)에서 잃어버린 열을 난방용 열교환기 내의 난방수용 배관(530)을 지나며 고온의 순환수로부터 보충할 수 있다.
온수 밸브(370)가 열려있는 경우, 또는 아직 순환수가 충분히 가열되지 않은 경우에는, 난방수가 순환수로부터 열을 공급받을 수 없으므로, 난방수를 순환시킬 필요가 없다. 따라서, 온수용 열교환기(300)에서 배출된 순환수의 순환 온도를 측정할 필요가 있다.
순환수의 순환 온도는, 온수용 열교환기의 순환수 배출구와 연결된 순환 온도센서(350)를 이용하여 측정할 수 있다.
측정된 순환 온도는 제어부(800)로 전달되고, 제어부에서는 순환 온도를 순환 기준온도와 비교한다. 순환 온도가 순환 기준온도보다 높은 경우에는 난방수 순환펌프(550)를 계속 가동하여 난방을 하지만, 순환 온도가 순환 기준온도보다 낮은 경우에는 난방수 순환펌프(550)의 가동을 정지시켜 난방을 일시적으로 중단시킨다.
즉, 제어부는 순환 온도에 따라 난방수 순환펌프의 가동을 제어할 수 있다. 예를 들어, 순환 기준온도가 60 ℃로 설정된 경우에, 순환 온도가 59 ℃로 측정된 경우, 제어부(800)에서 난방수 순환펌프(550)의 가동을 정시시키도록 제어한다.
이와 같은 제어방법에 의하여, 본 발명에 따른 전극보일러 시스템은 순환수가 순환하는 간단한 배관에, 온수용 열교환기(300)와 난방용 열교환기(500)를 이용하여 효율적인 개별난방을 할 수 있다.
난방용 열교환기(500)를 통과하여 배출된 순환수는 배관(600)을 통하여 순환수 순환펌프(700)로 들어간다. 순환수 순환펌프(700)는 순환수를 전극보일러(200)에서 온수용 열교환기(300), 난방용 열교환기(500)를 통과하여 다시 전극보일러(200)로 들어가도록 한다.
한편, 제어부(800)는 무접점 릴레이(반도체 릴레이; solid state relay; SSR)를 포함하여 구성할 수 있다. 무접점 릴레이(SSR)는 반도체 소자를 이용한 것으로 기계식 릴레이에 비해 소음이 적은 장점이 있다.
본 발명에 따른 전극보일러 시스템은 소음이 적은 전극보일러(200)와 무접점 릴레이(SSR)를 이용하여, 저소음의 난방시스템을 제공할 수 있어서, 숙박시설 환경에 적합하다.
다만 지속적인 전력 공급에 의해 무접점 릴레이에서 발열이 일어날 수 있으므로, 무접점 릴레이를 냉각시키는 장치가 필요하다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 수랭식 무접점 릴레이를 사용하였다. 순환수 순환펌프(700)를 통과한 회수 배관(810)을 무접점 릴레이 주위로 배치하여, 전극보일러(200)로 들어가는 저온의 순환수를 이용하여 무접점 릴레이의 온도를 낮추어 준다.
즉, 제어부(800)의 무접점 릴레이(SSR)를 순환수 순환펌프와 전극보일러의 용기 사이의 저온의 회수 배관(810)과 접촉시켜 순환수와 열교환 시킬 수 있다. 이렇게 하면, 무접점 릴레이는 저온의 순환수에 의해 냉각이 될 수 있고, 저온의 순환수는 전극보일러의 용기에 들어가기 전에 무접점 릴레이의 폐열을 흡수하여 가열될 수 있다.
그 결과, 저온의 순환수는 제어부(800)의 무접점 릴레이(SSR)의 열에 의해서 1차 가열되고, 전극봉(230)에 의하여 2차 가열되므로, 열효율을 높일 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 전극보일러 시스템은 수랭식 무접점 릴레이(SSR)를 이용하여 무접점 릴레이의 폐열을 회수하므로, 효율이 높은 난방시스템을 제공할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 난방 시스템의 제어관계를 나타내는 구성도이다. 도면에서 제어관계는 점선으로 표시하였다.
제어부(800)는 출수 온도센서(250) 및 순환 온도센서(350)와 연결될 수 있다. 또한, 제어부는 전극보일러의 전극봉(230) 및 난방수 순환펌프(550)와 연결될 수 있다.
제어부는 출수 온도센서(250)로부터 출수 온도를 전달받을 수 있다. 제어부는 출수 온도와 출수 기준온도를 비교하여, 출수 온도가 출수 기준온도보다 낮은 경우 전극봉(230)에 전력을 공급하고, 출수 온도가 출수 기준온도보다 높은 경우 전극봉의 전력을 차단할 수 있다.
제어부는 순환 온도센서(350)로부터 순환 온도를 전달받을 수 있다. 제어부는 순환 온도와 순환 기준온도를 비교하여, 순환 온도가 순환 기준온도보다 낮은 경우 난방수 순환펌프(550)의 가동을 중지시키고, 순환 온도가 순환 기준온도보다 높은 경우 난방수 순환펌프를 가동시킬 수 있다.
또한, 제어부(800)는 회수 배관(810)에 설치된 회수 온도센서(750)와 연결될 수 있다. 즉, 제어부는 회수 온도센서(750)로부터 회수 온도를 전달받을 수 있다. 제어부는 회수 온도와 회수 기준온도를 비교하여, 회수 온도가 회수 기준온도보다 낮은 경우 전극봉(230)에 전력을 공급하고, 회수 온도가 회수 기준온도보다 높은 경우 전극봉의 전력을 차단하게 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극보일러 시스템을 이용한 난방 방법의 순서도이다. 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 난방 방법을 설명하면 다음과 같다.
순환수 펌프에 의해서 순환수를 순환시킨다. 전극보일러의 배출구를 통해 방출되는 순환수의 출수 온도를 출수 온도센서를 통하여 측정한다(S10). 측정된 출수 온도는 제어부로 전달되고, 제어부는 출수 온도를 출수 기준온도와 비교한다(S20).
출수 온도가 출수 기준온도 보다 낮은 경우 전극보일러의 전극봉에 전원을 인가하여 전극보일러의 용기의 순환수를 가열한다(S30). 만약 출수 온도가 출수 기준온도 보다 높은 경우 전극보일러의 전극봉에 인가된 전원을 차단하여 순환수의 가열을 중단한다(S35).
전극보일러에서 배출된 순환수는 온수용 열교환기로 전달된다. 온수용 열교환기에서는 고온의 순환수를 이용하여 온수 배관을 통하는 온수와 열교환하여 온수를 가열한다(S40).
온수용 열교환기에서 배출된 순환수는 난방용 열교환기로 전달된다. 순환수의 온도가 난방용 열교환에 필요한 정도의 고온인지 파악하기 위해 온수용 열교환기에서 배출되는 순환수의 순환 온도를 순환 온도센서를 통하여 측정한다(S50). 측정된 순환 온도는 제어부로 전달되고, 제어부는 순환 온도를 순환 기준온도와 비교한다(S60).
순환 온도가 순환 기준온도보다 높은 경우, 난방용 배관의 난방수 순환펌프를 가동시킨다(S70). 이 경우, 난방용 열교환기를 지나는 순환수의 열을 이용하여 난방수를 가열할 수 있다(S80).
순환수가 충분히 가열되지 않았거나 온수를 많이 사용하여, 순환수의 순환 온도가 순환 기준온도보다 낮은 경우, 난방에 적합하지 않다. 이 경우에는 난방을 잠시 중지하는 것이 필요하므로, 난방용 배관의 난방수 순환펌프의 가동을 정지시켜 난방을 중지시킨다(S75).
난방용 열교환기에서 배출된 순환수는 순환수 순환펌프를 통과하여 전극보일러의 용기로 전달된다.
한편, 제어부 중에서 발열이 일어나는 무접점 릴레이 등을 냉각시키기 위하여 순환수 배관을 이용할 수 있다. 즉, 무접점 릴레이를 순환수 순환펌프와 전극보일러의 용기 사이의 저온의 회수 배관과 접촉시켜 열교환을 시킬 수 있다(S90).
이 경우 무접점 릴레이는 저온의 순환수에 의해 냉각이 될 수 있고, 저온의 순환수는 전극보일러의 용기에 들어가기 전에 무접점 릴레이의 폐열을 흡수하여 가열될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 전극보일러 시스템은 열교환기 2개에 의하여 간단하면서 효율적으로 개별난방을 할 수 있고, 폐열을 회수하여 효율이 높으며, 저소음이고, 배관 열손실이 적고, 설비유지보수가 간단한 장점이 있어서, 숙박업소 등의 개별 난방에 적용이 가능할 것이다.
이상에서 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.
200 : 전극보일러
250 : 출수 온도센서
300 : 온수용 열교환기
350 : 순환 온도센서
500 : 난방용 열교환기
550 : 난방수 순환펌프
700 : 순환수 순환펌프
750 : 회수 온도센서
800 : 제어부

Claims (5)

  1. 용기의 순환수에 잠겨있는 전극봉을 구비하는 전극보일러;
    상기 전극보일러에서 배출되는 순환수의 출수 온도를 측정하는 출수 온도센서;
    상기 전극보일러에서 배출된 순환수가 유입되어 온수용 배관의 온수와 열교환할 수 있는 온수용 열교환기;
    상기 온수용 열교환기에서 배출되는 순환수의 순환 온도를 측정하는 순환 온도센서;
    상기 온수용 열교환기에서 배출된 순환수가 유입되어 난방용 배관의 난방수와 열교환할 수 있는 난방용 열교환기;
    상기 난방용 배관의 난방수를 순환시킬 수 있는 난방수 순환펌프;
    상기 난방용 열교환기에서 배출된 순환수를 전극보일러의 용기로 유입시켜 순환하도록 하는 순환수 순환펌프;
    상기 순환수 순환펌프와 상기 전극보일러 사이에 위치하는 회수 배관; 및
    상기 출수 온도에 따라 상기 전극보일러의 가동을 제어하는 제어부;를 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 순환 온도가 순환 기준온도보다 높은 경우에는 상기 난방수 순환펌프를 가동시키고, 상기 순환 온도가 순환 기준온도보다 낮은 경우에는 상기 난방수 순환펌프의 가동을 정지시켜 난방을 일시적으로 중단시키며,
    상기 제어부는, 상기 회수 배관과 접촉하는 무접점 릴레이를 구비하여, 상기 무접점 릴레이를 상기 회수 배관을 흐르는 저온의 순환수에 의해 냉각시키고, 상기 회수 배관을 흐르는 저온의 순환수는 상기 무접점 릴레이의 폐열을 흡수하여 가열될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 전극보일러 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. (a) 출수 온도센서에서 순환수의 출수 온도를 측정하여 출수 기준온도와 비교하는 단계;
    (b) 상기 출수 온도가 출수 기준온도 보다 낮은 경우 전극보일러의 전극봉에 전원을 인가하여 전극보일러의 용기의 순환수를 가열하고, 상기 출수 온도가 출수 기준온도 보다 높은 경우 전극보일러의 전극봉에 인가된 전원을 차단하여 순환수의 가열을 중단하는 단계;
    (c) 상기 전극보일러에서 배출된 순환수를 온수용 열교환기로 전달하는 단계;
    (d) 상기 온수용 열교환기에서 순환수의 열을 이용하여 온수를 덥히는 단계;
    (e) 상기 온수용 열교환기에서 배출된 순환수를 난방용 열교환기로 전달하는 단계;
    (f) 상기 온수용 열교환기에서 배출되는 순환수의 순환 온도를 측정하고 순환 기준온도와 비교하는 단계;
    (g) 상기 순환 온도가 순환 기준온도보다 높은 경우 난방용 배관의 난방수 순환펌프를 가동시켜 상기 난방용 열교환기를 지나는 순환수의 열을 이용하여 난방수를 덥히고, 상기 순환 온도가 순환 기준온도보다 낮은 경우 난방용 배관의 난방수 순환펌프의 가동을 정지시켜 난방을 중지시키는 단계;
    (h) 상기 난방용 열교환기에서 배출된 순환수를 순환수 순환펌프를 이용하여 회수 배관을 통하여 전극보일러의 용기로 전달하는 단계; 및
    (i) 무접점 릴레이를 저온의 순환수가 흐르는 상기 회수 배관에 접촉시켜, 상기 무접점 릴레이를 냉각시키고, 상기 회수 배관을 흐르는 저온의 순환수는 상기 무접점 릴레이의 폐열을 흡수하여 가열되도록 하는 단계;를 포함하는 전극보일러 시스템을 이용한 난방 방법.
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