KR20000007328A - 온수 보일러의 자동순환방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 온수보일러의 자동순환방법 및 그 장치에 관한 것이다. 통상의 전열히터(h)로 가열하게 된 온수 보일러의 동체를 온수의 순환 펌프의 실린더(S)를 겸하게 하고, 동 실린더(S)의 내부에 설치한 피스톤(P)을 열에 의하여 작동되는 액튜에이터(actuator)(A)에 의하여 동작 되게 하여서 수온이 상승하면 액튜에이터(A)의 팽창작용으로 피스톤(P)이 전진하여 가열된 온수를 방열관(R)측으로 밀어 송수하고, 이와 동시에 실린더에 환수된 물로 인하여 수온이 강하되면 액튜에이터(A)의 수축작용으로 피스톤(P)이 후진하여, 실린더내(S)의 수온 변화에 따라 피스톤의 맥동(脈動)행정으로 별도의 순환펌프기구나 동력의 사용없이 조용하고 경제적으로 온수를 보일러 자체에서 자동으로 순환할 수 있게 한 것이다.

Description

온수 보일러의 자동순환방법 및 그 장치

본 발명은 온수보일러의 자동온수 순환방법 및 그 장치에 관한 것이다.

종래 온수에 의한 난방에는, 온수를 가열하는 각종 형식의 보일러와, 가열된 온수를 난방용 방열관으로 공급 순환하는 각종 형식의 순환펌프를 구비하여, 보일러에서 가열된 온수를 순환펌프의 가동에 의하여 방열관으로 공급 순환하여 온수에 의하여 난방하는 방식(system)으로 되어 있다.

종래에는 보일러와 순환펌프를 설치할 별도의 공간이 있어야 하기 때문에 좁은 도시공간에서 보일러의 설치공간을 위하여 상대적으로 주거 공간이 작게 되는 문제점이 있었다.

또 순환펌프는 소정 온도에서 가동하도록 조절되어 있으나 가동시에는 온수가 축류(軸流)로 순환되기 때문에 보일러에서 유출된 온수가 방열관에서 유효하게 방열하기 전에 보일러측으로 순환되는 고속 순환이어서 온수에 의한 열 이용율이 높지 못한 미비점이 있었다.

또 보일러의 가동비와 별도로 순환펌프의 가동비가 이중으로 소요되며, 순환펌프의 가동시의 소음이 생활환경에 장해를 주고, 보일러에서 실내에 배설된 방열관 사이를 연결한 송수관 및 환수관으로 온수가 순환하는 과정에서 열손실이 커서 그만큼 보일러의 열 이용율이 작게 되는 등의 비경제적이고 환경의 비위생적인 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 특별한 보일러설치 공간과 별도의 순환 펌프 없이, 하나의 작은 전열 보일러가 펌프기능을 겸하여 온수의 가열과 온수의 순환이 자동으로 이루어져 경제적으로 청정(淸淨)난방할 수 있는 방법 및 그 장치를 제공하려는데 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여 새로운 온수가열 및 순환수단을 개발하였다.

즉 도1 및 도2에 표시된 바와 같이 본 발명은 온수를 가열하는 수단과 온수를 순환시키는 수단이 겸하고 있어 보일러와 펌프의 구분이 없이 보일러가 펌프이고 펌프가 보일러가 되는 특징이 있다.

본 발명은 보일러의 일정용량의 온수의 가열공간을 펌핑의 피스톤의 행정공간으로 겸하고 이 가열공간에 내설된 피스톤을 온도변화에 의하여 팽창 및 수축작동하는 액튜에이터에 의하여 작동되게 한다.

전열히터에 의하여 가열된 보일러의 내부 온도가 상승될 때와, 방열관에서 환수된 저온수에 의하여 온도가 하강할 때의 온도변화의 파형 곡선에 따라, 액튜에이터의 팽창작동과 수축작동에 의하여 피스톤이 펌핑공간(가열공간)의 용적을 가변시키어 가열된 온수를 맥동적으로 난방용 방열관측으로 공급 순환하는 방법이다.

이때 보일러에서 공급되는 가열된 온수와, 방열관에서 환수된 물의 온도 차이는 10평정도의 독립된 실내의 방열관인 경우 약 10∼15℃이었다.

이 같은 온도변화에 따라 액튜에이터의 팽축(膨縮)작동으로 피스톤의 좌우 행정(行程)이 이루어져서 가열된 온수를 맥동(脈動)적으로 방열관으로 순환시키어 소음없이 유효하게 난방할 수 있다.

도1은 본 발명의 실시예시도

도2는 본 발명의 펌프를 겸한 보일러의 단면 예시도

도3은 도2의 A-A선 단면에서 본 피스톤의 정면도

도4는 실린더내의 수온의 온도변화를 설명한 도표

[도면중 중요한 부분에 대한 부호 설명]

1 : 실린더, 2 :피스톤, 3 : 액튜에이터,

4 : 지지판, 5 : 스프링, 6 :전열히터,

S : 실린더, p : 피스톤, A : 액튜에이터,

h :전열히터, s : 스프링, c : 온도제어기

R : 방열관, sp : 송수관, rp : 환수관,

v : 역지 밸브이다.

본 발명의 장치는 도1에 표시된 바와 같이, 온수를 가열하는 보일러의 가열공간을 펌핑의 피스톤의 행정공간을 겸하여, 직선형 실린더(S)로 한다.

실린더의 구조는 도면에 표시된 것에 한정하지 않고 환상이나 로터리 방식을 취할수도 있다.

실린더(S)에는 피스톤의 행정실과 동력실로 구분하여 행정실에는 좌우로 왕복행정(行程)하는 피스톤(p)을 설치하고 동력실에는 온도변화에 의하여 팽창 또는 수축작동하는 액튜에이터(A)를 환수구에 근접하여 설치하여 액튜에이터의 피스톤 로드(r)를 밸브(v')가 구비된 피스톤(P)에 결접한다.

이 액튜에이터는 가스, 또는 액체가 밀봉된 금소벨로즈로 구성된 것, 왁스가 내장된 피스톤 로드로 구성된 것 등 다양한 형식의 액튜에이터가 사용되며, 피스톤의 작동 동력기구가 된다.

또한 온도 자동제어기(c)가 구비된 전열히터(h)를 실린더(S)의 내부주면에 내장한다. 이 전열히터는 도면에 한정하지 않고 동체의 외주면에 설치할 수 있다.

피스톤의 전방에는 피스톤의 복귀를 조장하는 스프링(s)을 탄설한다. 이 스프링은 피스톤의 후방에 설치할 수 있다.

실린더(S)의 송수구(u)와 환수구(i)측에는 역지밸브(v)를 통하여 난방용 방열관(R)의 송수관(sp)과 환수관(rp)을 관접하며, 실린더(S)의 환수구(i)측에 공지한 팽창수조(T)를 관접한다.

보일러의 가열수단은 가스 또는 액체연료 등의 버어너에 의하여 실린더 외부에서 가열할 수 있으나 전열히터에 의하여 온수를 가열하는 것이 온도제어가 간편하고 청정가열을 할 수 있어 환경공해방지에 유익하다.

전원 스위치(sw)를 접속하고 온도제어기(c)에 의하여 전열히터(h)의 가열온도를 설정하고 실린더(S)에 차인 물을 전열히터에 의하여 가열한다.

수온이 설정 온도에 근접하였을 때, 액튜에이터(A)가 팽창되면서 그 팽창력으로 피스톤(p)은 전방으로 이동되면서 피스톤의 펌핑작동을 한다.

따라서 실린더(S)의 가열된 온수는 송수관(sp)을 통하여 방열관(R)측으로 공급된다. 밀폐된 방열관(R)내부의 온수는 실린더측에서 유입된 온수의 공급량만큼 환수관(rp)을 통하여 실린더(S)로 환수된다.

이 환수된 물의 온도는 방열관에서 방열되었기 때문에 실린더(S)의 온수에 비하여 약 10∼15℃의 온도차이를 갖는다.

또 액튜에이터(A)는 환수구(i)의 근접위치에 놓여 있어 환수구(i)로 유입된 저온수에 의하여 액튜에이터(A)는 수축되고 이에 전방으로 이동된 피스톤(p)은 스프링(s)의 탄발력으로 후퇴복귀되어 1싸이클의 펌핑동작이 완료된다.

피스톤의 후퇴동작시에는 피스톤(p)의 팰브(v')는 개방되고 송수구(u)와 환수구(i)측의 밸브(v)는 역지(逆止)작용으로 역펌핑이 방지된다.

이같은 동작의 반복으로 온수의 가열과 순환이 이루어진다.

이때의 피스톤의 행정거리는 온수의 가열온도와 환수된 물의 온도차이에 의하여 이루어지며 피스톤의 행정 위치는 가열온도에 의하여 정해진다.

그런데 실린더의 내부온도가 설정된 온도로만 지속한다면 등온(等溫)에서는 액튜에이터(A)의 피스톤(p)행정은 어렵다.

액튜에이터(A)의 피스톤(p)작동을 위해서는 실린더의 내부온도가 파형곡선으로 변해야 한다.

본 발명에서는 온도제어기에 의한 전열히터의 제어, 실린더의 가열에 의한 수온의 상승, 환수된 저온수에 의한 온도강하, 물의 잠열 등에 의한 온도변화의 지연성 등의 여러 가지 요인이 합성되어 도4에 표시한 바와 같이 실린더의 내부 온도는 파형곡선으로 변한다.

설정온도를 40℃, 50℃, 60℃ 등으로 설정하여도 설정된 온도내에서 약 10∼15℃범위의 온도차이를 두고 파형곡선을 이룬다, 이러한 실린더내의 온도변화에 의하여 액튜에이터는 온도에 따라 도4의 a, b, c, d,위치에에서 피스톤(p)의 행정으로 맥동(脈動)적으로 온수가 순환된다.

온수의 맥동적 순환은 방열관에서는 온수의 방열에 여유가 있으므로 난방에 대한 열 이용율이 보다 높다.

또 보일러를 소형으로 하여 각 방 별로 독립된 난방 시스템으로 설치하며, 따라서 종래 별도의 보일러실에서 실내로 온수를 공급 순환하던 것 과는 달리, 온수의 공급관 및 환수관이 방열관과 함께 실내에 배치되어 있어 온수의 순환과정에서 종래와 같은 외부 열손실이 없다.

따라서 보일러에 의하여 가열된 온수의 열을 독립된 실내의 난방에 모두 유효하게 쓰이게 된다.

한편 온수의 순환수단인 액튜에이터는 실린더내의 온수의 온도변화에 의하여 작동되기 때문에 별도의 가동비용이 들지 않는다.

또한 액튜에니터의 동작은 완만하며 1싸이클이 보통 10초 내지 20초로 조절한다. 그러나 액튜이에이터의 팽창작동은 약 15Kg/Cm²정도로 매우 강력한 물리적인 작용이기 때문에 피스톤에 의한 온수의 순환에는 충분한 동력이 된다.

또한 액튜에이터의 팽창 및 수축작동에 의한 행정거리는 크지 않으나 실린더의 내경과 피스톤의 행정거리와 관계되는 용적으로 온수가 순환되며 방열관의 내경은 실린더에 비하여 아주 가늘기 때문에 피스톤의 1 싸이클의 동작에 의한 온수의 순환 거리는 길다.

또한 물리적 기구를 통하여 피스톤의 행정 거리를 증대할 수도 있다.

따라서 방열관을 순환하는 온수의 1싸이클의 순환속도는 온수의 방열에 충분한 시간이면서 온수의 열이 실내의 평면 공간에 분포하기에 적합한 속도로 순환된다.

또 순환싸이클의 속도는 온도제어기에 의하여 가열시간을 단축하는 방법에 의하여 조절이 가능하다.

본 발명의 온수의 가열수단과 순환펌핑 수단은 하나의 보일러 동체인 실린더내에서 이루어지고 전열히터에 의하여 가열된 온수와, 환수된 저온의 물의 온도차이에 의하여 액튜에이터의 순환동력이 발생하기 때문에 종래 펌프를 가동하던 것과는 달리 소음이 없고 보일러가 소형으로 되어 설치공간이 없이 실내에 작은 범위로 설치할 수 있으며 청정가열이므로 환경공해의 발생이 없어 보다 경제적으로 편리하게 난방할 수 있는 효과가 있다.

(실시예)

도2는 본 발명의 실시 예시도이다.

보일러 동체와 펌프의 동체를 겸한 실린더(1)의 일측 공간을 피스톤(2)의 행정실(1a)로 하고 실린더(1)의 타측 공간을 동력실(1b)로 한다.

동력실(1b)에는 온도에 따라 팽창 및 수축작동되는 액튜에이터(3)가 통수공(4a)이 형성된 지지판(4)에 의하여 고정설치되어 있다.

도면에는 액튜에이터(3)의 작은 내경의 실린더(3a)에 피스톤 로드(3b)가 실링기구(3c)와 함께 설치된 실린더형식의 것이 표시되어 있다.

동 피스톤 로드(3b)를 상기 행정실(1a)에 설치된 피스톤(2)의 중심부에 결접하고 피스톤(2)에는 수개의 통수공(2a)과 역지 밸브(2b)를 설치하며 피스톤의 전방에는 탄발스프링(5)을 탄설하여 피스톤의 복귀동작에 힘을 가할 수 있게 한다.

전열히터(6)는 편의상 행정실(1b)의 외주면에 설치하여 그 외부에 단열재(6a)를 피복하며 도시되지 않은 온도제어기에 의하여 온도를 조절하게 된다.

실린더(1)의 유출구(1c)와 유입구(1d)에는 통상의 역지밸브(v)를 설치하여 도1과 같은 시스템으로 배관결접하여 사용한다.

전열히터(6)에 의하여 실린더(1)의 물을 가열한다. 온수의 설정온도를 50℃로 하면 실린더(1)내의 온수가 50℃이상으로 가열되면 자동으로 전원이 차단되고 수온이 설정온도 이하로 떨어지면 자동으로 전열히터(6)의 전원이 공급되어 가열된다.

설정온도로 가열되면 액튜에이터(3)도 팽창하므로 피스톤로드(3b)의 신장으로 피스톤(2)은 행정실(1a)에서 온도에 상응한 행정거리로 전진하면서 행정실(1a)의 가열된 온수를 유출구(1c)를 통하여 방열관측으로 압출한다.

이와 동시에 냉각된 방열관의 물이 유입구(1d)를 통하여 유입된다. 따라서 실린더의 내부온도는 저하되므로 액튜이에터(3)가 수축되면서 스프링(5)의 탄발력으로 피스톤(2)은 후퇴복귀 된다.

이때 실린더내의 온수의 온도변화에 대한 액튜에이터의 작동속도는 물의 잠열에 의한 온도변화의 지연성과 액튜에이터의 지연동작 때문에 온도변화와 액튜에이터의 동작간에는 시간적 간격이 있다.

따라서 온수가 소정의 온도에 도달하는 근처에서 가열된 온수가 압출되고 냉각된 물이 설정 온도로 상승되기 까지는 압출되지 않는다.

이 같은 동작의 반복으로 맥동적으로 온수를 가열공급 순환시키어 난방유지 된다.

본 발명은 전열히터에 의하여 가열하게 된 실린더의 내부에 온도변화에 의하여 작동되는 액튜에이터와 피스톤을 내설하여 온수의 가열수단과 온수의 순환수단을 겸할 수 있게 하였기 때문에 구조가 작고 간단하여 실내에 설치 가능하고 별도의 보일러 설치공간이 생략되며 펌프의 가동소음이 없고 조용하며 청정 난방이므로 환경공해의 우려가 없이 보다 경제적으로 저렴하고 편리하게 난방 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

1. 전열히터에 의하여 가열하게 된 보일러의 일정용량의 온수 가열공간을 펌핑의 피스톤 행정공간으로 겸하고 동 가열공간에 내설된 피스톤을 온도변화에 의하여 팽창 및 수축작동되는 액튜에이터에 의하여 작동되게 하여서 전열히터의 가열에 의한 온수의 온도상승과 환수된 저온수에 의한 온도저하가 반복되는 온도변화의 파형곡선에 따라 액튜에이터의 작동으로 피스톤이 좌우 행정(行程)하여 맥동(脈動)적으로 온수를 자동 순환되게 하는 것을 특징으로 하는 온수보일러의 자동순환방법.
2. 전열히터에 의하여 가열하게 된 온수보일러의 가열공간을 펌핑의 피스톤 행정공간으로 겸한 실린더로 형성하고 실린더의 내부에는 행정실과 동력실로 구분하여 동력실에는 역지밸브가 구비된 피스톤을 설치하고 동력실에는 온도변화에 의하여 작동하는 액튜에이터를 동력기구로 피스톤과 연결되게 설치하여 실린더의 온도변화에 의하여 액튜에이터가 피스톤을 작동시키어 맥동적으로 온수를 공급순환되게 구성한 것을 특징으로 하는 온수보일러의 자동순환장치.
3. 제2항에 있어서;

   보일러의 가열공간과 피스톤의 행정공간을 겸한 실린더의 양단부에 온수의 송수구와 환수구를 형성하여 역지밸브를 각각 설치하며, 환수구측에 액튜에이터를 설치하여 피스톤을 작동되게 한 것을 특징으로 하는 온수보일러의 자동순환장치.
4. 제2항에 있어서;

   보일러의 실린더의 행정실에 설치된 피스톤의 전방에 피스톤 복귀조장용 스프링을 탄설한 것을 특징으로 하는 온수보일러의 자동순환장치.
5. 제2항에 있어서;

   보일러의 실린더의 행정실에 설치된 피스톤의 후방에 피스톤의 복귀용 스프링을 탄설한 것을 특징으로 하는 온수보일러의 자동순환장치.
6. 제2항에 있어서;

   실린더의 동력실 내부에 온도제어기에 의하여 온도가 자동 조잘되는 공지한 전열히터를 설치한 것을 특징으로 하는 온수보일러의 자동순환장치.
7. 제2항에 있어서;

   실린더의 행정실의 외주면에 온도제어기에 의하여 온도가 자동 조절되는 공지한 전열히터를 장착한 것을 특징으로 하는 온수 보일러의 자동 순환장치.
8. 제2항에 있어서;

   실린더의 동력실에 설치된 액튜에이터는 가스나 액체가 충전된 금속밸로즈 형식의 액튜에이터를 설치하여 액튜에이터의 로드를 피스톤에 결접한 것을 특징으로 하는 온수보일러의 자동순환장치.
9. 제2항에 있어서;

   실린더의 동력실에 설치된 액튜에이터는 왁스가 충전된 피스톤 형식의 액튜에이터를 설치하여 액튜에이터의 로드를 피스톤에 결잡한 것을 특징으로 하는 온수보일러의 자동순환장치.