KR20140131620A - 보일러 온수 순환 시스템 - Google Patents

Abstract

온수난방에서는 열매체내의 공기를 제거하면서 온수를 순환시켜 열전달이 이루어지고 물에서 공기를 최대한 제거하여 열난방의 효율을 증대시키고 공기가 없는 물에 기가흡수되는 성질을 열난방에 응용하도록하며 송풍기의 흡입력을 이용하여 순환시스템의 배기구를 저압상태로 유지하고 수위를 감지하는 센서를 장치하여 순환펌프의 압력으로 배기구에서의 물의 급상승을 감지하여 전자회로로 구성된 제어수단을 장치하여 원활한 온수순환이 되는 열효율이 증대된 시스템을 구축하고 난방시스템에서 기를 생각하는 열난방을 이용한다.

Description

보일러 온수 순환 시스템{Boiler system circulating hot water}

온수난방에서는 열매체와 난방용배관사이에서 열의 전달이 일어나고 자연대류순환으로 인한 자체 순환력으로 순환되고 순환을 촉진시킬 필요가 있을때에 전기모터를 이용한 순환펌프를 설치하고 이때 온돌 및 방열기에서 열교환이 이루어지고 본발명은 열매체내의 공기를 제거하면서 온수를 순환시키는 온수 순환 시스템에 관한것이다.

물을 열매체로 이용할 경우 물에는 3％중량의 공기가 물분자와 결합된것과 같이 존재하고 물사이사이에 다량의 공기가 포함되어 있어서 열매체의 열전달이 현저히 저하되게 되므로 공기를 가능한한 다량 제거하므로서 열효율을 증대시키려고 한다. 유류용 보일러방열시스템에서 급수탱크에 물을 계속 공급하면서 열매체에 포함된 공기및 배관로에 모인 공기가 순환시스템 상층부에 설치된 공기빼기용 배수밸브를 통하여 방출되도록 제작하고 대형난방시스템에서도 방열기에 공기빼기밸브를 장치하여 수동으로 공기를 제거하고 배관로에 높은곳에 온수에서 분리된 공기가 자동적으로 제거되는 밸브를 장치하기도한다. 그러나 공기를 완전히 제거하기가 어렵고 보일러내의 물이 증발되고 물이 새롭게 보충되면서 공기가 주입되므로 난방에서 열효율이 현저히 저하된다

기수분리장치를 설치하는 경우에도 기수분리효과가 미흡하고 원심력을 이용하는경우에도 가정용 온수보일러에 적용하기 어려운점이 있고 온수난방에서의 획기적인 열전도의 향상을 이룩하기에는 미흡하다.

기를 생각하여 온수순환장치를 설계하는 면에 있어서는 현재 전세계적인 기술수준에서 연구가부족하며 공기가 적은물을 이용하여 난방을 고려하는 면에서 연구가 부족한데 공기를 최대한 제거하여 물안에 기를 많게하여 온수난방을 고려하는 면이 부족하다.

한국특허 제26576(이봉근) 1993.12.06

본발명은 물에서 공기를제거하여 열난방의 효율을 획기적으로 증대시키고 공기가 없는물의 감추어진성질을 연구하기위하여 가능한한 최대한으로 공기를 제거 공기가적은 물에 기(氣)가흡수되는 성질을 밝히고 기가흡수된물의 건전한 사용법을 연구하며 양기가 흡수된물을 이용한 난방이 인체에 유익한면이 있는지 밝히기위하여 3차원적으로 빠르게운동하는 공기분자의속도와 기의 상대적인속도를 감안하여 공기를 최대한 빨리 그리고 다량으로 제거하여 열효율을 증대시키는 순환시스템을 제작하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 특허출원 제26576호에서 물 사이사이에 함유된 공기를 제거하고 물분자와 결합된 3％의 공기분자도 같이 제거할수 있으나 자연대류순환에 의한 자체순환력을 이용하니 공기분자를 제거하는데 시간이 많이 소요되고 3％중의 공기를 최대한 다량으로 제거하기가 어렵고 유류용 순환펌프가 장치된 유류용 보일러순환시스템에서 난방에 적용하기에는 어려워 순환펌프를 장치하고 송풍기를 이용하여 저압상태에서 공기를 제거하기위하여 물의 수위를 감지하는 센서를 장치하여 전기회로로 이루어진 제어수단을 이용하여 열효율이 좋은 순환시스템을 구축함을 특징으로한다.

또한 수위센서가 장치된 부위에서 저압상태에서 공기가 배출되고나서 빨리 열매체인 물이 밸브아래로 이동하고 다시 주관선상부의 물이 공기가 배출되는 부위로 상승해야 공기가빨리 배출되므로 공기가 배출되는 부위에 센서를 장치하여 수위를 조정함을 특징으로 한다.

또한 보일러내부의 물이 가열되면 팽창되어 압력이 상승하게 되고 이때 상승된압력으로 순환되던 물이 주관선 상부로 급상승되어 순환시스템에서 물이 순환되지 않게 되므로 물이상승할때에 물을 감지하는 센서를부착하여 센서를장치한부위아래에 장치된 전자밸브가 막히도록 전자회로로 이루어진 제어수단을 장치함을 특징으로 한다.

또한 현재 세계적인 기술수준으로는 기의실상을 명확하게 설명하지 못하고 정량화한 기의측정도 이루어지지 않고 있어서 공기분자와 기의 상대적인 상태변화를 설명할수 없으나 공기분자는 매우빠르고 기의속도는 상대적으로 느림을 생각할 수 있으므로 저압상태를 유지하므로서 물속의 공기분자의 속도를 줄이고 물위에서의 공기분자의 속도가 느리게 되어 물속의 공기분자의 방출을 생각할 수가 있는데 송풍기의 압력을 적절하게 조정하여 보일러내의 물의온도상승으로 인하여 주관선 최상층부의 물이 급상승하지않고 원활하게 순환하도록 송풍기를 장치함을 특징으로 한다.

-열매체인 물의 공기기포가 빠르게 그리고 다량 제거되면서 온수의 순환이 되어 열전도가 증대되어 보일러를 이용한 난방시스템의 열효율이 증대된다.

-본발명의 시스템에서 생산된 물을 급수탱크에 공급하므로서 난방 열효율을 증대시킨다.

-공기기포가 다량 제거되어 물의 용존산소가 감소되어 산소에 의한 부식을 저하시켜 보일러 연소통및 배관자재의 사용기간이 증대된다.

-태양열 온수순환시스템에 응용하여 열효율을 증대시킨다.

-순환시스템 배관자재를 위생강 및 황동으로 제작하여 생산된물을 식품조리용으로 이용한다. 공기가 제거된물은 식품조리시 각종영양소의 손실이 없어 좋은 식품을 생산할수 있다.

-공기가 제거된 물에 양기가 흡수되면 배관에서 발산되는 열이 신체에 좋다 그리고 음기가 흡수되도록 하여 신체에 어떤영향이 있는지 규명한다.

-공기가 제거된물이 기를 흡수하는 성질을 규명하여 기의 건전한 이용법을 연구한다.

도1. 별도로 고안된 밸브를 장착하고 보일러의 송수주관에 연결된 배기관 배기구에 송풍기를 연결하고 온수배관에 순환펌프를 연결하고 공기를 배출시키는 상층부에 센서를 연결하여 온수를 순환시키는 예시도.
도2. 종래의 보일러 온수 순환 시스템.
도3. 별도로 고안된 밸브의 평면도와 입면도.
도4. 밸브의 사시도.
(도면의 주요부분에 대한 설명)
1. 배기구 2. 마개 3. 밸브구 4. 밸브공
5. 밸브멈춤(밸브공을 밸브에서 하부로 내려오지 못하게 한다.)
6. 급수탱크겸 팽창탱크(이하 급수탱크라고 칭한다.)
7. 송풍기 8. 순환펌프 9.수동개폐밸브
10. 공기를 방출하기 위한 배수밸브(수도전) 11. 보일러
12. 주관선 13. 공기빼기 수도전 14. 수동개폐밸브
15. 쎈서 16. 전자밸브 17. 제어수단

배기구(1)에 송풍기를 연결하고(도 1) 별도로 고안된 밸브(도 3)를 온수가 상부로 올라가는 배관에 (송수구에 연결된 주관선 가까운곳)에 장치하므로서 송풍기로 발생되는 저압 및 온수의 밀도차이에 의한 자체순환력으로 밸브공(4)이 상하로 운동이 되고 밸브구(3)가 막히거나 열려서 온수는 순환되는데 가열되어 체적이 커진 온수는 온수가열탱크의 상부(송수구)에 연결된 배관(주관선)에서 상부로 올라오고 그표면에서 공기가 대기로 방출되게 되는데 송풍기의 저압으로 인하여 체적이 커진 공기가 대기중으로 방출이 촉진된다.

보일러내부의 물이 온도가 올라가면 물분자의 열운동의 증가 그리고 공기분자의 열운동의 증가로 보일러 내부의 압력이 높아지게 되고 주관선안의 물의 압력이 높아져 물이 주관선상부로 급상승하게 되어 순환시스템내의 물이 순환하지않게 되므로 주관선상부에 센서를 장치하여 물이 상승할때 이물을 센서가 감지하게 되면 전류가 흘러 주관선 상부에 장치된 전자밸브를 폐쇠하고 이때 순환펌프도 작동하지 않도록 전자회로를 구성하는 제어수단(도 17)을 만들어 부착한다.

밸브공(4)은 비중이 물보다 가벼운 재질로 만들어져 부력으로 물에 뜨게 되며 밸브구(3)의 구멍을 막고 있게 되고 가열되어 팽창된 온수가 보일러의 상부 송수구에 연결된 배관(주관선)상부로 올라오게 되는데 송풍기의 저압으로 공기기포의 방출이 촉진된다. 온수표면위의 습증기 상태에서 증기는 배기구 상부로 올라오면서 배기구상부는 기온이 하부보다 낮은상태이므로 응축되어 아래로 흘러내리게 되고 온수표면밖으로 방출된 공기기포와 응축되지 않은 증기상태의 물은 송풍기로 인하여 외부로 배출되게 된다

순한펌프로 강제로 물이 순환되니 배기구 상부에서 공기기포가 제거된 물이 빠르게 아래로 내려오고 주관선하부의 물이 다시 상부로 올라와 저압상태에서 공기분자의 속도가 저하되고 물속의 물분자 그리고 물속에 함유된기의 상태변화가 생겨 공기가 물에서 제거되어 물속에 포함된 3％중량의공기중의 일부가 물에서 공기중으로 배출된다.

온수가 밸브구를 어느정도 진행하고나면 밸브공이 다시 물에 뜨게 되고 체적이 팽창되어 가벼워져서 주관선상부로 올라가게 되고 밸브공이 밸브구의 구멍을 막게 된다. 밸브구(3)의 구멍이 막히게 되면 가열되어 팽창된 온수가 주관선배관 상부로 올라가게되고 물과 체적이 커진 공기의 비중차이로 인하여 공기기포는 대기중으로 방출되고 송풍기의 저압상태로 공기기포의 방출이 더욱 촉진되며 공기가 어느정도로 제거된 상부로 올라온 온수의 무게와 밸브공을 밀어 올리는 부력이 차이가 생기면 밸브공(4)이 하부로 내려가게 되어 밸브구의 구멍이 열리게 되어 온수가 화살표방향으로 진행하게 된다. 이러한 작용이 반복되므로 공기기포가 제거되면서 온수가 순환되게 된다.

이때 급수탱크(5)의 마개를 밀폐하게 되면 대기의 압력이 급수탱크의 물에 작용하지 않게 되어 주관선상부로 올라온후에 공기기포가 어느정도 제거된 온수의 무게가 밸브공을 밀어올리는 힘보다 크게 되어 아래로 내려오게 되어 밸브구의 구멍이 열리게 된다.(마개를 밀폐하지 않으면 대기의 압력이 급수탱크의 물에 작용하게 되어 밸브공을 밀어 올리는 힘이 크게 되므로 밸브공이 하부로 내려오지 않게 되어 밸브공의 구멍이 원활하게 개폐되지 않게 된다.) 이러하면 온수는 밸브구(3)를 통과하여 진행하게 되므로 급수탱크의 마개를 밀폐하도록 한다.

급수탱크의 높이를 밸브의 위치보다 높게 장치하고 밸브구의 밸브공의 개페가 원활하게 작동되고 온수가 원활하게 순환되도록 높이를 조정하여 주관선상부 배기구상부의 물의 수위를 조정하도록 센서를 장치한다. 보일러내부의 압력의 상승으로 배기구의 물이 상부로 급상승하게 되면 배기구 아래의 전자밸브가 막히고 순환펌프가 작동하지 않게되고 다시 압력이 내려가면 전자밸브가 열리어 물이 다시 순환되도록 제어수단을 제작하여 설치한다.

별도로 고안된 밸브는 (도 3)과 구성되어 있으며 밸브구(3)는 고무재질로 만들고 밸브공은 물에 뜨는 재질의 프라스틱재질로 만들고 둥근 공 모양으로 만들어 물에 뜨며 내열온도는 섭씨120도이상으로 하여 장기간 고온의 물에 있어도 변질되지 않는 재료를 사용한다. 밸브멈춤(5)은 밸브구(3) 바로 하단에 위치하여 온수가 하부방향으로 이동 진행 할때 온수와 함께 이동하지 않도록 밸브공(4)을 멈추는 역할을 한다. 밸브는 위에서 아래로 수직으로 장치하고 배기구에 가깝게 장치한다.

(도 3)에서 설명한 별도로 고안된 밸브는 투명한 피브이씨호스로 만들고 고무재질밸브에 원추모양의 구멍부분을 제작하고 철사종류로 밸브멈춤부품을 만들어 (도 5)와같이 만들고 밸브는 철제파이프에 끼우고 고무줄로 감아서 밀착시킨후에 (도 1)과 같이 장치하고 (도 2)의 방식으로 급수탱크에 물을 계속 공급하여 이물의 수압으로 순환시스템의 배관에 물과 함께 있는 공기를 최대한으로 배출시킨다.

급수탱크의 마개를 완전히 닫고 송풍기를 배기구에 연결하고 송풍기의 흡입력을 조절하여 보일러의 압력이 증가해서 주관선상부로 물이 급상승하지 않도록 조정하고 순환펌프의 물을 순환시키는 힘이 커서 주관선상부로 물이 급상승하지 않게 조절한다 순환펌프의 힘이 커서 배관로의 물의 유속이 크면 주관선상부로 물이 급상승하는 횟수가 많아지게 되므로 순환펌프의 힘을 적당히 조절하여 배기구상부로 물이 급상승하지 않도록 조절한다.

이때 밸브를 관찰하면 밸브공이 밸브구를 막았다가 다시 밸브공이 하부로 내려와서 밸브구가 열려서 온수가 순환되는 것을 관찰할수 있다. 보일러내부의 압력이 커져서 물이 급상승하게 되면 센서가감지하게 되고 전자밸브가 막히고 순환펌프가 멈추게 되고 다시전자밸브가 열리고 순환펌프가 작동되어 온수가 순환되도록 배기구의 물의 수위를 적절히 조절한다.

본발명의 순환시스템을 가동할 경우 1시간-1시간30분 경과하면 물사이사이의 공기기포가 제거되고 상온의 물에 포함된 약3％중량의 물분자와 결합된것과 같이 존재하는 공기가 0.01％-0.04％중량정도 제거 되므로 이때 공기가 없는물이 양기를 흡수하게 되어 난방효과가 증대되고 열효율이 증대된다.

Claims (1)

1. 배기구(1)에 송풍기를 연결하고 온수가 보일러상부로 올라가는 배관에 밸브(도 4)를 장치하고 배기관상부에 물을 감지하는 쎈서를 장치하고 순환펌프를 장치함을 특징으로 하는 공기를 빨리 그리고 다량으로 제거하면서 온수를 순환시키는 보일러 온수 순환 시스템.

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