KR20100009963U - 온수탱크 - Google Patents

Abstract

본 고안은 온수탱크에 관한 것으로, 고온의 유체가 흐르는 가열온수 공급관과 난방온수 공급관을 저온측의 바닥에 이음하여 열손실을 극소화하고 배관이 용이하도록 함을 목적으로 한다.

본 고안에 의한 온수탱크는, 바닥부로부터 근접된 저온측에 가열온수 포트(11), 가열원수 포트(12), 난방온수 포트(13), 난방원수 포트(14)가 각각 형성된 탱크본체(10)와; 상기 탱크본체의 각각의 포트에 관이음되어 집열판(1)에 의해 가열된 가열온수를 상기 탱크본체에 연속해서 공급하고 이 가열온수에 의해 가열된 난방온수를 난방배관에 연속해서 공급하여 실내를 난방토록 하는 배관을 포함하며, 상기 배관은 상기 탱크본체의 저온측인 포트에 관이음된다

온수탱크, 집열판, 난방, 급탕

Description

온수탱크{HOTWATER TANK}

본 고안은 온수탱크에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고온의 유체가 흐르는 가열온수 공급관과 난방온수 공급관을 저온측의 바닥에 이음하고 내부에 고온의 가열온수를 공급하며 난방온수를 유입할 수 있는 배관을 형성함으로써 열손실을 극소화하며, 모든 배관을 한 곳에서 이음하여 배관이 용이하도록 한 온수탱크에 관한 것이다.

일반적으로 실내를 난방하고 급탕수를 얻는 방법으로 온수탱크가 사용되고 있다.

예를 들어 태양열 난방장치는 태양 빛을 집광하는 집열판과, 내부에 열 매체가 충전되고 집열판의 내부에 배열되어 집열판으로부터 발산되는 열을 흡수하는 가열 파이프와, 상기 가열 파이프가 통과되는 열교환기로 구성되는 것으로, 상기 열교환기에는 온수탱크 내로 냉수를 공급시키는 입수관과 온수탱크 내부의 가열된 온수를 주택 내부의 배관에 공급시키는 배출관이 연결된다.

온수탱크(이하 탱크라 함)의 성층화란 탱크의 상부에 저장되어 있는, 태양열 집열판 등에시 가열된 고온수와 탱크 하부의 저온수(냉수)가 시로 구분되도록 층을 형성시킴으로써, 고, 저온수가 서로 혼합되는 것을 방지하는 것을 말한다.

따라서 성층화가 이루어지면 고온수가 저온수와 혼합되어 희석되거나 냉각되는 것을 방지하여 고온수의 유효 이용율을 최대로 하며, 저온수의 온도상승을 막아 집열판의 집열효율을 크게 향상시킬 수 있게 한다.

그러나 이러한 성층화는 탱크내부의 유속, 다시 말하면 집열판 및 기타의 난방시스템과 탱크를 통하여 순환되는 물의 흐름의 속도가 커질수록 불안정해져서 고, 저온수가 서로 혼합되는 경향이 커지게 된다.

따라시 상당히 큰 유속하에서도 성층화를 촉진시키고 유지시키려는 각종의 기술이 행하여져 왔다.

종래의 이와 같은 기술로는 탱크의 형상을 상, 하가 긴 원통형으로 하거나, 탱크의 고, 저온수의 유입구 방향을 벽면으로 향하게 하는 방법, 고온수 유입구의 끝에 물분산장치를 설치하는 방법 등이 있다.

종래 기술에 의한 온수탱크는 다음과 같은 문제점이 있다.

온수탱크는 집열판과 온수탱크를 연결하는 가열온수 공급관 및 가열원수 회수관, 난방배관과 온수탱크를 연결하는 난방온수 공급관 및 난방원수 회수관이 각각 관이음된다. 이때 온수탱크의 바닥측에서 천정측으로 갈수록 온도가 높을 것이므로 상대적으로 온도가 높은 가열온수와 난방온수의 공급관은 온수탱크의 천정측 에 이음되고 상대적으로 온도가 낮은 가열원수와 난방원수의 회수관은 온수탱크의 바닥측에 관이음된다. 즉, 온도에 따라 공급관과 회수관은 높이차를 두고 이음되는 것이다.

상기 공급관들과 회수관들은 온수탱크의 포트에 연결되는 부분에서 열손실을 막기 위하여 수밀, 기밀 처리되고 있지만, 현실적으로 완벽한 기밀을 유지할 수 없기 때문에 이러한 관이음부분에서 열손실이 발생되고 있다. 이때, 상대적으로 저온인 회수관측에서는 회수관을 흐르는 원수의 온도가 높지 않기 때문에 열손실이 크지 않지만, 고온의 가열온수와 난방온수가 흐르는 공급관의 관이음부에서는 큰 열손실이 일어나고 있다. 결과적으로 열손실을 보상하기 위해서는 운전율을 높이거나 별도의 보조장치를 사용하여야 하므로 비용이 비싸지는 문제점이 있다.

그리고, 상기 공급관과 회수관의 이음 위치가 2개소(공급관이 이음되는 상부측 1개소, 회수관이 이음되는 하부측 1개소)로 나뉘어져 있고, 상기 공급관들과 회수관들은 온수탱크의 외부에서 한 곳으로 모인 후 배관되기 때문에 배관시나 보수시 온수탱크 주변의 구조물 및 작업자와 간섭이 일어나는 문제점도 있다.

전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 고안은, 가열온수 공급관과 난방온수 공급관을 열손실이 적은 바닥측에 이음되도록 한 온수탱크를 제공하려는데 그 목적이 있다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 가열온수 공급관과 난방온수 공급관을 저온측의 가열원수 회수관 및 난방원수 회수관과 함께 서로 근접되도록 배관하려는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 고안에 의한 온수탱크는, 바닥부로부터 근접된 저온측에 가열온수 포트, 가열원수 포트, 난방온수 포트, 난방원수 포트가 각각 형성된 탱크본체와; 상기 탱크본체의 각각의 포트에 관이음되어 열교환기에 의해 가열된 가열온수를 상기 탱크본체에 연속해서 공급하고 이 가열온수에 의해 가열된 난방온수를 난방배관에 연속해서 공급하여 실내를 난방토록 하는 배관을 포함하며, 상기 배관은 상기 탱크본체의 저온측인 포트에 관이음되는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안에 의한 온수탱크에 의하면, 온수탱크의 내부와 외부에 각각 배관된 제2가열온수 공급관과 제2난방온수 공급관, 제1가열온수 공급관과 제1난방온수 공급관의 조합에 의하여 가열온수와 난방온수를 공급하며, 제1가열온수 공급관과 제1난방온수 공급관이 상대적으로 저온측의 바닥부에 관이음되어 열손실을 줄일 수 있으므로 온수탱크의 신뢰성을 향상할 수 있고 운전율을 최적으로 유지할 수 있으며 불필요한 보조장치를 사용하지 않는다.

그리고, 고온측의 공급관들과 저온측의 회수관 등 모든 배관들이 온수탱크의 아래측에 관이음되어 작업자가 사다리 등을 이용하여 높은 곳으로 이동하면서 배관작업을 하지 않고 낮은 곳에서만 배관작업하므로 배관 작업이 매우 용이하고 배관 및 보수 작업시 간섭을 최소화할 수 있는 등의 효과가 있다.

도 1에서 보이는 바와 같이, 본 고안에 의한 온수 탱크는, 온수가 저장되는 탱크본체(10) 및 열교환기(태양열을 집열하는 집열판(1)을 예로 들어 설명한다)로부터 열을 회수하여 난방이나 급탕용 물을 가열할 수 있도록 열교환매체와 물의 순환을 안내하는 배관으로 구성된다.

탱크본체(10)는 통상적으로 사용되는 기존 제품과 동일하며 내열성과 단열성이 우수한 재질과 구조로 이루어진다.

탱크본체(10)의 내부에는 집열판(1)을 순환하여 가열된 가열온수가 유입 및 가열원수가 집열판(1)으로 복귀되도록 하고, 또한, 난방이나 급탕용 물이 가열온수와 순환한 후 부하(난방배관이나 급탕탱크)에 공급되도록 하며, 이는 하기의 배관에 의해 이루어진다.

탱크본체(10)의 내부에서는 가열온수와 난방온수가 혼합된 상태이고, 탱크본체(10)에 저장되는 물은 바닥측에서부터 천정측으로 갈수록 온도가 높을 것이며, 내부를 흐르는 유체의 온도에 상관없이 모든 배관들이 탱크본체(10)의 아래측에 관이음되도록 탱크본체(10)의 바닥측에는 4개의 포트(11,12,13,14)가 갖추어진다. 포 트(11,12,13,14)는 후술하는 배관들의 설명에 의해 구체화된다.

상기 배관은 집열판(1)과 연결되는 것(제1,2가열온수 공급관(P1,P2), 가열온수 분사관(P3), 가열원수 회수관(P4)), 난방 배관(2)과 연결되는 것(난반온수 흡입관(P5), 제1,2난방온수 공급관(P6,P7), 난방원수 회수관(P8))으로 구분된다.

도 1 또는 도 2에서 보이는 것처럼, 제1가열온수 공급관(P1)은 양단부가 집열판(1)의 출구단과 탱크본체(10)의 가열온수 포트(11)의 입구단에 각각 연결되어 집열판(1)을 순환하여 가열된 가열온수를 탱크본체(10)의 내부로 안내한다.

제2가열온수 공급관(P2)은 탱크본체(10)의 내부에 상하 길이방향을 따라 배열되면서 하측의 단부는 탱크본체(10)의 가열온수 포트(11)의 출구단에 연결되고 상측의 단부는 탱크본체(10)의 상부측에 대응된다.

제1,2가열온수 공급관(P1,P2)은 집열판(1)을 순환하여 가열된 가열온수를 탱크본체(10) 내부에 공급하기 위한 배관이며 가열온수 포트(11)를 통해 서로 관이음된다.

가열온수 분사관(P3)은 제2가열온수 공급관(P2)에 유체 연통 가능하게 연결되어 제2가열온수 공급관(P2)을 통해 공급되는 가열온수를 탱크본체(10)의 상부측에서 분사한다. 가열온수 분사관(P3)은 온수를 탱크본체(10) 내부에 균일하게 분사함이 중요할 것이며 도면에 도시된처럼 고리 형태로 한정되지는 않는다. 가열온수 분사관(P3)은 온수를 분사하기 위한 분사부가 갖추어진다. 상기 분사부는 구멍의 형태이거나 노즐일 수 있다.

가열원수 회수관(P4)은 양측 단부가 탱크본체(100의 가열원수 포트(12)의 출 구단과 집열판(1)의 회수단에 연결되어 탱크본체(10)의 하류측에 있는 가열원수를 집열판(1)으로 복귀시킨다.

난방온수 흡입관(P5)은 탱크본체(10) 내부에 가열온수 분사관(P3)보다 낮게 배치되며 탱크본체(10) 내부의 온수를 흡입하는 것이며, 많은 양의 난방온수를 흡입할 수 있도록 예컨대 고리 형태일 수 있다.

제1난방온수 공급관(P6)은 탱크본체(10) 내부에 상하 길이방향으로 배열되며 상하단부가 각각 난방온수 흡입관(P5)과 탱크본체(10)의 난방온수 포트(13)의 입구단에 연결되어, 난방온수 흡입관(P5)을 통해 흡입된 난방온수를 공급한다.

제2난방온수 공급관(P7)은 입구단이 난방온수 포트(13)의 출구단에 연결되고 출구단은 난방배관(2)에 연결되어 제1난방온수 공급관(P6)을 통해 흐르는 난방용 온수를 난방배관(2)에 공급한다.

난방원수 회수관(P8)은 입구단이 난방배관(2)의 출구단에 연결되고 출구단이 탱크본체(10)의 난방원수 포트(14)의 입구단에 연결되어 난방용 원수를 탱크본체(10)에 복귀시킨다.

본 발명은 태양열을 열원으로 하여 난방함과 더불어 급탕수를 공급할 수 있으며, 급탕수 공급관(P9)이 더 갖추어진다. 급탕수 공급관(P9)은 탱크본체(10)에 저장되는 물의 상등수측에 배치되며 입구단과 출구단이 급탕수탱크(3)에 각각 연결되어 내부를 흐르는 물과 탱크본체(10) 내의 가열온수의 열교환을 통해 급탕수를 공급한다.

이와 같이 구성된 본 고안에 의한 온수탱크의 작용은 다음과 같다.

집열판(1)은 태양열을 집열하며, 가열원수 회수관(P4)을 통해 회수된 가열원수는 집열판(1)을 순환하면서 집열판(1)에 의해 집열된 열을 빼앗아 가열온수로 온도 변화한다.

가열온수는 제1가열온수 공급관(P1) - 가열온수 포트(11) - 제2가열온수 공급관(P2) - 가열온수 분사관(P3)을 통해 탱크본체(10) 내부에 공급된다. 좀더 구체적으로 설명하면, 가열온수 포트(11)를 거친 가열온수는 제2가열온수 공급관(P2)을 따라 탱크본체(10)의 아래측에서부터 위측으로 상승한 후 가열온수 분사관(P3)을 통해 아래측으로 분사된다.

이러한 가열온수는 탱크본체(10)에 저장된 물과 열교환하여 탱크본체(10) 내부에 고온의 난방온수를 형성한다.

탱크본체(10)의 아래측의 저온수(가열원수)는 가열원수 포트(12) - 가열원수 회수관(P4)을 거쳐 집열판(1)으로 복귀한다. 즉, 이상의 흐름을 통하여 탱크본체(10) 내부에 지속적으로 적정 온도의 가열온수가 공급됨으로써 난방온수를 생산한다.

탱크본체(10)에 저장된 난방온수는 난방수 흡입관(P5) - 제1난방온수 공급관(P6) - 난방온수 포트(13) - 제2난방온수 공급관(P7)의 경로를 거쳐 난방 배관(2)에 공급된다. 난방 배관(2)을 순환하여 온도가 낮아진 난방원수는 난방원수 회수관(P8) - 난방원수 포트(14)를 거쳐 탱크본체(10)에 복귀한다.

한편, 급탕수를 이용하기 위하여 급탕모드를 선택하면, 원수 또는 급탕수탱크(3) 내의 물이 급탕수 공급관(P9)을 통해 탱크본체(10) 내부의 고온수와 열교환 한 후 급탕수탱크(3)에 공급된다.

도 3은 본 발명에 의한 온수탱크의 다른 예를 도시한 것으로, 최적의 온도조건을 유지하는 물을 난방온수로 공급할 수 있도록 구성된다.

본 발명은 탱크본체(10) 내부에 저장되는 물 중 상등수를 난방온수로 사용하고 있는데, 물 중 수면으로부터 일정 깊이에 있는 물이 최적의 온도를 유지할 것이며, 이를 위하여 제1난방온수 공급관(P6)은 난방온수 흡입관(P5)의 위치를 변하게 한다.

제1난방온수 공급관(P6)은 난방온수 포트(13)에 연결되는 고정부(P6-1), 난방온수 흡입관(P5)이 연결되는 승강부(P6-2), 고정부(P6-1)와 승강부(P6-2)의 사이에 개재되는 주름관((P6-3)), 승강부(P6-2)에 장착되는 부구(20)로 이루어진다.

탱크본체(10)의 용적율은 정해져 있으며, 탱크본체(10)에 저장되는 유량은 변화가 크지 않을 것이므로 난방온수 흡입관(P5)을 수면으로부터 일정 깊이에 잠기도록 부구(20)의 부력을 셋팅하는 것은 당업자라면 충분히 실시할 수 있을 것이다.

도 1은 본 고안에 의한 온수탱크가 적용된 태양열 시스템의 구성도.

도 2는 본 고안에 의한 온수탱크의 구성도.

도 3은 본 고안에 의한 온수탱크의 다른 예시도.

<도면의 주요 부분에 사용된 부호의 설명>

10 : 탱크본체, P1 : 제1가열온수 공급관

P2 : 제2가열온수 공급관, P3 : 가열온수 분사관

P4 : 가열원수 회수관, P5 : 난방온수 흡입관

P6 : 제1난방온수 공급관, P7 : 제2난방온수 공급관

P8 : 난방원수 회수관,

Claims (3)

1. 바닥부로부터 근접된 곳에 가열온수 포트(11), 가열원수 포트(12), 난방온수 포트(13), 난방원수 포트(14)가 각각 형성된 탱크본체(10)와;

   양단부가 열교환기의 출구단과 상기 탱크본체의 가열온수 포트의 입구단에 각각 연결되어 상기 열교환기를 순환하여 가열된 가열온수를 상기 탱크본체로 안내하는 제1가열온수 공급관(P1)과;

   상기 탱크본체의 내부에 상하 길이방향을 따라 배열되면서 하측의 단부는 상기 탱크본체의 가열온수 포트의 출구단에 연결되고 상측의 단부는 상기 탱크본체의 상부측에 대응되는 제2가열온수 공급관(P2)과;

   상기 제2가열온수 공급관에 유체 연통 가능하게 연결되어 상기 제2가열온수 공급관을 통해 유동하는 가열온수를 상기 탱크본체의 상부측에서 분사하는 가열온수 분사관(P3)과;

   양측 단부가 상기 탱크본체의 가열원수 포트의 출구단과 상기 열교환기의 회수단에 연결되어 상기 탱크본체의 하류측에 있는 가열원수를 상기 열교환기로 복귀시키는 가열원수 회수관(P4)과;

   상기 탱크본체 내부에 상기 가열온수 분사관보다 낮게 배치되며 상기 탱크본체 내부의 온수를 흡입하는 난방온수 흡입관(P5)과;

   상기 탱크본체 내부에 상하 길이방향으로 배열되며 상하단부가 각각 상기 난방온수 흡입관과 상기 탱크본체의 난방온수 포트에 연결되는 제1난방온수 공급 관(P6)과;

   입구단은 상기 난방온수 포트의 출구단에 연결되고 출구단은 난방배관(2)에 연결되어 상기 제1난방온수 공급관을 통해 흐르는 난방용 온수를 난방배관에 공급하는 제2난방온수 공급관(P7)과;

   입구단은 상기 난방배관에 연결되고 출구단은 상기 탱크본체의 난방원수 포트의 입구단에 연결되어 난방용 원수를 상기 탱크본체에 복귀시키는 난방원수 회수관(P8)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 온수탱크.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 탱크본체에 저장되는 물의 상등수측에 배치되며 입구단과 출구단이 급탕수탱크(3)에 각각 연결되어 내부를 흐르는 물과 상기 탱크본체 내의 가열온수의 열교환을 통해 급탕수를 공급하는 급탕수공급관(P9)이 더 포함된 것을 특징으로 하는 온수탱크.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 제1난방온수 공급관은, 상기 난방온수 포트에 연결되는 고정부(P6-1), 상기 난방온수 흡입관이 연결되는 승강부(P6-2), 상기 고정부와 승강부의 사이에 개재되는 주름관(P6-3), 상기 승강부에 장착되며 상기 난방온수 흡입관이 상기 탱크본체에 저장된 물의 수면으로부터 일정 깊이에 잠기도록 하는 부구(20)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 온수탱크.

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