KR101982469B1 - 열교환 효율이 증대된 스팀 온수보일러 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스팀 온수보일러 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 이중가열을 통해 생산된 고온의 스팀을 스팀탱크(36)에 저장하고, 스팀탱크(36)에 저장된 고온의 스팀은 저유탱크(35)에 저장된 유체를 가열하고 열교환 파이프(33)에 분사됨으로써 순간 온수가 가능하고 열교환 효율이 증대된 스팀 온수보일러 시스템에 관한 것이다. 이러한 본 발명은 내부 공간에 유입된 유체를 가열하여 스팀을 발생시키는 제1가열탱크(10); 상기 제1가열탱크(10)에서 발생한 스팀을 추가 가열하여 고온의 스팀을 생성하는 제2가열탱크(20); 및 열교환유닛(31)의 일부가 유체에 잠겨지도록 내부 공간에 유체가 저장되는 저유탱크(35)와, 상기 제2가열탱크(20)에서 발생된 고온 스팀을 공급받아 상기 저유탱크(35)의 유체를 가열하도록 상기 제2가열탱크(20)에 연결되고 상기 저유탱크(35)의 유체에 수장되는 스팀탱크(36)를 포함하는 열교환부(30);를 포함한다.

Description

열교환 효율이 증대된 스팀 온수보일러 시스템 {STEAM HOT WATER BOILER SYSTEM WITH INCREASED HEAT EXCHANGE EFFICIENCY}
본 발명은 스팀 온수보일러 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 제1가열탱크에 구비된 히터를 통해 유체를 가열하여 발생한 스팀을 제2가열탱크에서 추가 가열하여 고온의 스팀을 생성하여 스팀탱크에 저장하고, 스팀탱크에 저장된 고온 고압의 스팀은 저유탱크에 저장된 유체를 가열하고 열교환파이프에 분사됨으로써 열효율을 증대시켜 순간 온수 구현이 가능하고, 제1가열탱크 내의 유체 부족 시 저유탱크에 저장된 응축수를 공급받아 재사용하므로 유체의 재가열을 빠르게 할 수 있는 열교환 효율이 증대된 스팀 온수보일러 시스템에 관한 것이다.
온수 보일러는 급수를 사용 압력에 상당하는 포화온도보다 조금 낮은 온도까지 가열하여 온수를 공급하는 보일러를 의미하며, 일반적으로 온수난방, 급탕, 일반 가열용으로 사용된다.
온수 보일러는 열원에 따라 여러 형태의 수조로 구성되고 있으며, 수조의 물이 가열되어 난방 또는 온수를 공급하게 되는데, 이러한 온수 보일러는 열 손실을 최소화하고 온수를 효율적으로 가열하여 제공하기 위해 다양한 온수 보일러의 개발이 이루어지고 있다.
그 중 고온의 스팀을 이용하여 온수를 가열하는 스팀 온수보일러가 있는데, 스팀 온수보일러는 통상적으로 하부에 구비된 전기식 히터를 통해 물을 가열하여 상부에 발생한 스팀을 공급하여 온수를 생성하는 구성으로 이루어진다.
스팀 온수보일러는 유류를 연소하여 온수를 생성하는 기름 보일러에 비하여 경제적인 장점이 있으나, 물의 열 전도율은 낮기 때문에 물을 가열하여 스팀을 생성하는데 에너지가 많이 소모되고 온수를 가열하는데 오랜 시간이 소요되기 때문에 보일러의 효율이 낮고, 배관에 고압이 가해지므로 유지보수가 어려운 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 대한민국 등록실용신안 제20-0428272호 "스팀가열부가 보강된 스팀가열식 전기보일러"에는 열효율을 높이고 에너지를 절약할 수 있는 난방 및 온수공급용 스팀가열식 전기보일러가 개시되었다.
이러한 종래 기술은 고온 고압의 수증기를 발생시켜 열교환배관 내부의 순환수를 빠르게 고온으로 가온시킴으로써 전력사용량이 적고, 스팀가열부 전기히터보다 보강케이스의 표면적이 넓어 접촉 가열되는 수증기의 양이 증가하여 더욱 빠른 시간 내에 수증기를 고온으로 가온시킬 수 있는 효과가 있다.
종래의 스팀 온수보일러에는 수위센서가 구비되어 수위를 감지하여 물을 보충할 수 있도록 구성되었으나, 끓는 물의 요동에 의해 수위를 정확하게 측정하기 어려우며 그에 따라 물 보충의 오작동이 발생할 수가 있다.
또한, 종래의 스팀 온수보일러는 물 부족 시 수위감지센서의 경보작동에 의해 순환수를 공급받아 물을 보충할 수 있도록 구성되어 있으나, 차가운 순환수가 공급되어 순환수를 재가열해야 하므로 수증기를 다시 발생시키기까지 오랜 시간이 걸린다는 한계가 있다.
대한민국 등록실용신안 제20-0428272호 (2006.09.29)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 열교환유닛의 일부가 고온의 스팀이 저장된 스팀탱크에 의해 가열된 유체에 잠기고, 스팀탱크의 고온 스팀이 열교환 파이프에 분사되도록 구성하여, 열 에너지 효율이 향상되어 순간 온수 구현이 가능한 열교환 효율이 증대된 스팀 온수보일러 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 제1가열탱크에 저장된 유체의 수위를 감지하여 물을 자동으로 보충하는 기능을 갖되, 끓는 상태인 유체 수위의 요동을 방지하여 수위 측정이 정확하게 이루어지도록 하고, 저유탱크에 저장된 가열된 유체를 공급받도록 하여 가열이 빠르게 이루어지도록 함으로써 열교환 효율이 증대된 스팀 온수보일러 시스템을 제공하는 것이다.
그리고 본 발명의 또 다른 목적은 고온 스팀의 압력의 배출하여 고압을 제어하여 배관의 유지보수를 용이하게 하는 열교환 효율이 증대된 스팀 온수보일러 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은, 내부 공간에 유입된 유체를 가열하여 스팀을 발생시키도록 제1히터를 구비하는 제1가열탱크; 상기 제1가열탱크의 일단과 연결되어 상기 제1가열탱크에서 발생한 스팀을 공급받되, 내부 공간에 구비된 제2히터를 통해 공급받은 스팀을 추가 가열하여 고온의 스팀을 생성하는 제2가열탱크; 및 일단에 입수관이 연결되고 타단에 출수관이 연결된 열교환유닛의 일부가 유체에 잠겨지도록 내부 공간에 유체가 저장되는 저유탱크와, 상기 제2가열탱크에서 발생된 스팀을 공급받아 상기 저유탱크의 유체를 가열하도록 상기 제2가열탱크에 연결되고 상기 저유탱크의 유체에 수장되는 스팀탱크를 포함하는 열교환부;를 포함한다.
그리고 상기 열교환유닛은, 상기 입수관과 연결되고 상기 저유탱크에서 유체가 채워지지 않은 비유체 공간 상에 배치되는 제1유로부와, 일단이 상기 제1유로부와 연결되고 타단이 상기 저유탱크의 유체에 잠겨지며 코일 형태의 유로를 구비하는 다수개의 열교환 파이프와, 상기 열교환 파이프에서 가열된 온수가 일시 저수되면서 추가적으로 가열되도록 상기 열교환 파이프에 연결되어 상기 저유탱크의 유체에 잠겨지며 상기 출수관에 연결되는 제2유로부로 구성된다.
또한, 상기 스팀탱크에는, 내부로 포집되는 고온 고압의 스팀을 상기 열교환 파이프로 분사하도록 상기 스팀탱크에 연결되는 스팀이송관과 상기 스팀이송관의 말단에 장착되는 스팀노즐이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 제1가열탱크에 저장된 유체의 수위를 측정하는 수위측정부가 더 구비되고, 상기 수위측정부는, 하측에는 상기 제1가열탱크 내의 유체가 유입되고 상측에는 유체의 요동을 방지하도록 상기 제2가열탱크에서 발생한 스팀이 유입되는 제1수위탱크와, 상기 제1수위탱크의 하측과 연통되어 유체가 이송되는 유체공급관과, 상기 제1수위탱크의 상측과 연통되어 스팀이 이송되는 스팀공급관과, 상기 유체공급관 및 스팀공급관과 연결되어 내부에 유체 및 스팀이 유입되는 제2수위탱크와, 상기 제2수위탱크에 설치되고 스팀의 압력에 의해 요동이 제한된 유체의 수위를 측정하는 수위센서를 포함한다.
아울러, 상기 수위센서에 의해 감지된 수위에 따라 상기 저유탱크에 저장된 유체를 내부 공간에 공급하는 유체공급수단이 더 구비된다.
그리고 상기 유체공급수단은, 상기 저유탱크에 연결되는 유체유출관과, 상기 유체유출관에 연결되어 유체를 펌핑하는 펌프와, 상기 펌프에서 펌핑되는 유체를 저유하는 완충탱크와, 상기 완충탱크에 저유된 유체를 상기 펌프의 유출압력에 대응되게 상기 제1가열탱크로 공급하는 보충관을 포함한다.
또한, 상기 출수관에는, 물이 부족하여 공기가 차게 될 경우에 공기를 배출하여 순환되도록 하는 에어밴트가 설치된다.
아울러, 상기 제2가열탱크의 상부에는, 상기 제2가열탱크 내부 공간에 발생한 고압의 스팀을 외부로 배출할 수 있는 안전핀이 구비된다.
본 발명에 따른 열교환 효율이 증대된 스팀 온수보일러 시스템에 의하면, 스팀탱크에 저장된 고온 고압의 스팀이 스팀노즐을 통해 저유탱크의 상부공간에 분사되므로 열교환 파이프 내에 이송된 물이 1차적으로 가열되고, 스팀탱크에 저장된 고온 스팀에 의해 저유탱크의 유체가 가열되어 가열된 유체에 잠긴 제2유로부의 추가 가열이 이루어지므로, 열교환 효율이 향상되어 열교환유닛에 이송된 많은 양의 물이 빠르게 가열되어 온수를 신속하게 공급할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 제1가열탱크의 수위를 감지하는 수위측정부를 통해 유체 부족을 감지할 경우에, 펌프의 작동에 의해 저유탱크에서 이송된 유체가 완충탱크에 저유되면서 제1가열탱크로 공급되므로, 유체 공급의 압력에 의해 순간적으로 발생할 수 있는 폭기를 방지하도록 완충 작용을 하고, 이때 이송된 유체는 저유탱크 내부의 가열된 유체를 제1가열탱크로 공급받아 재사용 하므로 제1가열탱크의 유체 가열이 비교적 빠르게 이루어지고 에너지효율을 향상시킬 수 있는 강점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 제1수위탱크 및 제2수위탱크는 제2가열탱크에서 발생한 고온 고압의 스팀을 공급받아, 스팀의 압력에 의해 고온으로 끓고 있는 유체의 수위를 안정시켜 정확한 수위 측정이 가능하므로, 유체 부족 시 유체 보충을 위해 자동으로 작동하는 펌프의 오작동을 방지하는 강점이 있다.
아울러, 본 발명에 의하면, 제2수위탱크의 상부에 구비된 안전핀과 저유탱크의 상부에 구비된 안전변을 통해 고압의 스팀을 배출하여 고압 제어 가능하도록 함으로써, 안정성이 향상되고 장치의 유지보수가 용이한 이점이 있다.
그리고 본 발명에 의하면, 출수관에 구비된 과도한 공기를 배출하는 에어밴트와 온수의 순환을 위해 펌핑하는 순환펌프를 통하여, 공기 배출을 제어하여 출수관 내의 순환이 용이하게 이루어지는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 열교환 효율이 증대된 스팀 온수보일러 시스템의 종단면도,
도 2는 본 발명에 따른 스팀 온수보일러 시스템의 열교환부의 내부 공간을 도시한 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 스팀 온수보일러 시스템의 스팀의 이동을 도시한 작동도,
도 4는 본 발명에 따른 스팀 온수보일러 시스템의 물의 순환을 도시한 작동도,
도 5는 본 발명에 따른 스팀 온수보일러 시스템의 펌프의 작동을 도시한 작동도이다.
이하에서는 본 발명에 따른 열교환 효율이 증대된 스팀 온수보일러 시스템에 관하여 첨부된 도면과 더불어 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 열교환 효율이 증대된 스팀 온수보일러 시스템의 종단면도, 도 2는 본 발명에 따른 스팀 온수보일러 시스템의 열교환부의 내부 공간을 도시한 사시도, 도 3은 본 발명에 따른 스팀 온수보일러 시스템의 스팀의 이동을 도시한 작동도, 도 4는 본 발명에 따른 스팀 온수보일러 시스템의 물의 순환을 도시한 작동도, 도 5는 본 발명에 따른 스팀 온수보일러 시스템의 펌프의 작동을 도시한 작동도이다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스팀 온수보일러 시스템은 이중가열된 고온 스팀을 통하여 열 효율이 증대되어 많은 양의 물을 빠르게 가열하여 난방수 및 온수를 신속하게 제공할 수 있는 스팀 온수보일러 시스템에 관한 것으로, 유체를 가열하여 스팀을 발생시키고 스팀을 추가가열하여 고온 스팀을 생성하며, 고온 스팀에 의해 열교환부의 열교환 효율이 증대되므로 온수 가열이 신속하게 이루어진다.
이를 위해 스팀 온수보일러 시스템은 기본적으로 제1가열탱크(10), 제2가열탱크(20), 열교환부(30)로 구성된다.
상기 제1가열탱크(10)의 내부 공간에는 유체가 저장되는데, 유체는 물, 부동액, 열매체 중에서 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고 상기 제1가열탱크(10)는 내부 공간에 유입된 유체를 가열하여 스팀을 발생시키도록 제1히터(11)를 구비한다.
그리고 상기 제1가열탱크(10)의 일단은 상기 제2가열탱크(20)와 일부가 연통되도록 한 쌍의 제1스팀출구(12)를 구비한다.
상기 제2가열탱크(20)는 상기 제1스팀출구(12)를 통하여 상기 제1가열탱크(10)의 일단과 연결되어 상기 제1가열탱크(10)에서 발생한 스팀을 공급받게 되고, 내부 공간에 구비된 제2히터(21)를 통해 유입된 스팀을 추가 가열하여 고온의 스팀을 생성한다.
그리고 상기 제2가열탱크(20)에는 상기 제2가열탱크(20) 내부의 온도를 감지하는 온도센서(S2)가 부착되며, 이를 통해 감지된 온도는 온수 스팀보일러의 외부에 구비된 컨트롤 박스(미도시)에 표시된다.
이때, 상기 컨트롤 박스(미도시)에는 상기 제2가열탱크(20)의 내부 온도 설정이 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 제2가열탱크(20)의 상부에는 안전을 위하여 상기 제2가열탱크(20)의 내부 공간에 발생한 고온 고압의 스팀을 외부로 배출하여 내부압력을 제어하도록 안전핀(22)이 구비되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 열교환부(30)는 일단에 입수관(40)이 연결되고 타단에 출수관(50)이 연결된 열교환유닛(31)의 일부가 유체에 잠겨지도록 내부 공간에 유체가 저장되는 저유탱크(35)와, 상기 제2가열탱크(20)에서 발생된 스팀을 공급받아 상기 저유탱크(35)의 유체를 가열하도록 상기 제2가열탱크(20)에 연결되고 상기 저유탱크(35)의 유체에 수장되는 스팀탱크(36)를 포함한다.
이때, 상기 저유탱크(35)의 내부 공간은 유체가 저장된 공간과 유체가 채워지지 않은 비유체 공간으로 이루어진다.
또한, 상기 제2가열탱크(20)의 일단에는 추가 가열되어 생성된 고온스팀이 상기 스팀탱크(36)에 공급되도록 제2스팀출구(23)가 형성되며, 상기 제2스팀출구(23)에는 상기 스팀탱크(36)와 연통된 스팀유입관(37)이 연결되어 상기 스팀탱크(36)에 고온 고압의 스팀이 공급되어 저장된다.
이러한 상기 스팀탱크(36)에 저장된 고온 스팀의 열에 의해 상기 저유탱크(35)에 저장된 유체가 가열되게 되고, 유체에 타단의 일부가 잠겨진 열교환유닛(31)이 가열된다.
상기 열교환유닛(31)은, 제1유로부(32)와 열교환 파이프(33)와 제2유로부(34)로 구성되는데, 상기 제1유로부(32)와 상기 제2유로부(34)는 내부에 유로가 형성되고 사각판넬 형상으로 이루어진다.
상기 제1유로부(32)는 상기 입수관(40)과 연결되어 상기 입수관(40)으로부터 물을 공급받고 상기 저유탱크(35)에서 유체가 채워지지 않은 비유체 공간 상에 배치된다.
이때, 상기 입수관(40)에는 환수되는 물과 수도관으로부터 공급된 물이 이송된다.
그리고 상기 열교환 파이프(33)는 일단이 상기 제1유로부(32)와 연결되고 타단이 상기 저유탱크(35)의 유체에 잠겨지며 코일 형태의 유로를 구비하도록 이루어지고 다수개로 구성된다.
아울러, 상기 스팀탱크(36)에는, 내부로 포집되는 고온 고압의 스팀을 상기 열교환 파이프(33)로 분사하도록 상기 스팀탱크(36)에 연결되는 스팀이송관(38)과 상기 스팀이송관(38)의 말단에 장착되는 스팀노즐(38a)이 더 구비된다.
상기 스팀노즐(38a)을 통해 분사되는 고온 고압의 스팀에 의해, 상기 저유탱크(35)의 비유체 공간 상에 배치된 상기 열교환 파이프(33)의 온도가 상승하며 상기 열교환 파이프(33)에 이송된 물이 1차적으로 가열되게 된다.
그리고 상기 열교환 파이프(33)의 타단은 상기 스팀탱크(36)에 의해 가열된 상기 저유탱크(35)의 유체에 잠겨지므로, 상기 열교환 파이프(33)는 가열된 유체를 통해 열 전달이 이루어져 내부공간에 이송된 물의 가열이 이루어진다.
또한, 상기 제2유로부(34)는 상기 제1유로부(32)의 하부에 이격되어 설치되고, 상기 열교환 파이프(33)에서 가열된 온수가 일시 저수되면서 추가적으로 가열되도록 상기 열교환 파이프(33)에 연결되어 상기 저유탱크(35)의 유체에 잠겨지며 상기 출수관(50)에 연결되도록 이루어진다.
이때, 상기 제2유로부(34)는 상기 저유탱크(35)의 가열된 유체에 잠겨져 물을 추가 가열하므로, 상기 열교환유닛(31)에 공급된 많은 양의 물이 비교적 빠르게 가열되어 온수의 신속한 공급이 가능하게 된다.
그리고 상기 입수관(40)은 수도관 배관과 연결되어 물을 공급받고, 다수개의 호스(H)와 연결된 입수분배기(D1)가 설치되어 다수개의 공간으로부터 환수되는 물을 공급받을 수 있다.
또한, 상기 출수관(50)에는 다수개의 호스(H)와 연결된 온수분배기(D2)가 설치되어 주방, 욕실 등의 다수개의 공간으로 온수가 공급되도록 구성된다.
이때, 상기 출수관(50)에는, 물이 부족하여 공기가 차게 될 경우에 공기를 배출하여 물이 자동으로 순환되도록 하고 출수관(50) 내에 높은 열로 인하여 발생되는 압력을 자동으로 제어하는 에어밴트(51)와, 온수가 상기 온수분배기(D2)에 이송되어 순환되도록 펌핑하는 순환펌프(52)가 구비된다.
그리고 상기 저유탱크(35) 일단에는 안전변(39)이 설치되고, 상기 안전변(39)은 저유탱크(35) 내의 스팀 압력이 일정수치 이상일 경우에 자동으로 스팀을 배출하여 고압을 제어하는 기능을 한다.
아울러, 본 발명에 따른 온수 스팀보일러에는 상기 제1가열탱크(10)의 내부에 저장된 유체의 수위를 측정하도록 상기 제1가열탱크(10)와 연결된 수위측정부(60)가 설치된다.
상기 제1가열탱크(10)의 유체는 제1히터(11)에 의해 가열되어 끓는 상태가 되면 유체의 수위가 흔들리며 요동치게 되므로 수위 측정의 어려움이 발생하기 때문에, 정확한 수위를 원활하게 측정하기 위해 유체의 흔들림을 잡아주어 수위의 요동을 방지해야 한다.
이를 위해 상기 수위측정부(60)는, 하측에는 상기 제1가열탱크(10) 내의 유체가 유입되고 상측에는 유체의 수위 요동을 방지하도록 상기 제2가열탱크(20)에서 발생한 스팀이 유입되는 제1수위탱크(61)와, 상기 제1수위탱크(61)의 하측과 연통되어 유체가 이송되는 유체공급관(64)과, 상기 제1수위탱크(61)의 상측과 연통되어 스팀이 이송되는 스팀공급관(63)과, 상기 유체공급관(64) 및 스팀공급관(63)과 연결되어 내부에 유체 및 스팀이 유입되는 제2수위탱크(62)와, 상기 제2수위탱크(62)에 설치되고 스팀의 압력에 의해 요동이 제한된 유체의 수위를 측정하는 수위센서(S1)를 포함한다.
그리고 상기 수위센서(S1)는 상기 제2수위탱크(62)의 내부공간에서 수위에 따라 상하 이동 가능하게 설치된다.
상기 제1수위탱크(61) 및 상기 제2수위탱크(62)에는 상기 제1가열탱크(10)와 동일한 수위로 유체가 유입되므로, 상기 제2수위탱크(62)에 설치된 수위센서(S1)를 통해 상기 제2수위탱크(62) 내부로 유입된 유체의 수위를 측정하여 상기 제1가열탱크(10)의 수위를 감지할 수 있다.
아울러, 상기 제2수위탱크(62)는 상기 제1수위탱크(61)를 통해 상기 제1가열탱크(10) 내부의 유체가 순차적으로 이송되므로, 순간적으로 많은 양의 유체가 유입되는 현상을 방지하여 안정적인 수위를 유지할 수 있다.
이때, 상기 제1수위탱크(61) 및 제2수위탱크(62) 내의 유체는 가열되어 수위가 요동칠 수 있는데, 상기 제1수위탱크(61) 및 제2수위탱크(62)의 상측에 유입되는 스팀의 압력에 의해 끓는 상태인 유체의 흔들림을 잡아주어 요동을 억제하고 수위를 안정시킨 상태에서 수위를 측정하므로 측정의 정확도가 향상되게 된다.
또한, 상기 스팀 온수보일러에는, 상기 수위센서(S1)에 의해 감지된 수위에 따라 상기 저유탱크(35)에 저장된 유체를 내부 공간에 공급하는 유체공급수단(70)이 더 구비된다.
그리고 상기 스팀 온수보일러는 상기 수위센서(S1)와 전기적 신호로 연결된 제어부가 더 구비되고, 상기 제어부는 상기 수위센서(S1)를 통해 측정된 수위 값이 전달되고, 감지된 유체의 수위에 따라 상기 유체공급수단(70)의 작동을 제어하여 상기 제1가열탱크(10)의 유체 수위가 기준높이 미만일 경우 유체를 공급하여 보충하도록 한다.
이러한 상기 유체공급수단(70)은, 상기 저유탱크(35)에 연결되는 유체유출관(71)과, 상기 유체유출관(71)에 연결되어 유체를 펌핑하는 펌프(72)와, 상기 펌프(72)에서 펌핑되는 유체를 저유하는 완충탱크(73)와, 상기 완충탱크(73)에 저유된 유체를 상기 펌프(72)의 유출압력에 대응되게 상기 제1가열탱크(10)로 공급하는 보충관(74)을 포함한다.
이를 통해, 상기 수위센서(S1)에서 물 부족 상태를 감지하면, 상기 펌프(72)의 작동에 의해 상기 저유탱크(35)에 저유된 유체가 상기 유체유출관(71)을 통해 이송되어, 상기 완충탱크(73)로 공급되어 상기 제1가열탱크(10)에 유체가 보충되도록 한다.
이때, 상기 유체유출관(71)을 통해 공급되는 유체는 상기 스팀노즐(38a)에서 분사된 고온 스팀의 응축수가 함께 섞여있으므로, 상기 제1가열탱크(10)에 저장된 유체의 온도가 떨어지는 것을 방지하여 열 효율을 높여주는 특징이 있다.
또한, 상기 제2수위탱크(62)의 수위가 스팀의 압력에 의해 수위의 흔들림을 방지하여 안정적인 수위를 유지하므로, 수위 측정 오류로 발생할 수 있는 펌프(72)의 오작동을 방지하는 효과가 있다.
그리고 상기 완충탱크(73)를 통해 공급되는 유체의 압력에 의해 유체가 순간적으로 폭기하는 것을 방지하도록 저유하며 보충관(74)에 공급하므로, 상기 완충탱크(73)를 통해 완충작용을 하며 유출압력과 동일한 압력으로 상기 제1가열탱크(10)에 유체가 안정적으로 공급된다.
아울러, 상기 제1가열탱크(10)의 한쪽에는 상기 제1가열탱크(10)에 저수된 유체의 퇴수를 조절하는 퇴수밸브(13)가 구비되는 것이 바람직하다.
다음으로는 열교환 효율이 증대된 스팀 온수보일러 시스템에 관한 작동상태에 대하여 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 스팀 온수보일러에서 발생한 스팀은, 도 3에 도시된 바와 같이 이동하게 된다.
상기 제1가열탱크(10)에서 유체의 가열에 의해 1차적으로 스팀이 발생하게 되고, 이때 발생한 스팀이 상기 제2가열탱크(20)로 이송되어 추가가열되어 고온의 스팀이 발생하게 된다.
그리고 이러한 고온의 스팀은 스팀탱크(36)로 이송되어 저장되는데, 상기 스팀탱크(36)에 연결된 스팀노즐(38a)을 통해 상기 저유탱크(35)의 상부 공간에 고온 고압의 스팀을 분사하여 상기 저유탱크(35) 내의 온도를 올려주고, 특히 열교환 파이프(33)에 고온 고압의 스팀이 주로 분사되므로, 상기 열교환 파이프(33)의 온도가 빠르게 상승하여 내부 공간에 이송된 물을 1차적으로 빠르게 가열한다.
그리고 상기 스팀탱크(36)는 고온스팀의 열기를 통해 상기 저유탱크(35)에 저유된 유체를 가열하고, 저유탱크(35)의 유체에 일부가 잠긴 상기 열교환유닛(31)의 온도를 상승시켜 열교환 효율을 증대시킴으로써, 상기 열교환유닛(31)에 이송된 물이 신속하게 가열되어 순간 온수의 구현이 가능한 특징이 있다.
아울러, 상기 제1가열탱크(10)의 유체는 끓고 있는 상태이므로 유체가 흔들리며 수위가 요동치게 되기 때문에 수위 측정을 원활하고 정확하게 하기 위해서는 수위를 안정시켜야 한다.
이를 위해, 상기 제2가열탱크(20)에서 발생한 고온의 스팀은 상기 제1가열탱크(10)의 유체가 유입된 수위측정부(60)에 공급되어, 끓고 있는 상태의 유체에 스팀의 압력이 인가되어 유체의 유동을 방지하여 흔들림을 잡아주므로 안정적인 수위를 유지하게 된다.
이를 통해, 유체의 정확한 수위 측정이 가능해지므로 수위에 따라 유체 보충을 위해 작동하는 펌프(72)의 오작동을 방지하는 효과가 있다.
그리고 본 발명에 따른 스팀 온수보일러의 물의 순환 과정은 도 4에 도시된 바와 같이, 수도관(P1)을 통해 공급되는 물 또는 환수되는 물이 입수관(40)을 통해 제1유로부(32)에 공급된다.
상기 제1유로부(32)에 공급된 물은 고온 스팀이 분사되어 온도가 상승된 열교환 파이프(33)로 이송되어 물의 가열이 이루어지고, 가열된 온수는 저유탱크(35)의 유체를 통해 온도가 상승된 제2유로부(34)에 일시 저수되며 추가 가열되어 출수관(50)으로 이송되어 난방수 또는 온수로 공급되며 순환되도록 구성된다.
이때, 상기 입수관(40)에는 환수분배기(D1)가 설치되고 상기 출수관(50)에는 온수분배기(D2)가 설치되어, 상기 환수분배기(D1) 및 온수분배기(D2)에 연결된 다수개의 호스(H)를 통해 주방, 욕실 등의 다수 공간에 순환수가 환수되고 온수가 공급되도록 이루어진다.
또한, 상기 입수관(40)은 상기 환수분배기(D1)를 통하여 순환되는 물이 유입되고, 수도관(P1)과 연결되어 온수가 필요할 시 가열대상인 물을 공급받을 수 있도록 구성된다.
그리고 상기 출수관(50)은 온수관(P2)과 연결되어, 상기 온수분배기(D2)와 온수관(P2)에 가열된 온수를 이송하여 난방수 및 온수를 공급하게 된다.
기존의 온수보일러는 물탱크에서 가열된 온수를 배출하고 물탱크에 순환수 또는 수도관으로부터 물을 공급받아 가열하는 시스템이므로, 물탱크에 보충된 차가운 물을 재가열하기 위해 시간이 소요되므로 고온의 온수를 신속하게 제공할 수 없었다.
그러나 본 발명에 따른 스팀 온수보일러는 물이 제1유로부(32)로 유입되고 열교환 파이프(33)로 이송되어 고온의 스팀에 의해 가열이 이루어지고 제2유로부(34)에 일시 저수되면서 추가 가열이 이루어져 출수관(50)으로 난방수 및 온수를 공급하는 시스템으로, 환수된 물이 열교환유닛(31)에 이송되어 열교환 효율이 증대되므로 순식간에 가열이 이루어져 순간 온수 구현이 가능한 특징이 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 수위측정부(60)에 구비된 수위센서(S1)에 의해 제1가열탱크(10)의 유체 부족을 감지하는 경우, 펌프(72)의 작동에 의해 저유탱크(35)의 유체가 유체유출관(71)을 통해 완충탱크(73)에 공급되게 된다.
상기 완충탱크(73)는 저유된 유체를 상기 펌프(72)의 유출압력에 대응되게 보충관(74)으로 공급하므로, 보충되는 유체의 순간적인 유동을 제어하도록 완충 작용을 하며 상기 제1가열탱크(10)에 안정적으로 유체를 보충하는 기능을 한다.
이러한 상기 수위측정부(60) 및 유체공급수단(70)의 작동에 의하여, 상기 제1가열탱크(10)의 수위를 자동으로 유지하는 강점이 있다.
아울러, 상기 저유탱크(35)의 유체는 스팀탱크(36)에서 이송되어 분사된 고온 스팀의 응축수의 일부가 포함되어 있으며, 이러한 응축수를 재사용하므로 제1가열탱크(10)의 열효율을 높여주어 가열이 빠르게 이루어지는 특징이 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 스팀 온수보일러는, 고온 고압의 스팀을 통하여 저유탱크(35)의 유체와 열교환유닛(31)의 유체를 가열하여 열교환 효율이 증대되어 순간 온수 구현이 가능하고, 제1가열탱크(10)의 유체 부족 시 저유탱크(35)에 저장된 유체를 공급받아 응축수를 재사용하므로 효율적인 가열이 이루어지는 특징이 있다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
10 : 제1가열탱크 11 : 제1히터
12 : 제1스팀출구 13 : 퇴수밸브
20 : 제2가열탱크 21 : 제2히터
22 : 안전핀 23 : 제2스팀출구
30 : 열교환부 31 : 열교환유닛
32 : 제1유로부 33 : 열교환 파이프
34 : 제2유로부 35 : 저유탱크
36 : 스팀탱크 37 : 스팀유입관
38 : 스팀이송관 38a : 스팀노즐
39 : 안전변 40 : 입수관
50 : 출수관 51 : 에어밴트
52 : 순환펌프 60 : 수위측정부
61 : 제1수위탱크 62 : 제2수위탱크
63 : 스팀공급관 64 : 유체공급관
70 : 유체공급수단 71 : 유체유출관
72 : 펌프 73 : 완충탱크
74 : 보충관 D1 : 입수분배기
D2 : 온수분배기 H : 호스
P1 : 수도관 P2 : 온수관
S1 : 수위센서 S2 : 온도센서

Claims (8)

  1. 내부 공간에 유입된 유체를 가열하여 스팀을 발생시키도록 제1히터(11)를 구비하는 제1가열탱크(10);
    상기 제1가열탱크(10)의 일단과 연결되어 상기 제1가열탱크(10)에서 발생한 스팀을 공급받되, 내부 공간에 구비된 제2히터(21)를 통해 공급받은 스팀을 추가 가열하여 고온의 스팀을 생성하는 제2가열탱크(20); 및
    일단에 입수관(40)이 연결되고 타단에 출수관(50)이 연결된 열교환유닛(31)의 일부가 유체에 잠겨지도록 내부 공간에 유체가 저장되는 저유탱크(35)와, 상기 제2가열탱크(20)에서 발생된 스팀을 공급받아 상기 저유탱크(35)의 유체를 가열하도록 상기 제2가열탱크(20)에 연결되고 상기 저유탱크(35)의 유체에 수장되는 스팀탱크(36)를 포함하는 열교환부(30);를 포함하고,
    상기 열교환유닛(31)은, 상기 입수관(40)과 연결되고 상기 저유탱크(35)에서 유체가 채워지지 않은 비유체 공간 상에 배치되는 제1유로부(32)와, 일단이 상기 제1유로부(32)와 연결되고 타단이 상기 저유탱크(35)의 유체에 잠겨지며 코일 형태의 유로를 구비하는 다수개의 열교환 파이프(33)와, 상기 열교환 파이프(33)에서 가열된 온수가 일시 저수되면서 추가적으로 가열되도록 상기 열교환 파이프(33)에 연결되어 상기 저유탱크(35)의 유체에 잠겨지며 상기 출수관(50)에 연결되는 제2유로부(34)로 구성되는 것을 특징으로 하는 열교환 효율이 증대된 스팀 온수보일러 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스팀탱크(36)에는, 내부로 포집되는 고온 고압의 스팀을 상기 열교환 파이프(33)로 분사하도록 상기 스팀탱크(36)에 연결되는 스팀이송관(38)과, 상기 스팀이송관(38)의 말단에 장착되는 스팀노즐(38a)이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 열교환 효율이 증대된 스팀 온수보일러 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1가열탱크(10)에 저장된 유체의 수위를 측정하는 수위측정부(60)가 더 구비되고,
    상기 수위측정부(60)는,
    하측에는 상기 제1가열탱크(10) 내의 유체가 유입되고 상측에는 유체의 요동을 방지하도록 상기 제2가열탱크(20)에서 발생한 스팀이 유입되는 제1수위탱크(61)와, 상기 제1수위탱크(61)의 하측과 연통되어 유체가 이송되는 유체공급관(64)과, 상기 제1수위탱크(61)의 상측과 연통되어 스팀이 이송되는 스팀공급관(63)과, 상기 유체공급관(64) 및 스팀공급관(63)과 연결되어 내부에 유체 및 스팀이 유입되는 제2수위탱크(62)와, 상기 제2수위탱크(62)에 설치되고 스팀의 압력에 의해 요동이 제한된 유체의 수위를 측정하는 수위센서(S1)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환 효율이 증대된 스팀 온수보일러 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 수위센서(S1)에 의해 감지된 수위에 따라 상기 저유탱크(35)에 저장된 유체를 내부 공간에 공급하는 유체공급수단(70)이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 열교환 효율이 증대된 스팀 온수보일러 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 유체공급수단(70)은,
    상기 저유탱크(35)에 연결되는 유체유출관(71)과,
    상기 유체유출관(71)에 연결되어 유체를 펌핑하는 펌프(72)와,
    상기 펌프(72)에서 펌핑되는 유체를 저유하는 완충탱크(73)와,
    상기 완충탱크(73)에 저유된 유체를 상기 펌프(72)의 유출압력에 대응되게 상기 제1가열탱크(10)로 공급하는 보충관(74)을 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환 효율이 증대된 스팀 온수보일러 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 출수관(50)에는, 물이 부족하여 공기가 차게 될 경우에 공기를 배출하여 순환되도록 하는 에어밴트(51)가 설치되는 것을 특징으로 하는 열교환 효율이 증대된 스팀 온수보일러 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2가열탱크(20)의 상부에는, 상기 제2가열탱크(20) 내부 공간에 발생한 고압의 스팀을 외부로 배출할 수 있는 안전핀(22)이 구비되는 것을 특징으로 하는 열교환 효율이 증대된 스팀 온수보일러 시스템.
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