KR102350060B1 - 가열 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 히트 싱크(17)를 가열하고 제 2 열교환기(4)를 통하여 급수를 가열하기 위한 가열 장치(1)에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 가열 작동중에, 제 2 열교환기는 히트 싱크(17)와 직렬로 연결됨으로써, 제 1 열교환기(3)의 하류측에서, 열전달 매체는 처음에 히트 싱크(17)를 통해 유동하고 다음에 제 1 열교환기(4)를 통해 유동하도록 제 2 열교환기가 히트 싱크(17)와 직렬로 연결되는 방식으로, 제 2 열교환기(4)가 회로(5)에 배치된다. 이러한 방식으로, 열전달 매체의 온도가 감소되어, 제 1 열교환기(3)에서으 열전달의 효율이 향상된다. 다른 장점은 히트 싱크(17)에서 제공될 수 있는 최소 열출력의 감소이다.

Description

가열 장치{Heating Device}
본 발명은 회로내에서 순환하는 열전달 매체를 포함하는, 급수 가열 및 난방을 위한 가열 장치에 관한 것이다.
이러한 유형의 가열 장치는 독일 특허 출원 DE 10 2007 029 971 에 개시되어 있다. 이러한 유형의 가열 장치는 열 발생용 버너, 버너에 의해 발생된 열을 열전달 매체에 전달하기 위한 제 1 열교환기 및, 가열 회로의 공급 및 복귀를 위한 연결부로서, 예를 들어 하나 이상의 라디에이터(radiator)의 형태로 외부 히트 싱크가 연결되는, 연결부를 포함한다. 급수(service water)를 가열하기 위하여, 이러한 유형의 가열 장치는 열전달 매체로부터 가열되어야 하는 급수로 열을 전달하기 위한 제 2 열교환기를 포함한다. 외부 히트 싱크 및 제 2 열교환기는 가열 회로에서 항상 병렬로 연결된다. 3 웨이 밸브(3 way valve)에 의하여, 버너에 의해 발생된 열 전달 매체는 제 2 열교환기를 통하여 또는 외부 히트 싱크를 통하여 경로를 정할 수 있다. 이것은 작동시에 히트 싱크 또는 급수가 열을 가지고 공급되는 결과를 가져온다. 이들이 충돌될 때, 항상 급수 가열이 우선권을 가진다.
독일 출원 공개 공보 DE 102 44 339 A1 은 빌딩을 위한 난방 시스템을 개시하는데, 여기에서 급수 저장 탱크는 온수 저장 탱크에 의해 부분적으로 감싸여진다. 온수 저장 탱크는 예를 들어 태양열 설비, 지열 설비와 같은 저온 가열 장치에 의하여, 그리고/또는 예를 들어 버너와 같은 고온 가열 장치에 의하여 가열된다. 고온 가열 장치에 의한 가열의 경우에, 온수 저장 탱크는 외부 히트 싱크의 유체 역학적으로 하류측에서 3 웨이 밸브(3 way valve)를 통하여 직렬로 연결될 수 있으며, 상기 외부 히트 싱크는 일반적으로 난방되어야 하는 빌딩의 라디에이터이다. 저온 가열에 의한 충분한 에너지 공급이 있는 경우에, 또는 저온 수요가 있는 경우에, 고온 가열 장치의 스위치가 꺼져 있으면서, 히트 싱크는 온수 저장 탱크로부터 히트 싱크의 열 요건를 충족시킬 수 있다. 온수 저장 탱크는 급수 저장 탱크를 감싸기 때문에, 2 개의 탱크들 사이에 열교환기가 있다.
제 1 열교환기에 대하여, 사용의 정도 및/또는 열전달의 효율은 제 1 열교환기로 유동하는, 가열되어야 하는 열전달 매체의 온도에 의존한다. 응축 기술의 이용은 높은 응축 비율을 통하여 열전달 매체의 낮은 온도에서 효율의 장점의 결과를 가져온다. .
독일 특허 출원 DE 33 36 136 A1 에서, 응축 비율은 복귀부를 사용하여 향상될 뿐만 아니라, 응축을 위하여 급수 냉수 공급부를 이용함으로써 향상된다.
본 발명에서 해결되는 문제점은 이러한 유형의 가열 장치의 효율을 증가시키면서 발전시키는 것이다. 문제의 다른 양상은 가열 장치의 추가적인 구성 비용이 가능한 한 적게 소요될 수 있는 상기 유형의 가열 장치를 발전시키는 것이다.
이러한 문제점은 청구항 제 1 항에 따른 가열 장치에 의해 해결된다. 제 2 열교환기는 가열 시스템의 구성 요소로서 배치되는데, 회로가 열전달 매체로 채워지고 펌프가 가동되는 작동시에, 제 1 밸브 위치에서 열전달 매체는 처음에 제 1 열교환기에서 가열되고, 다음에 히트 싱크를 통해 경로가 정해지며, 마지막으로 제 2 열교환기를 통해 경로가 정해진다. 이것은 계속되는 가열 작동중에, 현존의 열이 급수 가열을 위하여 이용될 수 있는 장점을 가진다. 이것은 특히 층을 이룬 저장 탱크와 조합되어 유리한데, 왜냐하면 층을 이룬 저장 탱크로부터 추출된 급수의 가열을 위해 상대적으로 낮은 온도를 가지기 때문이다. 이러한 방식으로, 히트 싱크로부터의 복귀부의 잔류 열(residual heat)이 유리하게 이용될 수 있고, 열전달 매체의 온도는 종래 기술에 비하여 감소될 수 있으며, 이것은 제 1 열교환기에서의 열전달 효율을 증가시키는데, 왜냐하면 응축 기술을 가진 가열 장치에 대하여 응축 비율이 증가하기 때문이다. 다른 장점은 히트 싱크에 제공될 수 있는 최소 열 출력이 감소하는 것이다. 버너에 대한 혼합물 형성의 안정성과 관련된 이유로, 버너의 최대 출력과 최소 출력 사이의 비율은 제한된다. 열전달 매체로부터 열을 추출하고 그것을 급수를 위하여 이용할 수 있는 가능성은 히트 싱크로 제공되는 최대 출력과 최소 출력 사이 비율을 증가시킨다.
만약 열이 전적으로 급수 가열을 위해서 필요하거나, 또는 만약 급수 가열을 위하여 고온이 필요하다면, 밸브는 제 2 밸브 위치로 이전됨으로써 버너의 출력은 전적으로 급수 가열에 이용될 수 있다.
바람직스러운 실시예들은 종속 청구항들의 특징으로부터 결과된다.
본 발명은 도면을 기초로 보다 상세하게 다음에 설명될 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 가열 장치(1)를 포함하는 가열 시스템의 개략적인 다이아그램을 도시한다. 가열 장치(1)는 버너(2)를 포함하고, 버너는 제 1 열교환기(3)에서의 열을 열전달 매체로 전달하며, 열전달 매체는 통상적으로 물이다. 열전달 매체는 펌프(6)에 의하여 회로(5) 안에서 순환된다. 열전달 매체가 밸브 유동 방향(18)으로 순환하도록 밸브(7)는 제 1 밸브 위치에 연결될 수 있다. 이러한 경우에, 열 전달 매체는 처음에 히트 싱크(17)를 통하여 유동하는데, 이것은 공급 연결부(9) 및 복귀 연결부(10)에 연결된다. 히트 싱크(17)는 예를 들어 빌딩을 난방하기 위한, 라디에이터, 바닥 난방 장치일 수 있다. 열 전달 매체는 히트 싱크(17)에서 냉각된다. 다음에, 열 전달 매체는 제 2 열교환기(4)를 통해 유동하고, 열을 급수(service water)로 방출한다. 이러한 목적을 위하여, 펌프(11)는 층을 이룬 저장 탱크(stratified storage tank, 14) 안에 저장된 급수를 연결부(12,13)를 통해 순환시키며 제 2 열교환기(4)에서 급수를 가열한다. 층을 이룬 저장 탱크(14)는 차가운 급수를 공급하기 위한 냉수 유입부(16) 및, 가열된 급수를 추출하기 위한 온수 연결부(15)를 포함한다. 온수 및 냉수의 상이한 밀도 때문에, 층을 이룬 저장 탱크(14) 내부에서 온도 계층화(temperature stratification)가 형성된다. 극단적인 경우에, 층을 이룬 저장 탱크(14)의 하부 영역에서의 온도는 냉수 유입부(16)를 통해 공급되고 있는 물의 온도를 취할 수 있다. 이것은 예를 들어 섭씨 10 도일 수 있어서, 섭씨 10 도에서의 차가운 급수가 연결부(13)를 통하여 제 2 열교환기(4)로 공급된다. 이러한 경우에, 종래 기술에 따른 가열 장치에 대하여 그러한 것과 같이, 히트 싱크(17)를 떠난 이후에, 회로(5) 안에서 순환하는 열 전달 매체가 더 냉각됨으로써, 차가운 열 전달 매체는 제 1 열교환기(3)로 유동한다. 이것은 제 1 열교환기(3)에서 열 전달의 더 높은 효율이 결과되게 하거나, 또는 더 높은 응축 비율을 가진 응축 효과가 달성되게 하고, 가열 장치의 변조 범위(modulation range)는 히트 싱크(17)와 관련하여 확장된다. 히트 싱크(17)로부터 복귀부(10)에서 다시 유동하는 열전달 매체가 층을 이룬 저장 탱크(14)의 낮은 층들에서의 급수(service water)의 온도 보다 낮은 온도를 가지는 경우에, 제 2 열교환기(4)는 급수로부터 열을 회수한다. 이러한 것을 방지하도록, 그러한 경우에 제 1 밸브 위치(18)의 밸브 유동 방향에서 펌프(11)의 스위치가 꺼질 수 있다.
밸브(2)의 제 2 밸브 위치(19)에서의 밸브 유동 방향에서는, 버너(2)로부터의 열이 전적으로 제 2 열교환기(4)에서 이용된다. 이것은 종래 기술에 따른 급수 가열에 해당한다.
본 발명에 따르면, 밸브 위치는 제 1 밸브 위치(18)와 제 2 밸브 위치(19) 사이에도 제공된다. 이것은 히트 싱크에 제공된 최대 출력과 최소 출력 사이의 비율을 증가시키는데 이용된다.
층을 이룬 저장 탱크(14)에 대한 대안으로서, 제 2 열교환기(4)는 연결부(13)를 통하여 냉수 유입부(16)에 직접적으로 연결될 수도 있다. 연결부(12)는 온수 연결부(15)에 직접적으로 공급한다.
마찬가지로, 대안으로서 통상적인 온수 탱크가 층을 이룬 저장 탱크(14) 대신에 제공될 수 있다. 그러나, 그러한 경우에 층을 이룬 저장 탱크(14)와 조합된 가열 장치(1)의 고효율이 달성되지 않을 것이다.
청구된 가열 장치(1)의 다른 장점은 모든 구성 요소(2, 3, 4, 6, 7)들에 대하여, 종래 기술에 따른 가열 장치를 위하여 사용되기도 하는 동일한 구성 요소들이 사용될 수 있다는 점이다. 이것은 비용 및 교체 부품들의 제공과 관련된 장점을 가진다. 모듈 가열 장치들도 생산될 수 있으며, 이것은 회로(5)의 다른 배관을 가지고, 종래 기술에 따른 통상적인 가열 장치로서 또는 본 발명에 따른 가열 장치(1)로서 구성될 수 있다.
1. 가열 장치
2. 버너
3. 제 1 열교환기
4 . 제 2 열교환기
5 .회로
6.펌프
7.밸브
8. 연결부
9. 공급 연결부
10. 복귀 연결부
11. 펌.
12. 연결부
13. 연결부
14. 층을 이룬 저장 탱크
15. 온수 연결부
16. 냉수 유입부
17. 히트 싱크
18. 제 1 밸브 위치에서의 밸브 유동 방향
19. 제 1 밸브 위치에서의 밸브 유동 방향

Claims (3)

  1. 작동중에 회로(5)를 순환하는 열전달 매체를 포함하는, 난방 및 급수 가열을 위한 가열 장치(1)로서, 가열 장치는: 버너(2); 상기 버너(2)에 의해 발생되는 열을 열전달 매체로 전달하는 제 1 열교환기(3); 히트 싱크(17)의 가열 회로의 공급 연결부(9) 및 복귀 연결부(10); 온수와 냉수의 상이한 밀도에 기인하여, 온도 계층화(temperature stratification)가 층을 이룬 저장 탱크(stratified storage tank, 14) 내부에서 형성될 수 있는, 층을 이룬 저장 탱크(14); 열전달 매체로부터, 가열되어야 하고 층을 이룬 저장 탱크(14) 안에 저장된 급수(service water)로 열을 전달하는 제 2 열교환기(4); 열전달 매체를 펌핑하기 위한 펌프(6); 급수 및/또는 히트 싱크에 대한 가열 요건이 충족되는 방식으로 열전달 매체를 지향시키는 밸브(7)를 포함하고,
    작동중에 히트 싱크(17)의 가열 요건을 충족시키기기 위한 밸브(7)의 제 1 위치에서, 제 2 열교환기는 히트 싱크(17)와 직렬로 연결될 수 있어서 제 1 열교환기(3)로부터의 하류측의 열전달 매체는 처음에 히트 싱크(17)를 통과하고 이후에 제 2 열교환기(4)를 통하여 유동하도록 제 2 열교환기(4)가 회로(5)에 배치되고,
    급수 가열의 가열 요건을 충족시키기 위한 밸브(7)의 제 2 위치에서, 열전달 매체는 제 1 열교환기(3)로부터 직접적으로 제 2 열교환기(4)를 통하여 하류측으로 유동할 수 있고, 층을 이룬 저장 탱크(14)는 연결부(12,13)를 통해 제 2 열교환기(4) 및 펌프(11)와 연결됨으로써 펌프(11)는 층을 이룬 저장 탱크(14)에 저장된 급수를 연결부(12,13)를 통해 순환시켜서, 층을 이룬 저장 탱크(14)의 하부 영역으로부터의 차가운 급수는 연결부(13)를 통하여 제 2 열교환기(4)로 공급되고, 회로(5) 안에서 순환하는 열전달 매체는 상기 열전달 매체가 히트 싱크(17)를 떠난 이후에 추가적으로 냉각될 수 있는 것을 특징으로 하는, 가열 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 밸브(7)는 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 연속적으로 조정 가능한, 가열 장치(1).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 가열 장치(1), 가열 장치의 공급 연결부(9) 및 복귀 연결부(10)에 연결된 히크 싱크(17) 및, 가열된 급수를 제공하기 위하여 가열 장치(1)의 제 2 열교환기(4)에 연결된, 층을 이룬 저장 탱크(stratified storage tank)를 포함하는, 가열 시스템.
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