KR20130123531A - 난방효율을 향상시킨 난방 및 온수의 동시 사용이 가능한 보일러 - Google Patents

난방효율을 향상시킨 난방 및 온수의 동시 사용이 가능한 보일러 Download PDF

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Abstract

본 발명은 난방기구의 전열면적이 작은 경우에도 난방기구에 공급되는 난방수의 유량부족 및 압력손실을 방지함으로써 난방효율을 향상시키고, 온수부하가 있는 경우에는 난방수의 일부를 급탕열교환기 측으로로 분기시켜 직수를 온수로 가열함으로써 난방과 온수의 동시 사용이 가능한 보일러를 제공함에 그 목적이 있다.
이를 구현하기 위한 본 발명은, 탱크(110)와 주열교환기(130) 사이에서 내부 순환펌프(120)에 의해 압송되는 난방수의 순환 유로를 형성하는 난방수 내부 수배관라인(160); 상기 탱크(110)와 난방기구(230) 사이에서 외부 순환펌프(220)에 의해 압송되는 난방수가 공급 및 환수되는 난방수의 순환 유로를 형성하는 난방수 공급 수배관라인(210); 및 상기 난방수 내부 수배관라인(160)의 제2 난방수 연결관(160b)에 구비되어 상기 주열교환기(130)를 통과한 난방수를 난방부하와 온수부하에 따라 개도량을 조절하여 상기 탱크(110)와 급탕열교환기(180) 측으로 공급하도록 삼방변(170);을 포함하되, 상기 보일러 내부 수배관라인(160)과 상기 난방수 공급 수배관라인(210)은 상기 탱크(110) 내부의 공간을 매개로 하여 연결된 것을 특징으로 한다.

Description

난방효율을 향상시킨 난방 및 온수의 동시 사용이 가능한 보일러{A BOILER WITH IMPROVED HEATING EFFICIENCY WHICH IS CAPABLE OF USING HEATING AND HOT WATER SIMULTANEOUSLY}
본 발명은 난방효율을 향상시킨 난방 및 온수의 동시 사용이 가능한 보일러에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 난방기구의 전열면적이 작은 경우에도 난방기구에 충분한 유량의 난방수가 공급되도록 하여 난방효율을 향상시킴과 아울러 난방부하 및 온수부하를 고려하여 난방과 온수의 동시 사용을 가능하게 하는 난방효율을 향상시킨 난방 및 온수의 동시 사용이 가능한 보일러에 관한 것이다.
일반적으로 난방전용 보일러는 연료의 연소시 발생하는 연소열을 이용하여 난방수를 설정된 온도로 가열시켜 난방소요처로 공급하는 난방장치이다.
종래 일반적인 난방전용 보일러는, 도 1에 도시된 바와 같이 난방수가 저장되는 탱크(10)와, 탱크(10)에 저장된 난방수를 주열교환기(30) 측으로 순환 공급하는 순환펌프(20)와, 주열교환기(30)를 통과하는 난방수에 연소열을 전달하도록 연료를 연소시키는 버너(40)와, 버너(40)의 연소 공간을 제공하는 연소실(50)과, 탱크(10)에 저장된 난방수가 주열교환기(30)로 공급되는 난방수 연결관(71)과, 주열교환기(30)에서 열교환을 거쳐 가열된 난방수가 난방소요처인 난방기구(60)로 공급되는 난방수 공급관(72)과, 난방기구(60)에 열을 전달하고 온도가 떨어진 난방수가 탱크(10)로 환수되는 난방수 환수관(73)을 포함하여 구성되어 있다.
이와 같이 구성된 종래의 보일러에서, 난방기구(60)의 전열면적이 작은 경우에는 난방수 공급량에 제한이 있어 난방기구(60)를 통하여 충분한 난방이 이루어지지 못하는 문제점이 있었다.
즉, 종래의 보일러에서는 주열교환기(30)에서 가열된 난방수가 난방수 공급관(72)을 통하여 난방기구(60)에 직접 공급되는 구조로 이루어져 있어, 난방기구(60)로 공급되는 난방수의 유량은 주열교환기(30)을 통과하여 공급되는 난방수의 유량으로 제한되므로 난방기구(60)의 전열면적이 작을 경우에는 난방기구(60)로 공급되는 난방수의 공급량이 제한됨에 따라서 난방이 제대로 이루어지지 못하는 문제점이 있었다.
따라서 종래의 보일러에서 공급량이 제한된 난방수가 난방기구(60)를 통과하면서 열을 전달하여 난방이 제대로 이루어지기 위해서는 난방기구(60)의 전열면적이 충분히 커져야 한다. 예컨대, 온돌 난방의 경우에는 온돌 바닥에 난방배관이 넓은 전열면적을 가지며 설치되어야 하는데, 이와 같이 난방기구(60)의 전열면적을 크게 할 경우에는 난방수의 압력손실 또한 커지게 되어 보일러의 효율이 떨어지게 되는 문제점이 있다.
한편, 난방기구(60)의 전열면적에 따라 난방기구(60)로 공급되는 난방수의 공급온도와 난방기구(60)를 거치고 난 후에 환수되는 난방수의 환입온도가 설정된다. 예를 들어, 난방기구(60)로서 전열면적이 큰 대용량의 라디에이터(radiator)로 난방을 하는 경우에는 난방수 공급온도가 80℃로 설정되고, 난방수 환입온도는 60℃로 설정되어 난방수 공급온도와 난방수 환입온도 간의 온도 차이인 20℃에 대응하여 난방기구(60)에서의 난방이 이루어지게 되나, 난방기구(60)로서 전열면적이 작은 소용량의 라디에이터로 난방을 하는 경우에는 난방수 공급온도가 80℃로 설정되고, 난방수 환입온도는 70℃로 설정되어 난방수 공급온도와 난방수 환입온도 간의 온도 차이인 10℃에 대응하는 만큼만 난방기구(60)에서 난방이 이루어지게 된다. 따라서 소용량의 라디에이터를 사용하여 난방을 하는 경우에는 대용량의 라디에이터를 사용하여 난방을 하는 경우에 비해 난방수의 공급량이 2배가 되어야만 동일한 정도의 난방을 수행할 수 있게 된다.
그러나 이와 같이 난방기구(60)의 전열면적이 작은 경우에 전열면적이 큰 경우와 동등한 수준의 난방이 이루어지도록 하기 위해서는 난방수의 순환량이 많아져야 하기 때문에 주열교환기(30)를 통과하는 난방수의 유량 또한 커지게 되어 주열교환기(30) 내부에 열전달을 위해 설치되는 전열핀 등의 부품이 과도한 유량의 난방수에 의해 침식 및 부식되어 파손됨으로써 주열교환기(30)의 내구성이 저하되고 수명이 단축되는 문제가 있을 뿐만 아니라, 주열교환기(30)에 많은 양의 난방수를 공급하기 위해서는 보일러 내부에 설치되는 순환펌프(20)의 용량도 커져야 하므로 보일러의 전체 부피와 중량이 증대되고 보일러의 제작에 많은 비용이 소요되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 난방기구의 전열면적이 작은 경우에도 난방기구에 공급되는 난방수의 유량부족 및 압력손실을 방지함으로써 난방효율을 향상시키고, 온수부하가 있는 경우에는 난방수의 일부를 급탕열교환기 측으로로 분기시켜 직수를 온수로 가열함으로써 난방과 온수의 동시 사용이 가능한 보일러를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 열교환기에 과도한 유량의 난방수가 통과하지 않더라도 난방기기에 충분한 유량의 난방수가 공급되도록 함으로써, 보일러 내부에 설치되는 내부 순환펌프의 용량을 감소시킬 수 있고, 주열교환기에 과도한 유량의 난방수가 흐르는 경우에 초래되는 주열교환기의 침식에 의한 부식을 방지하여 주열교환기의 수명을 연장시킬 수 있는 보일러를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 난방기구로 공급되는 난방수의 온도가 설정된 난방수의 공급목표온도가 되도록 용이하게 제어할 수 있는 구조로 이루어진 보일러를 제공하는데 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 난방효율을 향상시킨 난방 및 온수의 동시 사용이 가능한 보일러는, 난방수가 저장되는 공간이 내부에 마련된 탱크(110)와, 버너(140)의 연소열을 이용하여 난방수를 가열하는 주열교환기(130)와, 상기 주열교환기(130)에서 가열된 난방수와의 열교환에 의해 직수를 온수로 가열하는 급탕열교환기(180)를 포함하는 보일러에 있어서, 상기 탱크(110) 내의 난방수가 주열교환기(130)로 공급되는 제1 난방수 연결관(160a)과, 상기 주열교환기(130)를 통과한 난방수가 상기 탱크(110)로 공급되는 제2 난방수 연결관(160b)으로 이루어져, 상기 탱크(110)와 주열교환기(130) 사이에서 내부 순환펌프(120)에 의해 압송되는 난방수의 순환 유로를 형성하는 난방수 내부 수배관라인(160); 상기 탱크(110) 내의 난방수가 난방기구(230)로 공급되는 난방수 공급관(210a)과, 상기 난방기구(230)를 통과한 난방수가 상기 탱크(110)로 환수되는 난방수 환수관(210b)으로 이루어져, 상기 탱크(110)와 난방기구(230) 사이에서 외부 순환펌프(220)에 의해 압송되는 난방수가 공급 및 환수되는 난방수의 순환 유로를 형성하는 난방수 공급 수배관라인(210); 및 상기 제2 난방수 연결관(160b)에 구비되어 상기 주열교환기(130)를 통과한 난방수를 난방부하와 온수부하에 따라 개도량을 조절하여 상기 탱크(110)와 급탕열교환기(180) 측으로 공급하도록 삼방변(170);을 포함하되, 상기 보일러 내부 수배관라인(160)과 상기 난방수 공급 수배관라인(210)은 상기 탱크(110) 내부의 공간을 매개로 하여 연결된 것을 특징으로 한다.
이 경우 상기 삼방변(170)과 급탕열교환기(180) 사이에는 주열교환기(130)를 통과한 난방수를 급탕열교환기(180)로 공급하는 제1연결관(191)이 설치되고, 상기 급탕열교환기(180)와 탱크(110) 사이에는 급탕열교환기(180)를 통과한 난방수를 탱크(110)로 환수하는 제2연결관(192)이 설치된 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 내부 순환펌프(120)는 상기 제1 난방수 연결관(160a)에 설치되고, 상기 외부 순환펌프(220)는 상기 난방수 공급관(210a)에 설치된 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 탱크(110)의 상부에는, 상기 제2 난방수 연결관(160b)에 연결되는 주열교환기 연결구(111)와, 상기 난방수 공급관(210a)에 연결되는 난방수 공급구(112)가 형성되고, 상기 탱크(110)의 하부에는, 상기 난방수 환수관(210b)에 연결되는 난방수 환입구(113)와, 제1 난방수 연결관(160a)에 설치되는 내부 순환펌프(120)에 연결되는 펌프 연결구(114)와, 상기 제2연결관(192)에 연결되는 난방수 유입구(115)가 형성된 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 탱크(110)의 상부에는 탱크(110) 내부의 난방수에 포함된 공기를 탱크(110) 외부로 배출하기 위한 기수분리기(116)가 설치된 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 탱크(110)의 하부에는 상기 난방수 환입구(113)와 난방수 유입구(115)를 통해 탱크(110)로 유입되는 난방수에 포함된 이물질을 여과하기 위한 필터(116)가 설치된 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 난방수 공급관(210a)에는 상기 탱크(110)에서 난방기구(230)로 공급되는 난방수의 온도를 측정하기 위한 제1온도센서(211)가 구비되고, 상기 제2 난방수 연결관(160b)에는 상기 주열교환기(130)에서 가열되어 상기 탱크(110)로 공급되는 난방수의 온도를 측정하기 위한 제2온도센서(161)가 구비되어, 상기 제1온도센서(211)에서 측정되는 난방수의 공급온도(T2)가 난방수의 제1 공급목표온도(T1)에 도달하도록 버너(140)의 연소량 조절에 의해 상기 제2온도센서(161)에서 측정되는 난방수의 온도(T3)가 제어되는 것으로 구성될 수 있다.
또한 보일러의 난방모드시, 상기 삼방변(170)은 주열교환기(130)로부터 유입되는 난방수의 전체 유량이 탱크(110)로 공급되도록 난방수의 공급 유로가 형성되고, 상기 탱크(110) 내의 난방수는 상기 펌프 연결구(114)를 통하여 상기 내부 순환 펌프(120)를 거쳐 상기 주열교환기(130)로 공급되며, 상기 주열교환기(130)에서 가열된 난방수는 상기 삼방변(170)을 거쳐 상기 주열교환기 연결구(111)를 통하여 상기 탱크(110)로 유입되고, 상기 탱크(110) 내의 난방수는 상기 난방수 공급구(112)를 통하여 상기 외부 순환펌프(220)를 거쳐 난방기구(230)에 공급된 후에, 상기 난방수 환입구(113)를 통하여 상기 탱크(110)로 유입되며, 상기 난방수 환입구(113)를 통하여 상기 탱크(110)로 유입된 난방수의 일부는 상기 펌프 연결구(114)를 통해 주열교환기(130)로 공급되고, 나머지의 난방수는 상기 주열교환기 연결구(111)를 통해 유입된 난방수와 혼합되어 상기 난방수 공급구(112)를 통해 난방기구(230)로 공급되는 것으로 구성될 수 있다.
또한 보일러의 난방 및 온수의 동시 사용 모드시, 상기 삼방변(170)은 난방부하와 온수부하에 비례하여 주열교환기(130)로부터 유입되는 난방수가 상기 탱크(110)와 급탕열교환기(180)로 유량이 분기되도록 개도량이 조절되고, 상기 탱크(110) 내의 난방수는 상기 펌프 연결구(114)를 통하여 상기 내부 순환 펌프(120)를 거쳐 상기 주열교환기(130)로 공급되며, 상기 주열교환기(130)에서 가열된 난방수의 일부는 상기 삼방변(170)을 거쳐 상기 주열교환기 연결구(111)를 통하여 상기 탱크(110)로 유입되고, 상기 탱크(110) 내의 난방수는 상기 난방수 공급구(112)를 통하여 상기 외부 순환펌프(220)를 거쳐 난방기구(230)에 공급된 후에, 상기 난방수 환입구(113)를 통하여 상기 탱크(110)로 유입되며, 상기 주열교환기(130)에서 가열된 난방수의 나머지 일부는 상기 삼방변(170)을 거쳐 상기 급탕열교환기(180)로 유입되어, 직수와 열교환된 후에 상기 난방수 유입구(115)를 통하여 상기 탱크(110)로 유입되고, 상기 난방수 환입구(113)와 난방수 유입구(115)를 통하여 상기 탱크(110)로 유입된 난방수의 일부는 상기 펌프 연결구(114)를 통해 주열교환기(130)로 공급되고, 나머지의 난방수는 상기 주열교환기 연결구(111)를 통해 유입된 난방수와 혼합되어 상기 난방수 공급구(112)를 통해 난방기구(230)로 공급되는 것으로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 난방효율을 향상시킨 난방 및 온수의 동시 사용이 가능한 보일러에 의하면, 보일러 내부 수배관라인과 난방수 공급 수배관라인이 탱크 내부의 공간을 매개로 연결되도록 구성함으로써 난방기구의 전열면적이 작더라도 난방기구(난방소요처)에 충분한 유량의 난방수 공급이 가능하게 되어 난방 효율을 향상시킬 수 있고, 온수부하가 있는 경우에는 난방부하와 온수부하에 비례하여 삼방변의 개도량을 조절함으로써 난방 및 온수의 동시 사용이 가능해지는 장점이 있다.
또한 본 발명에 따른 보일러에 의하면, 보일러 내부에 설치되는 내부 순환펌프를 용량이 작은 펌프를 사용하더라도 난방기구로 충분한 유량의 난방수 공급이 가능해짐과 동시에 주열교환기를 통과하는 난방수의 유량 증대를 방지할 수 있게 되어 주열교환기의 침식에 의한 부식을 방지하고 내구성 향상 및 수명 연장의 효과가 있다.
또한 본 발명에 의하면, 제1온도센서에서 측정된 난방수의 공급온도가 난방수의 제1 공급목표온도가 되도록 주열교환기에서 탱크로 공급되는 난방수의 온도를 제어함으로써 난방수의 공급 온도를 용이하게 제어할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래 난방전용 보일러의 개략적인 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 보일러의 개략적인 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 보일러에 구비되는 탱크의 확대도,
도 4는 본 발명에 따른 보일러에서 난방 모드시 작동 상태도,
도 5는 본 발명에 따른 보일러에서 난방 모드시 탱크 내부에서의 난방수의 흐름 상태도,
도 6은 본 발명에 따른 보일러에서 온수 모드시 작동 상태도,
도 7은 본 발명에 따른 보일러에서 난방 및 온수의 동시 사용 모드시 작동 상태도,
도 8은 본 발명에 따른 보일러에서 난방 및 온수의 동시 사용 모드시 탱크 내부에서의 난방수의 흐름 상태도.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 보일러의 개략적인 구성도이다.
본 발명에 따른 보일러에서, 보일러 본체(100)의 내부에는, 난방수가 저장되는 공간이 내부에 마련된 탱크(110), 버너(140)의 연소에 의해 발생되는 연소생성물과의 열교환을 통해 난방수를 가열하는 주열교환기(130), 탱크(110)에 저장된 난방수를 주열교환기(130) 측으로 순환 공급하는 내부 순환펌프(120), 주열교환기(130)를 통과하는 난방수에 연소열을 전달하도록 연료를 연소시키는 버너(140)와, 버너(140)의 연소 공간을 제공하는 연소실(150), 주열교환기(130)에서 가열된 난방수와의 열교환에 의해 직수를 가열하여 온수를 공급하는 급탕열교환기(180), 주열교환기(130)에서 가열된 난방수가 난방부하와 온수부하에 비례하여 탱크(110) 또는 급탕열교환기(180)로 공급되도록 난방수의 유로를 형성하는 삼방변(170)이 구비된다.
상기 탱크(110)의 일측과 주열교환기(130) 사이에는 난방수의 순환 공급을 위한 보일러 내부 수배관(160)이 설치된다. 상기 보일러 내부 수배관(160)은, 탱크(110)의 하부 일측에서 주열교환기(130)의 입구(131)로 연결되어 탱크(110) 내부의 난방수를 주열교환기(130)로 공급하기 위한 제1 난방수 연결관(160a)과, 주열교환기(130)의 출구(132)에서 탱크(110)의 상부 일측에 연결되어 주열교환기(130)에서 가열된 난방수를 탱크(110)로 공급하기 위한 제2 난방수 연결관(160b)으로 구성되며, 상기 제1난방수 연결관(160a)에는 탱크(110)와 주열교환기(130) 사이에 난방수의 순환을 위해 난방수를 압송하는 내부 순환펌프(120)가 설치된다.
그리고 탱크(110)의 타측에는 라디에이터 등의 난방기구(230)로 난방수를 순환 공급하기 위한 난방수 공급 수배관라인(210)이 설치된다. 상기 난방수 공급 수배관라인(210)은 탱크(110) 내의 고온의 난방수를 난방기구(230)로 공급하기 위한 난방수 공급관(210a)과, 난방기구(230)를 거치면서 열을 전달한 후에 온도가 떨어진 난방수가 환수되는 난방수 환수관(210b)으로 구성되며, 상기 난방수 공급관(210a)에는 탱크(110)와 난방기구(230) 사이에 난방수의 순환을 위해 난방수를 압송하는 외부 순환펌프(220)가 설치된다.
또한 상기 난방수 공급관(210)의 탱크(110) 출구부에는 탱크(110)로부터 난방기구(230) 측으로 공급되는 난방수의 온도를 측정하기 위한 제1온도센서(211)가 구비되고, 제2 난방수 연결관(160b)에는 주열교환기(130)에서 가열되어 탱크(110)로 공급되는 난방수의 온도 측정을 위한 제2온도센서(161)가 구비된다.
상기 탱크(110) 내부에는 난방수가 저장되는 공간이 마련되어, 상기 보일러 내부 수배관라인(160)과 난방수 공급 수배관라인(210)은 탱크(110) 내부의 공간을 매개로 하여 연결된 구조로 이루어져 있다.
상기 제2 난방수 연결관(160b)에는 삼방변(170)이 구비되어, 주열교환기(130)를 거치면서 가열된 난방수의 공급 유로가 탱크(110)와 급탕열교환기(180) 중 어느 하나에 택일적으로 연결되도록 하거나, 난방부하와 온수부하에 비례하여 삼방밸브(170)에서 탱크(110) 측을 향하는 제2 난방수 연결관(160b)으로 연결되는 유로와 삼방밸브(170)에서 급탕열교환기(180) 측을 향하는 제1연결관(191)에 연결되는 유로의 개도량을 조절하게 된다. 그리고 급탕열교환기(180)의 출구에는 탱크(110)로 연결되는 제2연결관(192)이 설치되며, 급탕열교환기(180)에는 직수가 유입되는 직수관(193)과 가열된 온수가 배출되는 온수관(194)이 연결 설치되어 있다.
도 3은 본 발명에 따른 보일러에 구비되는 탱크의 확대도이다.
도 3을 참조하면, 탱크(110)의 상부 일측에는 제2 난방수 연결관(160b)에 연결되는 주열교환기 연결구(111)가 형성되고, 탱크(110)의 상부 타측에는 난방수 공급관(210a)에 연결되는 난방수 공급구(112)가 형성되어 있다. 탱크(110)의 하부 일측에는 제1 난방수 연결관(160a)에 설치되는 내부 순환펌프(120)에 연결되는 펌프 연결구(114)가 형성되고, 탱크(110)의 하부 타측에는 난방수 환수관(210b)에 연결되는 난방수 환입구(113)와, 제2연결관(192)에 연결되는 난방수 유입구(115)가 형성되어 있다.
그리고 탱크(110)의 상부에는 탱크(110) 내부의 난방수에 포함된 공기를 탱크(110)의 외부로 배출하기 위한 기수분리기(116)가 설치되고, 탱크(110)의 하부에는 난방기구(230)를 거친 후에 난방수 환입구(113)를 통해 탱크(110)로 유입되는 난방수와 제2연결관(192)을 통해 탱크(110)로 유입되는 난방수에 포함된 이물질을 여과하기 위한 필터(117)가 설치된다.
이하, 상기와 같이 구성된 탱크(110)를 매개로 하여 주열교환기(130)에서 가열된 난방수가 난방기구(230)로 공급되고, 난방기구(230)를 거친 난방수가 환수되는 작용을 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 보일러에서 난방 모드시 작동 상태도, 도 5는 본 발명에 따른 보일러에서 난방 모드시 탱크 내부에서의 난방수의 흐름 상태도이다.
보일러의 난방 모드시, 상기 삼방변(170)은 주열교환기(130)로부터 유입되는 난방수의 전체 유량이 탱크(110)로 공급되도록 난방수의 공급 유로가 형성된다. 상기 탱크(110) 내의 난방수는 상기 펌프 연결구(114)를 통하여 상기 내부 순환 펌프(120)를 거쳐 상기 주열교환기(130)로 공급된다. 상기 주열교환기(130)에서 가열된 난방수는 상기 삼방변(170)을 거쳐 상기 주열교환기 연결구(111)를 통하여 상기 탱크(110)로 유입된다. 상기 탱크(110) 내의 난방수는 상기 난방수 공급구(112)를 통하여 상기 외부 순환펌프(220)를 거쳐 난방기구(230)에 공급된 후에, 상기 난방수 환입구(113)를 통하여 상기 탱크(110)로 유입된다. 상기 난방수 환입구(113)를 통하여 상기 탱크(110)로 유입된 난방수의 일부는 상기 펌프 연결구(114)를 통해 주열교환기(130)로 공급되고, 나머지의 난방수는 상기 주열교환기 연결구(111)를 통해 유입된 난방수와 혼합되어 상기 난방수 공급구(112)를 통해 난방기구(230)로 공급된다.
이와 같이 난방수 환입구(113)를 통해 탱크(110)로 유입되는 난방수의 일부가 난방수 공급구(112)를 통해 다시 난방기구(230) 측으로 공급됨에 따라서, 주열교환기 연결구(111)를 통해 탱크(110)로 유입되는 난방수의 유량(f1) 및 펌프 연결구(114)를 통해 주열교환기(130) 측으로 유출되는 난방수의 유량(f4)은, 난방수 환입구(113)를 통해 탱크(110)로 유입되는 난방수의 유량(f3) 및 난방수 공급구(112)를 통해 난방기구(230) 측으로 공급되는 난방수의 유량(f2)에 비해 유량을 감소시킬 수 있게 된다(f1,f4 < f2,f3).
이 경우 난방수 환입구(113)를 통해 탱크(110)로 유입되는 난방수의 온도(T3)와 탱크(110)로부터 펌프 연결구(114)를 통해 주열교환기(130)로 공급되는 난방수의 온도(T4)는 동일하게 되며(T3=T4), 난방수 공급구(112)를 통해 탱크(110)에서 난방기구(230)로 공급되는 난방수의 온도(T2)는 난방환수와의 혼합에 의해, 주열교환기(130)에서 가열되어 주열교환기 연결구(111)를 통해 탱크(110)로 유입되는 난방수의 온도(T1)에 비하여 낮아지지만(T2 < T1), 난방기구(230)로 공급되는 난방수의 유량이 증대되어 난방기구(230)에서 원활한 열전달이 이루어져 높은 난방성능을 얻을 수 있게 된다.
따라서 보일러 본체(100) 내부에 설치되는 보일러 내부 수배관라인(160)을 따라 흐르는 난방수의 유량을 감소시킴과 동시에 탱크(110)로부터 난방기구(230)로 공급되는 난방수의 유량을 충분히 확보할 수 있게 되어, 내부 순환펌프(120)의 허용 용량을 줄일 수 있게 됨에 따라 보일러의 부피 및 중량을 줄이고 제작 단가를 낮출 수 있게 됨과 아울러 주열교환기(130)를 통과하는 난방수의 유량이 과다해지는 것을 방지하여 주열교환기(130)의 침식에 의한 파손을 방지할 수 있게 된다.
또한, 난방기구(230)의 전열면적이 작은 경우라도 탱크(110)와 난방기구(230) 사이의 난방수 공급 수배관라인(210)을 통하여 충분한 유량의 난방수 공급이 가능해짐으로써 난방기구(230)에서의 열전달이 원활하게 이루어지게 되어 난방소요처의 난방 성능을 높일 수 있게 된다.
또한 본 발명에서는 상기 제1온도센서(211)에서 측정되는 난방수의 공급온도(T2)가 난방수의 제1 공급목표온도(T1)에 도달하도록 버너(140)의 연소량 조절에 의해 상기 제2온도센서(161)에서 측정되는 난방수의 온도(T3)를 제어함으로써 난방수의 공급온도를 용이하게 제어할 수 있게 된다.
일실시예로, 탱크(110)에서 난방기구(230)로 공급되는 난방수의 제1 공급목표온도(T1)를 80℃로 설정할 경우, 난방기구(230)를 통과하여 탱크(110)로 환수되는 난방수의 온도는 난방기구(230)의 전열면적에 의해 정해지며, 예컨대 난방수의 환수 온도는 70℃로 정해질 수 있다. 이 경우 제1온도센서(211)에 측정된 난방수의 온도(T2)가 난방수의 제1 공급목표온도(T1)인 80℃에 도달하도록 주열교환기(130)에서 탱크(110)로 공급되는 난방수의 제2 공급목표온도(T4)를 90℃로 설정하고, 제2온도센서(161)에서 측정되는 난방수의 온도가 난방수의 제2 공급목표온도(T4)에 도달하도록 버너(140)의 연소량을 제어하게 된다.
이와 같이 본 발명에서는 난방수 공급관(210a)에 설치된 제1온도센서(211)에서 난방수의 온도(T2)를 측정하고, 그 측정된 온도(T2)가 제1 공급목표온도(T1)에 도달하도록, 제2온도센서(161)에서 측정되는 난방수의 온도(T3)가 제2 공급목표온도(T4)가 되도록 버너(140)의 연소를 조절함으로써 난방수의 온도를 용이하게 제어할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명에 따른 보일러에서 온수 모드시 작동 상태도이다.
보일러의 온수 모드시 난방부하가 없는 경우에는, 삼방변(170)은 탱크(110) 측으로 향하는 제2 난방수 연결관(160b)으로의 유로를 닫고 급탕열교환기(180) 측으로 향하는 제1연결관(191)을 개방함으로써 주열교환기(130)에서 가열된 난방수의 유량 전부를 급탕열교환기(180)로 공급한다. 급탕열교환기(180)로 공급된 난방수는 직수관(193)을 통해 급탕열교환기(180)로 유입되는 직수에 열을 전달한 후에 제2연결관(192)을 따라 탱크(110)로 유입되어 저장되고, 탱크(110) 내부에 저장된 난방수는 제1 난방수 연결관(160a)을 통해 주열교환기(130)로 순환 공급된다.
도 7은 본 발명에 따른 보일러에서 난방 및 온수의 동시 사용 모드시 작동 상태도, 도 8은 본 발명에 따른 보일러에서 난방 및 온수의 동시 사용 모드시 탱크 내부에서의 난방수의 흐름 상태도이다.
보일러의 난방 및 온수의 동시 사용 모드시에는, 상기 삼방변(170)은 난방부하와 온수부하에 비례하여 주열교환기(130)로부터 삼방변(170)으로 유입되는 난방수가 상기 탱크(110)와 급탕열교환기(180)로 유량이 분기되도록 개도량이 조절된다. 상기 탱크(110) 내의 난방수는 상기 펌프 연결구(114)를 통하여 상기 내부 순환 펌프(120)를 거쳐 상기 주열교환기(130)로 공급된다. 상기 주열교환기(130)에서 가열된 난방수의 일부는 상기 삼방변(170)을 거쳐 상기 주열교환기 연결구(111)를 통하여 상기 탱크(110)로 유입되고, 상기 탱크(110) 내의 난방수는 상기 난방수 공급구(112)를 통하여 상기 외부 순환펌프(220)를 거쳐 난방기구(230)에 공급된 후에, 상기 난방수 환입구(113)를 통하여 상기 탱크(110)로 유입된다. 상기 주열교환기(130)에서 가열된 난방수의 나머지 일부는 상기 삼방변(170)을 거쳐 상기 급탕열교환기(180)로 유입되어, 직수와 열교환된 후에 상기 난방수 유입구(115)를 통하여 상기 탱크(110)로 유입된다. 도 8에서 T5와 f5는 각각 난방수 유입구(115)를 통하여 탱크(110)로 유입되는 난방수의 온도와 유량을 나타낸 것이다.
상기 난방수 환입구(113)와 난방수 유입구(115)를 통하여 상기 탱크(110)로 유입된 난방수의 일부는 상기 펌프 연결구(114)를 통해 주열교환기(130)로 공급되고, 나머지의 난방수는 상기 주열교환기 연결구(111)를 통해 유입된 난방수와 혼합되어 상기 난방수 공급구(112)를 통해 난방기구(230)로 공급된다.
이와 같이 본 발명에서는 난방 및 온수의 동시 사용시, 전술한 난방 모드시에서 설명된 바와 같이 주열교환기(130)를 통과하는 난방수의 유량이 과다해지는 것을 방지하여 주열교환기(130)의 수명을 연장시키고 내부 순환펌프(120)의 용량을 줄일 수 있게 됨과 아울러 난방기구(230)로의 난방수 공급부족 및 압력손실을 방지할 수 있게 되고, 삼방밸브(170)에서의 개도량 조절에 의해 난방 및 온수의 동시 사용이 가능하게 된다.
10 : 탱크 20 : 순환펌프
30 : 주열교환기 40 : 버너
50 : 연소실 60 : 난방기구
71 : 난방수 연결관 72 : 난방수 공급관
73 : 난방수 환수관 100 : 보일러 본체
110 : 탱크 111 : 주열교환기 연결구
112 : 난방수 공급구 113 : 난방수 환입구
114 : 펌프 연결구 115 : 난방수 유입구
116 : 기수분리기 117 : 필터
120 : 내부 순환펌프 130 : 주열교환기
140 : 버너 150 : 연소실
160 : 보일러 내부 수배관라인 160a : 제1 난방수 연결관
160b : 제2 난방수 연결관 161 : 제2온도센서
170 : 삼방변 180 : 급탕열교환기
191 : 제1연결관 192 : 제2연결관
193 : 직수관 194 : 온수관
210 : 난방수공급 수배관라인 210a : 난방수 공급관
210b : 난방수 환수관 211 : 제1온도센서
220 : 외부 순환펌프 230 : 난방기구

Claims (9)

  1. 난방수가 저장되는 공간이 내부에 마련된 탱크(110)와, 버너(140)의 연소열을 이용하여 난방수를 가열하는 주열교환기(130)와, 상기 주열교환기(130)에서 가열된 난방수와의 열교환에 의해 직수를 온수로 가열하는 급탕열교환기(180)를 포함하는 보일러에 있어서,
    상기 탱크(110) 내의 난방수가 주열교환기(130)로 공급되는 제1 난방수 연결관(160a)과, 상기 주열교환기(130)를 통과한 난방수가 상기 탱크(110)로 공급되는 제2 난방수 연결관(160b)으로 이루어져, 상기 탱크(110)와 주열교환기(130) 사이에서 내부 순환펌프(120)에 의해 압송되는 난방수의 순환 유로를 형성하는 난방수 내부 수배관라인(160);
    상기 탱크(110) 내의 난방수가 난방기구(230)로 공급되는 난방수 공급관(210a)과, 상기 난방기구(230)를 통과한 난방수가 상기 탱크(110)로 환수되는 난방수 환수관(210b)으로 이루어져, 상기 탱크(110)와 난방기구(230) 사이에서 외부 순환펌프(220)에 의해 압송되는 난방수가 공급 및 환수되는 난방수의 순환 유로를 형성하는 난방수 공급 수배관라인(210); 및
    상기 제2 난방수 연결관(160b)에 구비되어 상기 주열교환기(130)를 통과한 난방수를 난방부하와 온수부하에 따라 개도량을 조절하여 상기 탱크(110)와 급탕열교환기(180) 측으로 공급하도록 삼방변(170);을 포함하되,
    상기 보일러 내부 수배관라인(160)과 상기 난방수 공급 수배관라인(210)은 상기 탱크(110) 내부의 공간을 매개로 하여 연결된 것을 특징으로 하는 난방효율을 향상시킨 난방 및 온수의 동시 사용이 가능한 보일러.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 삼방변(170)과 급탕열교환기(180) 사이에는 주열교환기(130)를 통과한 난방수를 급탕열교환기(180)로 공급하는 제1연결관(191)이 설치되고,
    상기 급탕열교환기(180)와 탱크(110) 사이에는 급탕열교환기(180)를 통과한 난방수를 탱크(110)로 환수하는 제2연결관(192)이 설치된 것을 특징으로 하는 난방효율을 향상시킨 난방 및 온수의 동시 사용이 가능한 보일러.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 내부 순환펌프(120)는 상기 제1 난방수 연결관(160a)에 설치되고,
    상기 외부 순환펌프(220)는 상기 난방수 공급관(210a)에 설치된 것을 특징으로 하는 난방효율을 향상시킨 난방 및 온수의 동시 사용이 가능한 보일러.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 탱크(110)의 상부에는, 상기 제2 난방수 연결관(160b)에 연결되는 주열교환기 연결구(111)와, 상기 난방수 공급관(210a)에 연결되는 난방수 공급구(112)가 형성되고,
    상기 탱크(110)의 하부에는, 상기 난방수 환수관(210b)에 연결되는 난방수 환입구(113)와, 제1 난방수 연결관(160a)에 설치되는 내부 순환펌프(120)에 연결되는 펌프 연결구(114)와, 상기 제2연결관(192)에 연결되는 난방수 유입구(115)가 형성된 것을 특징으로 하는 난방효율을 향상시킨 난방 및 온수의 동시 사용이 가능한 보일러.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 탱크(110)의 상부에는 탱크(110) 내부의 난방수에 포함된 공기를 탱크(110) 외부로 배출하기 위한 기수분리기(116)가 설치된 것을 특징으로 하는 난방효율을 향상시킨 난방 및 온수의 동시 사용이 가능한 보일러.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 탱크(110)의 하부에는 상기 난방수 환입구(113)와 난방수 유입구(115)를 통해 탱크(110)로 유입되는 난방수에 포함된 이물질을 여과하기 위한 필터(116)가 설치된 것을 특징으로 하는 난방효율을 향상시킨 난방 및 온수의 동시 사용이 가능한 보일러.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 난방수 공급관(210a)에는 상기 탱크(110)에서 난방기구(230)로 공급되는 난방수의 온도를 측정하기 위한 제1온도센서(211)가 구비되고,
    상기 제2 난방수 연결관(160b)에는 상기 주열교환기(130)에서 가열되어 상기 탱크(110)로 공급되는 난방수의 온도를 측정하기 위한 제2온도센서(161)가 구비되어,
    상기 제1온도센서(211)에서 측정되는 난방수의 공급온도(T2)가 난방수의 제1 공급목표온도(T1)에 도달하도록 버너(140)의 연소량 조절에 의해 상기 제2온도센서(161)에서 측정되는 난방수의 온도(T3)가 제어되는 것을 특징으로 하는 난방효율을 향상시킨 난방 및 온수의 동시 사용이 가능한 보일러.
  8. 제4항에 있어서,
    보일러의 난방모드시,
    상기 삼방변(170)은 주열교환기(130)로부터 유입되는 난방수의 전체 유량이 탱크(110)로 공급되도록 난방수의 공급 유로가 형성되고,
    상기 탱크(110) 내의 난방수는 상기 펌프 연결구(114)를 통하여 상기 내부 순환 펌프(120)를 거쳐 상기 주열교환기(130)로 공급되며,
    상기 주열교환기(130)에서 가열된 난방수는 상기 삼방변(170)을 거쳐 상기 주열교환기 연결구(111)를 통하여 상기 탱크(110)로 유입되고,
    상기 탱크(110) 내의 난방수는 상기 난방수 공급구(112)를 통하여 상기 외부 순환펌프(220)를 거쳐 난방기구(230)에 공급된 후에, 상기 난방수 환입구(113)를 통하여 상기 탱크(110)로 유입되며,
    상기 난방수 환입구(113)를 통하여 상기 탱크(110)로 유입된 난방수의 일부는 상기 펌프 연결구(114)를 통해 주열교환기(130)로 공급되고, 나머지의 난방수는 상기 주열교환기 연결구(111)를 통해 유입된 난방수와 혼합되어 상기 난방수 공급구(112)를 통해 난방기구(230)로 공급되는 것을 특징으로 하는 난방효율을 향상시킨 난방 및 온수의 동시 사용이 가능한 보일러.
  9. 제4항에 있어서,
    보일러의 난방 및 온수의 동시 사용 모드시,
    상기 삼방변(170)은 난방부하와 온수부하에 비례하여 주열교환기(130)로부터 유입되는 난방수가 상기 탱크(110)와 급탕열교환기(180)로 유량이 분기되도록 개도량이 조절되고,
    상기 탱크(110) 내의 난방수는 상기 펌프 연결구(114)를 통하여 상기 내부 순환 펌프(120)를 거쳐 상기 주열교환기(130)로 공급되며,
    상기 주열교환기(130)에서 가열된 난방수의 일부는 상기 삼방변(170)을 거쳐 상기 주열교환기 연결구(111)를 통하여 상기 탱크(110)로 유입되고,
    상기 탱크(110) 내의 난방수는 상기 난방수 공급구(112)를 통하여 상기 외부 순환펌프(220)를 거쳐 난방기구(230)에 공급된 후에, 상기 난방수 환입구(113)를 통하여 상기 탱크(110)로 유입되며,
    상기 주열교환기(130)에서 가열된 난방수의 나머지 일부는 상기 삼방변(170)을 거쳐 상기 급탕열교환기(180)로 유입되어, 직수와 열교환된 후에 상기 난방수 유입구(115)를 통하여 상기 탱크(110)로 유입되고,
    상기 난방수 환입구(113)와 난방수 유입구(115)를 통하여 상기 탱크(110)로 유입된 난방수의 일부는 상기 펌프 연결구(114)를 통해 주열교환기(130)로 공급되고, 나머지의 난방수는 상기 주열교환기 연결구(111)를 통해 유입된 난방수와 혼합되어 상기 난방수 공급구(112)를 통해 난방기구(230)로 공급되는 것을 특징으로 하는 난방효율을 향상시킨 난방 및 온수의 동시 사용이 가능한 보일러.
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