KR101964398B1 - 통합 배관 시스템 - Google Patents

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KR101964398B1 KR1020180063557A KR20180063557A KR101964398B1 KR 101964398 B1 KR101964398 B1 KR 101964398B1 KR 1020180063557 A KR1020180063557 A KR 1020180063557A KR 20180063557 A KR20180063557 A KR 20180063557A KR 101964398 B1 KR101964398 B1 KR 101964398B1
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임동욱
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주식회사 피치케이블
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Abstract

본 발명의 실시예는 통합 배관 시스템에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 난방 온수 배관과 급탕 온수 배관을 통합하여 난방 온수와 급탕 온수를 2 배관(1개의 공급 배관, 1개의 환수 배관)으로 공급하는 동시에 세대내 열교환기 분산 관리 제어 방식을 이용하여 쾌적하고 편리하며 경제적인 통합 배관 시스템을 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 열원에 의해 가열된 난방 온수를 공급하는 공급 배관; 상기 공급 배관에 유입구가 연결되고, 상기 유입구에 제1,2유출구가 연결된 3방 밸브부; 상기 3방 밸브부의 제1유출구에 연결된 열교환기; 상기 열교환기에 연결되어 급탕 온수를 분배하는 급탕 분배기; 상기 3방 밸브부의 제2유출구에 연결된 난방 분배기; 상기 열교환기 및 상기 난방 분배기에 연결되어 열교환 후 냉각된 난방 온수를 환수하는 환수 배관; 및 상기 급탕 분배기가 동작하면 상기 3방 밸브부를 제어하여 상기 난방 온수가 상기 열교환기로 유입되도록 하고, 상기 급탕 분배기가 동작하지 않으면 상기 3방 밸브부를 제어하여 상기 난방 온수가 상기 난방 분배기로 유입되도록 하는 제어부를 포함하는 통합 배관 시스템을 개시한다.

Description

통합 배관 시스템{Integrated piping system}
본 발명의 실시예는 통합 배관 시스템에 관한 것이다.
최근의 대단지 아파트나 중대규모 빌딩은 개별 난방과 개별 온수 공급 방식이 아닌 단지 전체를 위한 공동의 난방 시설을 설치하여 공동의 배관망을 통하여 각 세대 혹은 각 층에 난방 온수를 공급하고 있으며, 급탕 온수는 공급된 온수와 급수의 열교환을 통하여 적절한 온도로 가열한 이후 배관망을 통하여 각 세대 혹은 각 층에 공급하는 중앙 공급 방식으로 시스템이 구축되고 있다.
이러한 중앙 공급 방식은 많은 수요처를 비교적 효율이 높은 열원 기기를 사용하고 전문적 기술을 갖춘 관리자로 하여 관리토록 함으로써, 개별 방식에 비하여 기기의 경년에 따른 효율 감소에 적극 대응 가능하고, 동시 사용률 적용으로 전체 기기 용량을 축소하고 화력 등을 한곳에 모아 화재와 같은 응급 상황에 대응이 용이한 장점을 갖고 있다.
그러나 중앙 공급 방식은 공급에 따른 시설 면적이 증가하고, 시설비의 규모가 개별 방식에 비하여 커지며, 배관 설비 비용의 증가 그리고 유지 보수 비용 및 시설 운영비 발생으로 민원 발생 여지가 많다.
도 1은 종래 중앙 집중식 난방 및 온수 시스템의 구성을 도시한 블럭도이다.
종래의 중앙 집중식 난방 및 온수 시스템은 외부의 열생산 시설(10)에서 생산된 온수, 중온수, 스팀과 같은 열원이 아파트나 빌딩과 같은 건축물에 마련된 기계실(20)로 공급되고, 기계실로 공급된 열원은 난방용 열교환기(30)와 온수용 열교환기(40)로 공급되어 난방 온수와 급탕 온수가 생산되며, 생산된 난방 온수와 급탕 온수가 각 세대로 공급되는 방식으로 이루어져 있다.
여기서, 난방 온수는 통상 2개의 배관을 통해 각 세대에 공급되고, 급탕 온수 역시 통상 2개의 배관을 통해 각 세대에 공급되며, 가열되지 않은 급수는 1개의 배관을 통해 각 세대에 공급된다.
한편 기계실(20)에는 난방용 열교환기(30) 및 급탕 온수용 열교환기(40) 외에도 급수 펌프(50)와 난방 순환 펌프(31) 및 급탕 온수 순환 펌프(41) 등의 설비가 구비되며, 기계실에서 생산된 난방 온수와 급탕 온수는 기계실 배관 및 공동구 배관 그리고 각 건축물에 마련된 횡주관과 입상주관을 거쳐 각 세대로 공급된다.
그러나 상기와 같은 종래의 시스템은 기계실에서 생산된 급탕 온수가 각 세대로 공급됨에 있어서, 기계실 배관과 공동구 배관, 그리고 지하 횡주용 배관과 입상 배관을 통하여 먼 거리를 유동해야만 함으로써 배관을 통한 열손실이 크고(통상 전체 온수 공급 에너지의 10~30%까지 손실되는 것으로 확인되고 있음), 난방 온수 이송을 위한 전력 소모가 크며, 기계실과 각 세대를 연결하기 위한 배관 설비 비용이 많이 소요되어 건축 공사비 상승의 원인이 되고, 중대형 열교환기의 설치와 배관설비로 인하여 기계실, 공동구, 지하가, 입상용 파이프, 및 덕트 공간 확보로 인하여 건축물의 유효공간이 축소되는 문제점을 가지고 있다
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 기존의 중앙 난방이나 지역 난방 아파트가 중앙 열원(기계실)의 열 공급원으로부터 예를 들면 4 배관 시스템(2개의 난방 배관, 2개의 온수 배관)으로 난방 온수와 급탕 온수를 분리하여 공급하였으나, 난방 배관과 온수 배관을 통합하여 난방과 온수를 2 배관(1개의 공급 배관, 1개의 환수 배관)으로 공급하는 동시에 세대내 열교환기 분산 관리 제어 방식을 이용하여 쾌적하고 편리하며 경제적인 통합 배관 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 통합 배관 시스템은 열원에 의해 가열된 난방 온수를 공급하는 공급 배관; 상기 공급 배관에 유입구가 연결되고, 상기 유입구에 제1,2유출구가 연결되어 이루어진 3방 밸브부; 상기 3방 밸브부의 제1유출구에 연결된 열교환기; 상기 열교환기에 연결되어 급탕 온수를 분배하는 급탕 분배기; 상기 3방 밸브부의 제2유출구에 연결되어 난방 온수를 분배하는 난방 분배기; 상기 열교환기 및 상기 난방 분배기에 연결되어 열교환 후 냉각된 난방 온수를 환수하는 환수 배관; 및 상기 급탕 분배기가 동작하면 상기 3방 밸브부를 제어하여 상기 난방 온수가 상기 열교환기로 유입되도록 하고, 상기 급탕 분배기가 동작하지 않으면 상기 3방 밸브부를 제어하여 상기 난방 온수가 상기 난방 분배기로 유입되도록 하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 열교환기에는 5℃ 내지 15℃의 급수가 공급된 후 열교환되어 상기 급탕 온수가 상기 급탕 분배기에 제공되도록 하는 급수관이 연결될 수 있다.
상기 열교환기와 상기 급탕 분배기의 사이에 연결된 급탕 유량 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 급탕 유량 센서로부터 획득한 급탕 유량에 의해 상기 급탕 분배기의 동작 여부를 판단할 수 있다.
상기 제어부는 상기 급탕 유량 센서로부터 획득한 급탕 온수 유량에 비례하여 상기 3방 밸브부의 제1유출구의 개도를 0% 내지 100%로 제어할 수 있다.
상기 제어부는 상기 급탕 유량 센서로부터 획득한 급탕 온수 유량에 반비례하여 상기 3방 밸브부의 제2유출구의 개도를 100% 내지 0%로 제어할 수 있다.
상기 제어부는 상기 급탕 분배기가 동작하다가 동작을 중지하면 미리 정해진 기준 시간 이후에 상기 3방 밸브부를 제어하여 상기 난방 온수가 상기 난방 분배기로 유입되도록 할 수 있다.
상기 3방 밸브부와 상기 난방 분배기의 사이에 설치된 난방 온수 유량 센서 및 전동 밸브를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 난방 온수 유량 센서로부터 획득한 난방 온수 유량 정보에 기초하여 상기 전동 밸브의 개도를 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예는 기존의 중앙 난방이나 지역 난방 아파트가 중앙 열원(기계실)의 열 공급원으로부터 예를 들면 4 배관 시스템(2개의 난방 배관, 2개의 온수 배관)으로 난방 온수와 급탕 온수를 분리하여 공급하였으나, 난방 배관과 온수 배관을 통합하여 난방 온수와 급탕 온수를 2 배관(1개의 공급 배관, 1개의 환수 배관)으로 공급하는 동시에 세대내 열교환기 분산 관리 제어 방식을 이용하여 쾌적하고 편리하며 경제적인 통합 배관 시스템을 제공한다.
일례로, 본 발명의 실시예는 난방 온수를 공급하는 1개의 공급 배관으로부터 난방 분배기를 동작시키는 난방 온수를 얻고, 또한 열교환기를 이용하여 난방 온수로부터 급수를 데워 급탕 분배기를 동작시키는 급탕 온수를 얻을 수 있는 통합 배관 시스템을 제공한다. 또한, 일례로, 본 발명의 실시예는 급탕 온수 유량을 감안하여, 난방 분배기 및 열교환기의 전단에 연결된 3방 밸브부의 개도 각도를 제어함으로써, 열손실이 적은 최적의 급탕 온수 및 난방 온수를 얻을 수 있게 된다. 더불어, 이러한 난방 분배기 및 열교환기를 거쳐 냉각된 물은 환수 배관을 통해 환수되며, 결국 본 발명의 실시예는 2배관, 즉, 난방 온수 공급 배관 및 환수 배관만이 필요한 경제적인 통합 배관 시스템을 제공하게 된다.
도 1은 종래 중앙 집중식 난방 및 온수 시스템의 구성을 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 통합 배관 시스템의 구성을 도시한 개략도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 통합 배관 시스템중에서 3방 밸브부의 일례를 개략적으로 도시한 정면도 및 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 통합 배관 시스템의 PID 제어도를 도시한 블럭도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 통합 배관 시스템의 구성을 도시한 개략도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 통합 배관 시스템중 열교환기의 일례를 도시한 분해 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
또한, 본 발명에 따른 제어부(컨트롤러) 및/또는 다른 관련 기기 또는 부품은 임의의 적절한 하드웨어, 펌웨어(예를 들어, 주문형 반도체), 소프트웨어, 또는 소프트웨어, 펌웨어 및 하드웨어의 적절한 조합을 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 제어부(컨트롤러) 및/또는 다른 관련 기기 또는 부품의 다양한 구성 요소들은 하나의 집적회로 칩 상에, 또는 별개의 집적회로 칩 상에 형성될 수 있다. 또한, 제어부(컨트롤러)의 다양한 구성 요소는 가요성 인쇄 회로 필름 상에 구현 될 수 있고, 테이프 캐리어 패키지, 인쇄 회로 기판, 또는 제어부(컨트롤러)와 동일한 서브스트레이트 상에 형성될 수 있다. 또한, 제어부(컨트롤러)의 다양한 구성 요소는, 하나 이상의 컴퓨팅 장치에서, 하나 이상의 프로세서에서 실행되는 프로세스 또는 쓰레드(thread)일 수 있고, 이는 이하에서 언급되는 다양한 기능들을 수행하기 위해 컴퓨터 프로그램 명령들을 실행하고 다른 구성 요소들과 상호 작용할 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령은, 예를 들어, 랜덤 액세스 메모리와 같은 표준 메모리 디바이스를 이용한 컴퓨팅 장치에서 실행될 수 있는 메모리에 저장된다. 컴퓨터 프로그램 명령은 또한 예를 들어, CD-ROM, 플래시 드라이브 등과 같은 다른 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(non-transitory computer readable media)에 저장될 수 있다. 또한, 본 발명에 관련된 당업자는 다양한 컴퓨팅 장치의 기능이 상호간 결합되거나, 하나의 컴퓨팅 장치로 통합되거나, 또는 특정 컴퓨팅 장치의 기능이, 본 발명의 예시적인 실시예를 벗어나지 않고, 하나 이상의 다른 컴퓨팅 장치들에 분산될 수 될 수 있다는 것을 인식해야 한다.
더불어, 이하의 설명에서 종래 기술과 중복되는 내용은 생략하고, 본 발명에 관련된 내용만을 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 통합 배관 시스템(100)의 구성을 도시한 개략도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 통합 배관 시스템(100)은 공급 배관(110), 3방 밸브부(120), 열교환기(130), 급탕 분배기(140), 난방 분배기(150), 환수 배관(160) 및 제어부(170)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 통합 배관 시스템(100)은 급탕 온수 유량 센서(180) 및 열량계(190)를 더 포함할 수 있다.
또한, 3방 밸브부(120), 열교환기(130), 제어부(170) 및 급탕 온수 유량 센서(180)가 하나의 세대 유니트로 정의될 수도 있다. 비록, 도면에서 하나의 세대 유니트가 도시되어 있으나, 이러한 세대 유니트는 공급 배관(110) 및 환수 배관(160)에 병렬로 다수가 연결될 수 있다.
공급 배관(110)은 외부 열원으로부터 가열된 난방 온수가 각 세대 유니트마다 공급되도록 한다. 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 대략 60℃ 내지 65℃의 온도로 가열된 난방 온수가 공급 배관(110)을 통해 각 세대 유니트에 공급될 수 있다.
3방 밸브부(120)는 하나의 유입구(120a)와 두개의 제1,2유출구(121,122)를 포함하며, 제1,2유출구(121,122)의 개도는 제어부(170)에 의해 상호간 연동하여 또는 상호간 독립적으로 제어될 수 있다.
3방 밸브부(120)의 유입구(120a)는 공급 배관(110)에 유입관(200)을 통해 연결될 수 있고, 3방 밸브부(120)의 제1유출구(121)는 제1유출관(201)을 통해 열교환기(130)에 연결될 수 있으며, 또한 3방 밸브부(120)의 제2유출구(122)는 제2유출관(202)을 통해 난방 분배기(150)에 연결될 수 있다.
열교환기(130)는 상술한 바와 같이 제1유출관(201)을 통해 3방 밸브부(120)의 제1유출구(121)에 연결될 수 있으며, 또한 배출관(203)을 통해 환수 배관(160)에 연결될 수 있다.
이와 같이 하여, 3방 밸브부(120)를 통해 유입된 난방 온수가 열교환기(130)를 통하여 열교환된 후 배출관(203)을 통해 환수 배관(160)으로 환수될 수 있다. 또한, 열교환기(130)에 급수관(204)을 통해, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 대략 5℃ 내지 15℃의 급수가 열교환기(130)에 공급될 수 있다. 또한, 열교환기(130)는 급탕 배출관(205)을 통해 급탕 온수를 급탕 분배기(140)에 공급할 수 있다.
즉, 열교환기(130)는 대략 60℃ 내지 65℃의 난방 온수를 공급받아서, 대략 5℃ 내지 15℃의 급수를 대략 60℃ 내지 65℃의 급탕 온수로 열교환하여 급탕 분배기(140)에 공급할 수 있다.
급탕 분배기(140)는 상술한 바와 같이 급탕 배출관(205)을 통해 열교환기(130)에 연결됨으로써, 급탕 온수를 공급받고 이를 필요로 하는 각종 개소에 분배하여 공급한다. 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 급탕 분배기(140)에 샤워기, 주방 씽크, 세면기 등이 연결되어 있으며, 사용자가 이들 중 어느 하나를 조작하였을 경우 동작하게 된다.
난방 분배기(150)는 상술한 바와 같이 제2유출관(202)을 통해 3방 밸브부(120)의 제2유출구(122)에 연결됨으로써, 난방 온수를 공급받고 이를 필요로 하는 각종 난방 개소에 분배하여 공급한다. 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 난방 분배기(150)에 거실, 안방, 큰방, 작은 방 등의 바닥 난방 배관 등이 연결되어 있으며, 사용자가 이들 중 어느 하나를 조작하였을 경우 동작하게 된다. 더불어, 난방 분배기(150)는 난방 배출관(206)을 통해 최종적으로 배출관(203)에 연결될 수 있다.
환수 배관(160)은 배출관(203)을 통해 열교환기(130) 및 난방 분배기(150)에 연결되어 열교환기(130) 및/또는 난방 분배기(150)에 의해 열교환되어 냉각된 난방 온수를 환수한다.
제어부(170)는 기본적으로 급탕 분배기(140)가 동작하면 3방 밸브부(120)를 제어하여 난방 온수가 전부 열교환기(130)로 유입되도록 하고, 급탕 분배기(140)가 동작하지 않으면 3방 밸브부(120)를 제어하여 난방 온수가 전부 난방 분배기(150)로 유입되도록 할 수 있다.
한편, 급탕 유량 센서(180)는 열교환기(130)와 급탕 분배기(140)의 사이 즉, 급탕 배출관(205)에 설치되어, 열교환기(130)로부터 급탕 분배기(140)로 흐르는 급탕 온수의 유량을 센싱한다. 이와 같이 센싱된 급탕 온수의 유량 정보는 제어부(170)에 전송된다.
이와 같이 하여, 제어부(170)는 실질적으로 급탕 유량 센서(180)로부터 획득한 급탕 유량에 의해 급탕 분배기(140)의 동작 여부를 판단할 수 있게 된다.
일례로, 한정하는 것은 아니지만, 제어부(170)는 급탕 유량 센서(180)로부터 획득한 급탕 온수 유량에 비례하여 3방 밸브부(120)의 제1유출구(121)의 개도를 대략 0% 내지 100%로 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(170)는 급탕 유량 센서(180)를 통해 급탕 온수 유량이 없다고 판단될 경우 3방 밸브부(120)의 제1유출구(121)의 개도를 대략 0%로 제어하고(폐색하고), 급탕 온수 유량이 증가하면 이에 따라 3방 밸브부(120)의 제1유출구(121)의 개도를 점차 증가시켜 100%에 이르도록 할 수 있다(부분적으로 개방시키거나 완전히 개방시킨다). 따라서 제어부(170)는 사용자가 실제로 사용하는 급탕 유량에 최적화된 난방 온수의 유량이 열교환기(130)에 공급되도록 할 수 있다.
물론, 제어부(170)는 3방 밸브부(120)를 2가지 모드 즉, 완전 폐색 또는 완전 개방 상태로 제어할 수 있다. 다르게 설명하면, 제어부(170)는 급탕 유량 센서(180)로부터 획득한 급탕 온수 유량이 없다고 판단되면, 3방 밸브부(120)의 제1유출구(121)를 완전히 폐색하도록 제어할 수 있고, 또한 급탕 유량 센서(180)로부터 획득한 급탕 온수 유량이 있다고 판단되면(유량에 관계없이), 3방 밸브부(120)의 제1유출구(121)를 완전히 개방하도록 제어할 수 있다. 이와 같이 하여, 본 발명은 간단한 알고리즘으로 3방 밸브부(120)의 제1유출구(121)에 대한 폐색 및 개방 상태를 제어할 수 있다.
다른 예로, 한정하는 것은 아니지만, 제어부(170)는 급탕 유량 센서(180)로부터 획득한 급탕 온수 유량에 반비례하여 3방 밸브부(120)의 제2유출구(122)의 개도를 100% 내지 0%로 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(170)는 급탕 유량 센서(180)를 통해 급탕 온수 유량이 없다고 판단될 경우 3방 밸브부(120)의 제2유출구(122)의 개도를 100%로 제어하고(개방하고), 급탕 온수 유량이 증가하면 이에 따라 3방 밸브부(120)의 제2유출구(122)의 개도를 점차 감소시켜 0%에 이르도록 할 수 있다(부분적으로 폐색시키거나 완전히 폐색시킨다). 따라서 제어부(170)는 사용자가 실제로 사용하는 급탕 유량에 최적화된 난방 온수의 유량이 난방 분배기(150)에 공급되도록 할 수 있다.
물론, 제어부(170)는 3방 밸브부(120)를 2가지 모드 즉, 완전 폐색 또는 완전 개방 상태로 제어할 수 있다. 다르게 설명하면, 제어부(170)는 급탕 유량 센서(180)로부터 획득한 급탕 온수 유량이 없다고 판단되면, 3방 밸브부(120)의 제2유출구(122)를 완전히 개방하도록 제어할 수 있고, 또한 급탕 유량 센서(180)로부터 획득한 급탕 온수 유량이 있다고 판단되면(유량에 관계없이), 3방 밸브부(120)의 제2유출구(122)를 완전히 폐색하도록 제어할 수 있다. 이와 같이 하여, 본 발명은 간단한 알고리즘으로 3방 밸브부(120)의 제2유출구(122)에 대한 개방 및 폐색 상태를 제어할 수 있다.
여기서, 상술한 바와 같이 제어부(170)는 3방 밸브부(120)의 제1유출구(121) 및 제2유출구(122)에 대한 개도를 상호간 연동시켜 제어하거나, 또는 상호간 독립적으로 제어할 수 있다. 따라서, 본 발명은 열교환기(130) 및 난방 분배기(150)를 더욱 효율적으로 제어할 수 있다.
더불어, 제어부(170)는 급탕 분배기(140)가 동작하다가 동작을 중지하면 미리 정해진 기준 시간 이후에 3방 밸브부(120)를 제어하여 난방 온수가 난방 분배기(150)로 유입되도록 할 수 있다. 즉, 제어부(170)는 급탕 분배기(140)가 동작하다가 동작을 중지하면 바로 3방 밸브부(120)의 제1유출구(121)를 폐색하는 것이 아니라, 미리 정해진 시간(예를 들면, 30초 내지 5분) 이후에 3방 밸브부(120)의 제1유출구(121)를 폐색하도록 한다. 이는 사용자가 샤워기, 주방 씽크, 세면기 등의 사용 시 일정 간격을 두고 사용, 중지 및 사용을 반복할 경우가 있는데, 이때 재사용시 바로 급탕 온수가 공급되도록 하기 위함이다.
또한, 환수 배관(160)에 연결된 최종 배출관(203)에 열량계(190)가 더 설치될 수 있으며, 이를 통해 각 세대 유니트별 난방 온수 사용량을 집계할 수 있도록 한다.
이와 같이 하여 본 발명의 실시예는 기존의 중앙 난방이나 지역 난방 아파트가 중앙 열원(기계실)의 열 공급원으로부터 예를 들면 4 배관 시스템(2개의 난방 배관, 2개의 온수 배관)으로 난방 온수와 급탕 온수를 분리하여 공급하였으나, 난방 배관과 온수 배관을 통합하여 난방 온수와 급탕 온수를 2 배관(1개의 공급 배관(110), 1개의 환수 배관(160))으로 공급하는 동시에 세대내 열교환기(130)의 분산 관리 제어 방식을 이용하여 쾌적하고 편리하며 경제적인 통합 배관 시스템(100)을 제공하게 된다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 통합 배관 시스템(100)중에서 3방 밸브부(120)의 일례를 개략적으로 도시한 정면도 및 평면도이다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 3방 밸브부(120)는 3방향에 각각 구비된 유출입구의 유로를 독립적으로 제어할 수 있다. 3방 밸브부(120)는, 밸브 하우징(123), 제1밸브 유닛(124) 및 제2밸브 유닛(125)을 포함할 수 있다.
밸브 하우징(123)은 3방향으로 연장될 수 있다. 밸브 하우징(123)의 3방향으로 연장된 단부들에는 유입구(120a), 제1유출구(121) 및 제2유출구(122)가 형성될 수 있다. 유입구(120a), 제1유출구(121) 및 제2유출구(122)를 통하여 밸브 하우징(123)의 내부로 난방 온수가 유입되거나 밸브 하우징(123)의 외부로 난방 온수가 유출될 수 있다.
밸브 하우징(123)이 연장하는 3방향은, 제1방향과, 제1방향을 기준으로 제1방향에 서로 교차하고 동일선상에 위치되는 제2방향과 제3방향을 포함할 수 있다. 다시 말하면, 제1방향으로 유입구(120a)가, 제2방향으로 제1유출구(121)가, 제3방향으로 제2유출구(122)가 밸브 하우징(123)에 각각 형성되어, 유입구(120a)를 기준으로 제1유출구(121) 및 제2유출구(122)는 서로 대향되게 동일선상에 위치할 수 있다.
제1밸브 유닛(124)은 제1유출구(121)에 설치되어 제1유출구(121)의 개도(개방의 정도)를 조절하여 제1유출구(121)의 유로를 개방 또는 폐쇄할 수 있다. 제1밸브 유닛(124)은, 제1유로(124a)를 포함하는 제1밸브 시트(124b), 제1밸브 스템(124c) 및 제1구동기(124d)를 포함할 수 있다 제1밸브 스템(124c)은, 제1유출구(121)의 내부에 이동 가능하게 설치되어 제1유로(124a)를 개방 또는 폐쇄할 수 있다. 제1구동기(124d)는, 제1밸브 스템(124c)을 제1밸브 시트(124b)에 대하여 이동시켜 제1유로(124a)의 개도를 조절하여 제1유출구(121)의 유로를 개방 또는 폐쇄할 수 있다.
제2밸브 유닛(125)은 제2유출구(122)에 설치되어 제2유출구(122)의 개도를 조절하여 제2유출구(122)의 유로를 개방 또는 폐쇄할 수 있다 제2밸브 유닛(125)은, 제2유로(125a)를 포함하는 제2밸브 시트(125b), 제2밸브 스템(125c) 및 제2구동기(125d)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1밸브 유닛(124) 및/또는 제2밸브 유닛(125)은 글로브 밸브(glove valve), 볼 밸브(ball valve) 또는 나비 형태의 밸브일 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 제1밸브 유닛(124) 및 제2밸브 유닛(125)이 독립적으로 작동하면서 제1유출구(121) 및 제2유출구(122)의 유로가 각각 제어될 수 있다. 다시 말하면, 제1유출구(121) 및 제2유출구(122)의 선택적인 개방 또는 선택적인 폐쇄, 동시적인 개방 또는 동시적인 폐쇄가 가능하고, 제1유출구(121) 및 제2유출구(122)의 개도가 독립적으로 제어될 수 있다.
밸브 하우징(123)은 밸브 하우징(123)의 내부로 유동하는 난방 온수의 온도를 감지할 수 있는 제1온도 센서(124e) 및 제2온도 센서(125e)를 더 포함할 수 있다. 제1온도 센서(124e)는, 제1유출구(121)에 설치되어 제1유출구(121)를 통과하는 난방 온수의 온도를 감지할 수 있다. 제1온도 센서(124e)는, 제1유출구(121)와 함께 일체형으로 밸브 하우징(123)의 내부에 위치될 수 있다. 제2온도 센서(125e)는, 제2유출구(122)에 설치되어 제2유출구(122)를 통과하는 난방 온수의 온도를 감지할 수 있다. 제2온도 센서(125e)는, 제2유출구(122)와 함께 일체형으로 밸브 하우징(123)의 내부에 위치될 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 제1밸브 유닛(124) 및 제2밸브 유닛(125)의 작동에 의하여 제1유출구(121) 및 제2유출구(122)의 유로를 제어할 때, 제1유출구(121) 및/또는 제2유출구(122)를 통하여 밸브 하우징(123)의 내부로 유동하는 난방 온수의 온도를 정확하게 감지함으로써, 제1유출구(121)의 개도 및/또는 제2유출구(122)의 개도를 정확하게 제어할 수 있다.
3방 밸브부(120)는 도 3a 내지 도 3b의 예시에 한정되지 않고 다양한 방식으
로 구현될 수 있음은 물론이다 예를 들어, 3방 밸브부(120)는 하나의 밸브 하우징(123)의 2개의 유출구(121)에 각각 설치된 밸브 유닛으로 구현될 수도 있고, 하나의 밸브 유닛으로 2개 유출구의 개방과 폐색을 제어할 수도 있고, 독립적인 밸브 유닛이 각 유출구에 독립적으로 설치되어 구현될 수도 있다 3방 밸브부(120)는 각 유출구(121, 122)의 밸브 개도를 상호 연동 또는 독립적으로 조절하여 물 흐름을 제어할 수 있기만 하면 된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 통합 배관 시스템(100)의 PID 제어도를 도시한 블럭도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 통합 배관 시스템(100), 다르게 설명하면, 제어부(170)는 급탕 온수 유량 센서(180)를 통하여 급탕 온수의 유량을 획득하고, 3방 밸브부(120)의 제1유출구(121)의 제1온도 센서(124e)로부터 제1유출구(121)를 통과하는 제1온수의 제1온도를 획득하며, 또한 3방 밸브부(120)의 제2유출구(122)의 제2온도 센서(125e)로부터 제2유출구(122)를 통과하는 제2온수의 제2온도를 획득한다.
이어서, 제어부(170)는 미리 설정된 급탕 온수 유량과, 제1유출구(121)의 제1온도와, 제2유출구(122)의 제2온도에 따른 제1유출구(121)의 개도 및/또는 제2유출구(122)의 개도를 PID 제어할 수 있다. 즉, 제어부(170)는 제1유출구(121)에 설치된 제1밸브 유닛(124)을 제어하여, 제1유출구(121)의 개도가 조절되도록 하며, 그리고/또는 제2유출구(122)에 설치된 제2밸브 유닛(130)을 제어하여, 제2유출구(122)의 개도가 조절되도록 한다. 물론, 이러한 제1밸브 유닛(120) 및 제2밸브 유닛(130)은 PID 제어에 연동하는 PWM 신호로 제어될 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 통합 배관 시스템(100)은 사용자가 샤워, 주방 씽크 및/또는 세면기를 조작하게 되면, 급탕 온수 유량을 파악하는 동시에 3방 밸브부(120)의 제1유출구(121) 및 제2유출구(122)를 통한 난방 온수의 제1,2온도를 고려하여, 3방 밸브부(120)의 개구 각도(즉, 제1유출구(121) 및/또는 제2유출구(122)의 개구 각도)를 최적화시킴으로써, 사용자가 원하는 유량의 급탕 온수가 신속하게 공급되도록 한다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 통합 배관 시스템(100)은 난방 배관과 온수 배관을 통합하여 난방 온수와 급탕 온수를 2 배관(1개의 공급 배관(110), 1개의 환수 배관(160))으로 공급하는 동시에 세대내 열교환기(130)의 분산 관리 제어 방식을 이용하여 쾌적하고 편리하며 경제적인 통합 배관 시스템(100)을 제공하게 된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 통합 배관 시스템(300)의 구성을 도시한 개략도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 통합 배관 시스템(300)은 3방 밸브부(120)와 난방 분배기(150)의 사이에 설치된 난방 온수 유량 센서(310) 및 전동 밸브(320)를 더 포함할 수 있다.
이와 같이 하여, 제어부(170)는 난방 온수 유량 센서(310)로부터 획득한 난방 온수 유량 정보에 기초하여 전동 밸브(320)의 개도(0% 내지 100%)를 제어함으로써, 난방 온수의 유량을 정확하게, 예를 들면, 대략 1 내지 7 lpm으로 제어 가능하다.
물론, 상술한 바와 같이, 3방 밸브부(120)의 제2유출구(122)의 개도를 제1유출구(121)의 개도와 독립적으로 제어 가능하기 때문에, 상술한 전동 밸브(320)없이, 3방 밸브부(120)의 제2유출구(122)의 개도를 직접 제어하여 상술한 효과를 얻을 수도 있다.
한편, 도 3과 도 5에 도시되지는 않았지만, 본 발명의 실시예에 따른 통합 배관 시스템(100)은 급수관(204)에 장착되어 급수관(204)을 통과하는 물의 온도를 계측하는 온도센서(미도시)를 더 포함할 수 있다.
열교환기(130)는 제1유출관(201)을 흐르는 온수의 열로 급수관(204)을 통과하는 물의 온도를 올리는 역할을 수행하며, 최종적으로 가열되어 급탕 배출관(205)을 흐르는 물의 온도는 제1유출관(201)의 온수와 급수관(204)의 급수의 열평형 상태의 온도가 될 것이다. 급수관(204)을 통과하는 물의 온도에 따라 급탕 배출관(205)을 통과하는 물의 온도가 일정하지 않을 수 있으며, 계절 변화, 예를 들어 여름과 겨울에 급탕 배출관(205)을 통과하는 물의 온도가 다소 차이가 날 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 통합 배관 시스템(100)의 제어부(170)는 급수관(204)을 통과하는 물의 온도에 따라 제1유출구(121)의 개도를 탄력적으로 조정할 수 있으며, 바람직하게는 급수관(204)을 통과하는 물의 온도와 제1유출구의(121)의 개도가 반비례 관계가 되도록 제1유출구의(121)의 개도를 제어할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 통합 배관 시스템(100)중 열교환기(130)의 일례를 도시한 분해 사시도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 통합 배관 시스템(100)은 열교환기(130)로서 판형 열교환기가 이용될 수 있다.
열교환기(130)는 일측에 고정된 고정 프레임(131)과, 타측에 움직일 수 있는 이동 프레임(132)과, 고정 프레임(131) 및 이동 프레임(132)의 사이에 스택된 다수의 전열판(133)을 포함할 수 있다. 여기서, 전열판(133)중 난방 온수 및 급수가 통과하는 통과홀에 각각 가스켓(134)이 결합될 수 있다.
또한, 열교환기(130)는 고정 프레임(131)과 이동 프레임(132)의 하단에 설치된 가이드 바(135)와, 고정 프레임(131)과 이동 프레임(132)의 상단에 설치된 캐링 바(136)와, 이동 프레임(132)의 후단에 설치된 서포트(137)와, 고정 프레임(131)과 이동 프레임(132)을 고정하는 다수의 고정 볼트(138)를 포함할 수 있다.
여기서, 고정 프레임에 제1유출관(201) 및 배출관(203)이 결합될 수 있고, 또한 급수관(204)및 급탕 배출관(205)이 연결될 수 있다.
이와 같이 하여, 제1유출관(201)으로부터 유입된 난방 온수 및 급수관(204)으로부터 유입된 급수가 여러겹으로 설치된 전열판(133) 사이로 서로 교대로 흐르게 됨으로써 열교환을 하게 된다. 이러한 전열판(133)은 주름살(corrugation)이 있어 레이놀드(Reynolds) 수가 낮은 경우에도 난류를 유발하게 함으로서 전열 효율이 높은 장점이 있다. 더욱이, 이러한 판형 열교환기(130)는 일반적으로 많이 사용되는 관형 열교환기에 비해 대류 열전달계수가 2~4배에 달한다.
여기서, 전열판(133)의 재질은 난방 온수의 종류에 따라 선정될 수 있나, 대체로 SUS304, SUS316, 티타늄, 인클로이(Incoloy)825, 모넬(Monel)400 등이 이용될 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 통합 배관 시스템을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100; 통합 배관 시스템
110; 공급 배관 120; 3방 밸브부
120a; 유입구 121; 제1유출구
122; 제2유출구 123; 밸브 하우징
124; 제1밸브유닛 124a; 제1유로
124b; 제1밸브시트 124c; 제1밸브스템
124d; 제1구동기 124e; 제1온도 센서
125; 제2밸브유닛 125a; 제2유로
125b; 제2밸브시트 125c; 제2밸브스템
125d; 제2구동기 125e; 제2온도 센서
130; 열교환기 140; 급탕 분배기
150; 난방 분배기 160; 환수 배관
170; 제어부 180; 급탕 온수 유량 센서
190; 열량계 200; 유입관
201; 제1유출관 202; 제2유출관
203; 배출관 204;급수관
205; 급탕 배출관 206; 난방 배출관
300; 통합 배관 시스템 310; 난방 온수 유량 센서
320; 전동 밸브

Claims (7)

  1. 열원에 의해 가열된 난방 온수를 공급하는 공급 배관;
    상기 공급 배관에 유입구가 연결되고, 상기 유입구에 제1,2유출구가 연결되어 이루어진 3방 밸브부;
    상기 3방 밸브부의 제1유출구에 연결된 열교환기;
    상기 열교환기에 연결되어 급탕 온수를 분배하는 급탕 분배기;
    상기 3방 밸브부의 제2유출구에 연결되어 난방 온수를 분배하는 난방 분배기;
    상기 열교환기 및 상기 난방 분배기에 연결되어 열교환 후 냉각된 난방 온수를 환수하는 환수 배관; 및
    상기 급탕 분배기가 동작하면 상기 3방 밸브부를 제어하여 상기 난방 온수가 상기 열교환기로 유입되도록 하고, 상기 급탕 분배기가 동작하지 않으면 상기 3방 밸브부를 제어하여 상기 난방 온수가 상기 난방 분배기로 유입되도록 하는 제어부를 포함하고,
    상기 열교환기에 연결되어 급수가 공급된 후 열교환되어 상기 급탕 온수가 상기 급탕 분배기에 제공되도록 하는 급수관과, 상기 급수관에 장착되어 상기 급수의 온도를 센싱하는 급수 온도 센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 급수 온도 센서로 얻은 급수 온도에 반비례하여 상기 제1유출구의 개도 각도를 제어함을 특징으로 하는 통합 배관 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 급수의 온도는 5℃ 내지 15℃인 것을 특징으로 하는 통합 배관 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 열교환기와 상기 급탕 분배기의 사이에 연결된 급탕 유량 센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 급탕 유량 센서로부터 획득한 급탕 유량에 의해 상기 급탕 분배기의 동작 여부를 판단함을 특징으로 하는 통합 배관 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 급탕 유량 센서로부터 획득한 급탕 온수 유량에 비례하여 상기 3방 밸브부의 제1유출구의 개도를 0% 내지 100%로 제어함을 특징으로 하는 통합 배관 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 급탕 유량 센서로부터 획득한 급탕 온수 유량에 반비례하여 상기 3방 밸브부의 제2유출구의 개도를 100% 내지 0%로 제어함을 특징으로 하는 통합 배관 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 급탕 분배기가 동작하다가 동작을 중지하면 미리 정해진 기준 시간 이후에 상기 3방 밸브부를 제어하여 상기 난방 온수가 상기 난방 분배기로 유입되도록 함을 특징으로 하는 통합 배관 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 3방 밸브부와 상기 난방 분배기의 사이에 설치된 난방 온수 유량 센서 및 전동 밸브를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 난방 온수 유량 센서로부터 획득한 난방 온수 유량 정보에 기초하여 상기 전동 밸브의 개도를 제어함을 특징으로 하는 통합 배관 시스템.
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