KR20190110854A - 중앙난방과 가정용 보일러를 병행하는 냉난방장치 및 이의 제어방법 - Google Patents

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Abstract

중앙난방과 가정용 보일러를 병행하는 난방시스템이 개시된다. 일 실시예는, 외부열원이 공급되는 외부열원공급부와, 공급된 외부열원으로 열교환되는 열원용 열교환기유닛과, 열교환기유닛을 경유한 후 배출되는 외부열원배출부가 형성된 외부열원부; 외부열원부에서 열교환을 마친 후 온도가 낮아진 외부열원이 배출되는 외부열원배출부가 통과되도록 하면서 보일러의 열원으로 열교환되도록 하여 1차 가열시키는 외부열원용열교환기; 외부열원용열교환기에서 열교환된 중온의 온수를 공급받아 가열시켜 고온 온수로 변환시키는 주열교환기; 주열교환기에서 가열된 고온 온수를 배출되는 난방공급관; 난방공급관에 연결되고, 고온 온수로 급탕온수가 생성되도록 열교환시키는 급탕열교환기; 급탕열교환기에서 배출된 급탕수가 공급되는 급탕공간; 난방공급관에 연결되는 분배기와, 분배기에서 분기되는 다수의 난방코일이 형성된 난방공간;을 포함한다.

Description

중앙난방과 가정용 보일러를 병행하는 냉난방장치 및 이의 제어방법{Heating and air-conditioning equipment for central heating and household boilers and control method thereof}
개시되는 내용은 중앙난방과 가정용 보일러를 병행하는 냉난방장치 및 이의 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LPG나 LNG 등 도시가스,기름,펠렛등 비교적 값이 비싼 보일러를 보조 열원으로 사용하고, 메인으로 열병합발전, 중앙집중공급열원,화목보일러 등 값싼 연료원이면서 간헐적으로 공급되는 시스템에 난방 또는 냉방 사용을 병행할 수 있도록 하는 것이다.
본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.
아파트 단지 등의 공동주택단지 내에서는 2가지 난방방식을 채택하고 있다.
각 세대에 개별의 난방기를 채용한 개별난방방식과 중앙에서 난방 및 생활온수를 공급하는 중앙난방방식이 있다.
중앙집중식 난방을 채택하는 열 수요처, 즉 아파트 단지 등의 난방방식은 B-C유, LNG, LPG 등의 연료를 사용하여 물을 가열하고, 가열된 100℃ 이상의 물이나 증기를 1일에 3~5차례 간헐적으로 아파트 단지 내의 각 가정에 온수를 제공하는 것이다.
이러한 종래의 중앙집중식 난방방식은 보일러에서 물이나 증기를 생산하고, 생산된 증기를 열교환기를 통해 고온수로 열교환하여 온수로 제공하는 것으로, 이는 대량의 보일러를 사용하게 되고 증기를 온수로 교환하는 열교환 방식으로 열손실이 상당히 많은 것을 볼 수 있다.
이를 개선하기 위한 것으로, 에너지 이용효율이 높은 열병합 발전(Combined Heat and Power Plant)시스템이 있다.
열병합 발전은 하나의 에너지원으로부터 전력과 열을 동시에 생산하는 종합 에너지 시스템으로 일반적으로 고온부는 동력으로 사용하고, 저온부는 열로 사용하는 에너지 시스템을 운영하고 있다.
그러나 열병합 발전은 설비용량 대비 열효율이 현저히 떨어질 뿐만 아니라 각 가정에 적정한 온도의 온수(급탕 및 난방)를 제공할 수 없었다.
즉 일부 가정은 난방 온수의 온도가 낮아 사용량이 많아도 충분한 난방효과를 얻을 수 없는 불균형이 있었다.
한국특허출원 10-2005-0087515호
개시되는 내용은, LPG나 LNG 등 도시가스,기름,펠렛등 비교적 값이 비싼 보일러를 보조 열원으로 사용하고, 메인으로 열병합발전, 중앙집중공급열원,화목보일러 등 값싼 연료원을 병행함으로써 사용자가 원하는 난방온수 또는 급탕온수를 빠른 시간내에 얻을 수 있어 에너지효율이 향상될 수 있도록 한 중앙난방과 가정용 보일러를 병행하는 냉난방장치 및 이의 제어방법 그 목적이 있다.
개시되는 내용은, 메인으로 열병합발전시 폐열, 중앙집중식 공급열원, 화목 보일러,공기또는 수열,폐열 히트펌프,태양열등 값이 싼 열원으로 사용하고, 보조 또는 고장시에 대치할 비상시 열원으로 LPG나 LNG ,도시가스,기름,펠렛 등 값은 비싸지만 저장이 편리하고 사용이 편리한 열원을 행함으로써 사용자가 원하는 난방온수 또는 급탕온수를 빠른 시간내에 얻도록 하고,환경에 유해한 배출가스를 최소화하고,중앙집중식 냉 난방에서의 단점을 보완하여 총합 에너지효율이 향상될 수 있도록 한 중앙 냉,난방과 가정용 보일러를 연계하는 효율적인 냉, 난방시스템 구축에 그 목적이 있다.
실시예의 목적은, 외부열원이 공급되는 외부열원공급부와, 공급된 외부열원이 배출되는 외부열원배출부가 형성된 외부열원부; 외부열원부에서 열교환을 마친 후 온도가 낮아진 외부열원이 배출되는 외부열원배출부가 통과되도록 하면서 잔여 열원으로 열교환되도록 하여 1차 가열시키는 외부열원용열교환기; 외부열원용열교환기에서 열교환된 중온의 온수를 공급받아 가열시켜 고온 온수로 변환시키는 주열교환기; 주열교환기에서 가열된 고온 온수를 배출되는 난방공급관; 난방공급관에 연결되고, 고온 온수로 급탕온수가 생성되도록 열교환시키는 급탕열교환기; 급탕열교환기에서 배출된 급탕수가 공급되는 급탕공간; 난방공급관에 연결되는 분배기와, 분배기에서 분기되는 다수의 난방코일이 형성된 난방공간; 외부에서 냉수가 입력될 때 냉방을 하기위해 팬코일 유닛;을 포함하는 중앙난방과 가정용 보일러를 병행하는 냉난방장치에 의해 달성될 수 있다.
한편 상기한 실시예의 다른 목적은,
열원 공급라인에는 공급되는 열원수의 압력을 일정하게 조절하여 공급열량을 조정하는 감압밸브와, 주기적으로 비례제어밸브를 일정개도로 열어 열원수를 순환시키면서, 열원감지용 온도센서에서 안정되게 감지하도록 하면서, 열원에 의한 운전과 보일러에 의한 운전,냉방운전을 선택하고,
열원에 의한 운전이 가능한 온도일 경우 난방공간과 급탕공간에 필요한 열량을 보일러내의 난방공급온도 감지센서,난방리턴온도 감지센서와 급탕온도 감지센서의 온도를 고려하여 열원 제어용 비레제어밸브의 개도를 조절하여 조절 될 수 있도록 하고,
열원온도가 낮아 열원운전이 불가능할 경우에서 온도가 15℃ 이하일 경우는 열원 선택용 삼방밸브를 팬코일유닛(냉방공간) 방향으로 절환하여 팬코일유닛(냉방공간)에 냉방을 사용하도록 하고,열원밸브의 개도를 닫아 열원쪽으로 열손실이 발생하지 않도록 하면서 보일러가 가동되어 난방,급탕를 사용하도록하여, 냉.난방을 동시에 사용하도록 선택하고,
열원의 온도가 난방 사용중의 보일러 난방수의 리턴온도보다 높을경우 열원조절 비례제어밸브를 최대로 열어 열을 공급하고, 보일러의 주열교환기에서 재 가열하여 설정온도로 상승시켜주는 것을 특징으로 하는 중앙난방과 가정용 보일러를 병행하는 냉난방장치의 제어방법에 의해 달성될 수 있다.
개시된 실시예에 따르면, 메인으로 열병합발전시 폐열, 중앙집중식 공급열원, 화목 보일러,공기또는 수열,폐열 히트펌프,태양열등 값이 싼 열원으로 사용하고, 보조 또는 고장시에 대치할 비상시 열원으로 LPG나 LNG ,도시가스,기름,펠렛 등 값은 비싸지만 저장이 편리하고 사용이 편리한 열원을 행함으로써 사용자가 원하는 난방온수 또는 급탕온수를 빠른 시간내에 얻을 수 있고,메인 열원의 변동에 따라 소비자 사용 열원 열량의 변동으로부터 자동으로 열원을 대체 또는 온도가 사용에 적합한 온도보다 낮을 경우 보조열원으로 재 가열해 줌으로써 불편을 최소화하고, 값비싼 연료의 사용을 규제 할수 있도록 함으로써, 환경에 유해한 배출가스를 최소화하고,중앙집중식 냉 난방에서의 단점을 보완하여 총합 에너지효율이 향상될 수 있도록 한 중앙 냉,난방과 가정용 보일러를 연계하는 효율적인 냉, 난방시스템 구축할수 있다.
도 1은 실시예에 따른 중앙난방과 가정용 보일러를 병행하는 냉난방장치를 나타낸 구성도,
도 2는 실시예에 따른 중앙난방과 가정용 보일러를 병행하는 냉난방장치의 '난방 가동'을 나타낸 도면,
도 3은 실시예에 따른 중앙난방과 가정용 보일러를 병행하는 냉난방장치의 '급탕 가동'을 나타낸 도면,
도 4는 실시예에 따른 중앙난방과 가정용 보일러를 병행하는 냉난방장치의 '난방과 급탕 동시 가동'을 나타낸 도면,
도 5는 실시예에 따른 중앙난방과 가정용 보일러를 병행하는 냉난방장치에서 중앙난방을 정지시키고 가정용 보일러만 난방가동시킨 도면,
도 6은 실시예에 따른 중앙난방과 가정용 보일러를 병행하는 냉난방장치에서 중앙난방을 정지시키고 가정용 보일러만 급탕가동시킨 도면,
도 7은 실시예에 따른 중앙난방과 가정용 보일러를 병행하는 냉난방장치에서 외부열원이 냉수일때 가정용 보일러로 난방가동 상태를 나타낸 도면,
도 8은 실시예에 따른 중앙난방과 가정용 보일러를 병행하는 냉난방장치에서 외부열원이 냉수일때 가정용 보일러로 급탕가동 상태를 나타낸 도면.
이하 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.
하기에서 설명될 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이며, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
또한, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있으며, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있고, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 함을 밝혀둔다.
첨부된 도면 중에서, 도 1은 실시예에 따른 중앙난방과 가정용 보일러를 병행하는 냉난방장치를 나타낸 구성도이다.
실시예에 따른 중앙난방과 가정용 보일러를 병행하는 냉난방장치 및 이의 제어방법은,
외부열원이 공급되는 외부열원공급부(110)와, 중앙에서 인입되는 고압을 감압하여 안정화하는 감압밸브(17)와, 외부열원이 냉수로 공급될 때 팬코일 유닛부로 유로를 변경해주는 삼방밸브(20), 공급된 외부열원으로 보일러에 필요한 열을 전달해주는 외부열원용열교환기(2)과, 외부열원의 인입량을 조절하는 비례제어밸브(19)를 경유해서 배출되는 외부열원배출부(120)가 형성된 외부열원부(100);
외부열원용열교환기(2)에서 열교환된 중온의 온수를 공급받아 가열시켜 고온 온수로 변환시키는 주열교환기(3);
주열교환기(3)에서 가열된 고온 온수를 배출되는 난방공급관(L1);
난방공급관(L1)에 연결되고, 고온 온수로 급탕온수가 생성되도록 열교환시키는 급탕열교환기(9);
급탕열교환기(9)에서 배출된 급탕수가 공급되는 급탕공간(400);
난방공급관(L1)에 연결되는 분배기(320)와, 분배기(320)에서 분기되는 다수의 난방코일이 형성된 난방공간(300);
외부열원으로 냉수가 공급될 때 냉수를 냉방사용공간(21)으로 공급하기 위한 외부열원선택용 삼방밸브(20)와 냉방을 사용하는 냉방사용공간(21):
상기 외부열원부(100)의 공급 열량, 주열교환기(3)에서 공급되는 열량, 급탕열교환기(9)에서 급탕으로 공급되는 열량을 연속적으로 비례제어로 작동을 제어하는 제어부;를 포함하여 구성된다.
외부열원부(100)는 외부열원(중앙난방에서 공급되는 열원임)이 공급되는 외부열원공급부(110)와, 공급된 외부열원으로 열교환되며 냉방사용공간(21)에 형성되는 팬코일유닛(21)과, 팬코일유닛(21)을 경유한 후 배출되는 외부열원배출부(120)가 형성된다.
외부열원공급부(110)에 연결된 관로의 일측은 팬코일유닛(21)에 연결되고, 타측은 외부열원용열교환기(2)에 연결된다.
외부열원용열교환기(2)는 외부열원부(100)에서 열교환을 마친 후 온도가 낮아진 외부열원이 배출되는 외부열원배출부(120)가 통과되도록 하면서 잔여 열원으로 열교환되도록 하여 1차 가열시킨다.
외부열원용열교환기(2)의 타측에 외부열원배출부(120)의 관로가 통하도록 연결된다.
외부열원배출부(120)의 관로, 즉 외부열원배출부(120)에 연결되어 외부열원용열교환기(2)에 연결되는 관로에는 외부열원선택용 삼방밸브(20)가 형성된다.
외부열원선택용 삼방밸브(20)는 팬코일유닛(21)과 연결되는 관로가 결합되는 제1유로(201)와, 외부열원용열교환기(2)에 연결되는 관로가 결합되는 제2유로(202)와, 외부열원을 외부로 배출시키는 배출라인(130)이 연결되는 제3유로(203)가 형성되며, 상기 제1유로(201)와 제2유로(202) 또는 제1유로(201)와 제3유로(203) 중 어느 한 방향을 선택적으로 통하도록 제어하는 밸브디스크가 형성된다.
상기 배출라인(130)에는 배출되는 열원 배출수를 적정한 압력으로 감소시킬 수 있도록 하는 감압밸브(17)와, 배출되는 열원 배출수의 온도를 감지하는 열원감지온도센서(18)가 형성된다.
외부열원용열교환기(2)에는 수조팽창탱크(16)에 저장된 물이 공급되는 원수관로(162)가 연결되고, 원수관로(162)에는 물을 적정한 압력으로 가압시켜 공급해줄 수 있도록 순환펌프(1)가 형성된다.
주열교환기(3)는 외부열원용열교환기(2)에서 열교환된 후 가열되어 중온의 온도를 갖는 온수를 공급받아 가열시켜 고온 온수로 변환시킨다.
주열교환기(3)는 내부에 버너(4)가 형성되고, 버너(4)에 공기를 공급하는 송풍기(5)와, 연료 가스를 공급하는 가스공급부가 형성되며, 상기 원수관로(162)와 연결되며 수회 절곡되어 이루어지며 버너(4)에 의해 가열될 수 있는 코일부(32)가 형성된다.
코일부(32)의 출구에 난방공급관(L1)이 연결되어 가열된 고온의 난방수가 공급되도록 한다.
난방공급관(L1)에는 급탕열교환기(9)에 공급되는 난방수의 흐름을 제어하는 급탕비례밸브(8)가 형성된다.
난방공급관(L1)에는 난방공간으로 공급되는 난방수의 흐름을 제어하는 난방비례밸브(11)가 형성된다.
급탕비례밸브(8) 및 난방비례밸브(11)는 난방 또는 급탕 작동 신호에 따라 개폐작동된다.
즉, 난방신호가 주어지면, 급탕비례밸브(8)는 닫히고 난방비례밸브(11)는 열리게 되어 급탕열교환기(9)로 공급이 차단되고 난방공급만 수행될 수 있다.
반대로 급탕신호가 주어지면, 난방비례밸브(11)는 닫히고 급탕비례밸브(8)는 열리게 되어 난방은 차단되고 급탕열교환기(9)로만 공급되도록 한다.
급탕열교환기(9)는 난방공급관(L1)에 연결되어 고온 온수로 급탕온수가 생성되도록 내부에는 외부의 직수가 공급되어 순환되는 순환부(92)가 형성된다. 순환부(92)는 다수의 격벽이 지그재그형태로 배치되고, 열매체 오일이 충진되어 구성된다.
급탕열교환기(9)는 일측으로는 난방공급관(L1)이 관통하여 결합되고, 타측으로는 직수공급관(94)이 관통하여 결합된다.
직수공급관(94)은 급탕열교환기(9)에 외부에서 직수를 공급하는 직수공급부가 일측에 연결되고, 급탕열교환기(9)에서 가열된 온수를 배출하는 온수공급관(L2)이 직수공급관(94)의 타측에 연결된다.
온수공급관(L2)은 급탕공간(400)에 연결되어 세면이나 샤워를 위한 온수를 공급할 수 있다.
직수공급부에 연결되어 급탕열교환기(9)로 공급되는 관로에는 유수감지기(12)가 형성되어 직수의 공급상태를 체크하도록 한다.
난방공급관(L1)은 각 방에 구비된 공급측 분배기(320)에 연결되고, 공급측 분배기(320)에서 분배되어 다수의 난방코일(340)로 공급되어 난방을 하게 된다.
난방코일(340)을 순환한 후 열을 잃은 난방수는 회수측 분배기(320)로 회수된 후 난방환수관(L3)을 통해 수조팽창탱크(16)로 이송된다.
난방환수관(L3)에는 난방리턴온도센서(10)가 형성된다.
이와 같이 구성된 본 실시예에 따른 냉난방장치의 제어방법에 대해 설명한다.
1단계)
외부열원이 공급되는 외부열원공급부(110)의 열원 공급라인에는 공급되는 열원수의 압력을 일정하게 조절하여 공급열량을 조정하는 감압밸브와, 주기적으로 비례제어밸브를 일정개도로 열어 열원수를 순환시킨다.
열원감지온도센서(18)에서 안정되게 감지하도록 하면서, 열원에 의한 운전 또는 보일러에 의한 운전을 선택한다.
2단계)
열원에 의한 운전이 가능한 온도일 경우,
난방공간(300)과 급탕공간(400)에 필요한 열량을 보일러(주열교환기(3))내의 난방공급온도 감지센서, 난방리턴 온도감지센서와 급탕온도 감지센서의 온도를 고려하여 열원 제어용 비레제어밸브(19)의 개도를 조절하여 조절될 수 있도록 한다.
3단계)
열원온도가 낮아 열원운전이 불가능할 경우,
임의의 적정한 온도(예 15℃)이하일 경우는 열원 선택용 삼방밸브(20)를 팬코일유닛(냉방공간) 방향으로 절환하여 팬코일유닛(냉방공간)에 냉방을 사용하도록 하고,열원밸브의 개도를 닫아 열원쪽으로 열손실이 발생하지 않도록 하면서 보일러가 가동되어 난방,급탕을 사용하도록 하여, 냉.난방을 동시에 사용하도록 선택한다.
4단계)
열원의 온도가 난방 사용중의 보일러 난방수의 리턴온도보다 높을경우 열원조절 비례제어밸브()를 최대로 열어 열을 공급하고, 보일러의 주열교환기(3)에서 재 가열하여 설정온도로 상승시켜준다.
이하 본 실시예의 몇가지 작동모드에 대해 설명한다.
[난방가동]
도 2는 실시예에 따른 중앙난방과 가정용 보일러를 병행하는 냉난방장치 및 이의 제어방법의 '난방 가동'을 나타낸 도면이다.
외부열원부(100)에서 열이 공급되는 상태에서 주열교환기(3)가 난방을 시행하기 위하여 제어부(22)의 "전원ON/OFF선택KNOB"를 온(ON)하고, "온수전용/난방겸용선택KNOB"를 난방겸용으로 선택하고,"설정대상선택KNOB"를 눌러 온(ON)한 후 설정하고자 하는 난방관수온도를 "관수온도조절dial"를 돌려 설정한다.
외부열원선택용 삼방밸브(20)가 제3유로(203)와 제2유로(202)를 통하도록 개방시킨다.
배출라인(130)을 통해 외부열원의 열이 외부열원용열교환기(2)에 공급되고, 수조팽창탱크(16)에서 순환펌프(1)를 통해 외부열원용열교환기(2)로 유입되어 열교환에 의해 가열된다.
외부열원용열교환기(2)에서 열교환을 마친 후 외부열원의 열은 비례제어밸브(15)의 개방에 의해 배출된다.
외부열원용열교환기(2)에서 가열된 온수는 주열교환기(3)로 유입되고, 버너(4)의 온 작동에 의해 가열되어 고온의 난방관수가 생성된다.
설정이 완료되면, 주열교환기(3)의 난방공급 온도센서(7)에서 감지된 온도가 난방설정온도보다 낮고, 주열교환기(3)가 가동될 조건(시간선택시 가동시간)에 해당될 경우,
주열교환기(3)의 메인콘트롤러에서 외부열원용 열교환기(10)의 지역난방측에 설치된 비례제어밸브(19)의 개도를 제어부(22)의 난방 설정온도와 주열교환기에 설치된 난방온도센서(7)에서 감지된 온도차에 의하여 개도를 열어 난방에 필요한 열을 외부열원용 열교환기에서 열교환되어 보일러에 전달되고, 전달된 열은 순환펌프(1)에 의하여 난방비례제어밸브(11)를 거쳐 난방공간에 전달된다.
이때 난방공급온도센서(7)에서 감지된 온도가 난방 설정온도보다 높을 경우에는 난방비례밸브(11)의 개도를 닫는 쪽으로 조절하여 최소 개도를 40%까지 자동 조절하여 난방 유량을 제어하여 배관중 소음 및 난방용량을 조절하여 난방공간의 설정온도를 맞추게 된다.
이때 난방측의 개도는 항상 처음 가동 시작시에는 100%부터 조절되며, 난방관수 온도가 설정온도에 도달되면 난방리턴온도센서(10)에 의해 감지된 온도와 난방공급센서(7)의 설정온도와의 온도차에 의하여 난방비례밸브(11)의 개도를 자동 조절하여 난방공급과 환수의 온도차를 약10℃ 정도로 조정하여 효율적이고 저소음으로 운전을 실시하게 된다.
외부 열원 이용시는 외부에서 공급되는 열량이 커 난방 가동중에도 온수를 동시에 공급할 수 있다.
주열교환기(3)의 가동 중 주기적으로 열원용 비례제어밸브(19)를 열원감지온도센서(18)가 감지할 수 있도록 개폐한다.
설정된 온도보다 낮을경우 외부열원이 공급이 되지않는 것으로 판단하여 열원용 비례제어밸브(19)를 닫고, 난방관수온도로 주열교환기(3) 내에 장착된 버너(4), 송풍기(5)를 가동하여 자동으로 외부열원을 대체하여 가동하게 된다.
[급탕 가동]
도 3은 실시예에 따른 중앙난방과 가정용 보일러를 병행하는 냉난방장치 및 이의 제어방법의 '급탕 가동'을 나타낸 도면이다,
외부열원부(100)에서 열이 공급되는 상태에서 주열교환기(3)가 급탕을 시행하기 위하여
제어부(22)의 "전원ON/OFF선택KNOB"를 온(ON)하고, "온수전용/난방겸용선택KNOB"를 난방 겸용 또는 온수전용으로 선택하고,
"설정대상선택KNOB"를 눌러 오프(OFF)한 후 급탕온도 설정를 선택한 후 "관수온도조절DIAL"를 돌려 온수온도를 설정한다.
온수온도가 설정이 완료되면 유수감지기(12)가 작동되면 난방비례밸브(11)을 난방환경에 맞추어 적정히 닫고 급탕비례밸브(8)을 100% 열어 온수를 급탕열교환기(9)로 흐르게 한다.
온수공급관의 급탕온도센서(13)에서 감지된 온도가 급탕설정온도보다 낮으면, 주열교환기(3)의 메인콘트롤러에서 외부열원용 열교환기(10)측에 설치된 열원 제어용 비례제어밸브(19)의 개도를 제어부(22)의 급탕온도센서(13)에서 감지된 온도와 온수온도설정값과의 차에 의하여 개도를 열어 급탕에 필요한 열을 제어하게 된다.
이때 급탕열교환기(9)를 통해서 직수측에 열을 전달하고, 전달된 열은 급탕온도센서(13)에 의해 감지되며, 감지된 온도에 의하여 열원제어용제어밸브(19)에 의해 조절되어 적정온도의 온수를 공급할 수 있다.
주열교환기(3) 가동 중 주기적으로 열원용 비례제어밸브(19)를 열원감지온도센서(18)가 감지할 수 있도록 개폐하여 설정된 온도보다 낮을경우 외부열원이 공급이 되지않는 것으로 판단하여 열원용 비례제어밸브(19)를 닫고 난방관수온도로 주열교환기(3) 내에 장착된 버너(4), 송풍기(5)를 가동하여 자동으로 외부열원을 대체하여 가동하게 된다.
[난방과 급탕 동시 가동]
도 4는 실시예에 따른 중앙난방과 가정용 보일러를 병행하는 냉난방장치 및 이의 제어방법의 '난방과 급탕 동시 가동'을 나타낸 도면이다.
외부열원부(100)에서 열이 공급되는 상태에서, 주열교환기(3)가 난방을 시행하기 위하여 제어부(22)의 "전원ON/OFF선택KNOB"를 온(ON)하고, "온수전용/난방겸용선택KNOB"를난방겸용으로 선택하고, "설정대상선택KNOB"를 눌러 온(ON)한 후 설정하고자 하는 난방관수온도를 "관수온도조절dial"를 돌려 설정한다.
난방관수온도가 설정되면 난방사용장소의 환경을 고려하여 난방환경의 온도로 조절할지 또는 주열교환기(3) 가동시간으로 조절할지 "실내온도조절방법선택knob"로 선택하고 "실내온도조절설정dial"을 이용하여 설정한다.
외부열원용 열교환기(2) 측으로 열원을 공급하기 위하여 외부열원선택용 삼방밸브(20)을 외부열원용열교환기(2) 방향으로 개방하면 외부열원용열교환기(2)를 통해서 보일러에 필요한 열을 공급할수있게 된다.
설정이 완료되면 주열교환기(3)의 난방공급 온도센서(7)에서 감지된 온도가 난방설정온도보다 낮고, 주열교환기(3)가 가동될 조건(시간선택시 가동시간)에 해당될 경우, 주열교환기(3)의 메인콘트롤러에서 외부열원용 열교환기(10)의 지역난방측에 설치된 비례제어밸브(19)의 개도를 제어부(22)의 난방 설정온도와 보일러에 설치된 난방온도센서(7)에서 감지된 온도차에 의하여 개도를 열어 난방에 필요한 열을 외부열원용 열교환기(2)에서 열교환되어 주열교환기(3)에 전달된다.
이렇게 전달된 열은 순환펌프(1)에 의하여 난방비례제어밸브(11)를 거쳐 난방공간(300)에 전달된다.
이때 난방공급온도센서(7)에서 감지된 온도가 난방 설정온도보다 높을경우에는 난방비례밸브(11)의 개도를 닫는 쪽으로 조절하여 최소 개도를 40%까지 자동 조절하여 난방 유량을 제어하여 배관중 소음및 난방용량을 조절하여 난방공간의 설정온도를 맞추게 된다.
이때 난방측의 개도는 항상 처음가동 시작시에는 100%부터 조절되며, 난방관수 온도가 설정온도에 도달되면, 난방리턴온도센서(10)에 의해 감지된 온도와 난방공급센서(7)의 설정온도와의 온도차에 의하여 난방비례밸브(11)의 개도를 자동 조절하여 난방공급과 환수의 온도차를 약10℃정도로 조정하여 효율적이고 저소음으로 운전을 실시하게 된다.
난방 가동 중 유수감지기(12)가 작동되면, 난방비례밸브(11)을 난방환경에 맞추어 적정히 닫고, 급탕비례밸브(8)을 100% 열어 온수를 급탕열교환기(9)로 흐르게 하며, 급탕온도센서(13)에서 감지된 온도가 급탕설정온도 보다 낮으면 주열교환기(3)의 메인콘트롤러에서 외부열원용 열교환기(10)측에 설치된 열원 제어용 비례제어밸브(19)의 개도를 제어부(22)의 급탕온도센서(13)에서 감지된 온도와 온수온도설정값과의 차에 의하여 개도를 열어 급탕에 필요한 열을 제어하게된다.
이때 급탕열교환기(9)를 통해서 직수측에 열을 전달하고 전달된 열은 급탕온도센서(13)에 의해 감지되며 감지된 온도에 의하여 열원제어용제어밸브(19)에 의해 조절되어 적정온도의 온수를 공급할수있다.
사용 중 유수감지기(12)가 오프(OFF)되면 온수대기 실내제어부(22)의 난방 설정상태로 복귀한다.
외부 열원이용시는 외부에서 공급되는 열량이 커 난방 가동중에도 온수를 동시 공급할수있다.
주열교환기(3) 가동 중 주기적으로 열원용 비례제어밸브(19)를 열원감지온도센서(18)가 감지할 수 있도록 개폐하여 설정된 온도보다 낮을경우 외부열원이 공급이 되지않는 것으로 판단하여 열원용 비례제어밸브(19)를 닫고, 난방관수온도로 보일러내에 장착된 버너(4),송풍기(5)를 가동하여 자동으로 외부열원을 대체하여 가동하게 된다.
[가정용 보일러 단독 난방 가동]
도 5는 실시예에 따른 중앙난방과 가정용 보일러를 병행하는 냉난방장치 및 이의 제어방법에서 중앙난방을 정지시키고 가정용 보일러만 난방가동시킨 도면이다.
순환펌프(1)의 온 작동에 의해 물이 주열교환기(3)에 공급되고, 버너(4)의 온 작동에 의해 가열된 후 난방공급관(L1)으로 고온의 난방관수가 공급된다.
급탕비례밸브(8)는 닫힘상태이고, 난방비례밸브(11)는 개방된 상태이므로 난방공간(300)으로 난방관수가 공급되어 난방을 실시하게 된다.
[가정용 보일러 단독 급탕 가동]
도 6은 실시예에 따른 중앙난방과 가정용 보일러를 병행하는 냉난방장치 및 이의 제어방법에서 중앙난방을 정지시키고 가정용 보일러만 급탕가동시킨 도면이다.
순환펌프(1)의 온 작동에 의해 물이 주열교환기(3)에 공급되고, 버너(4)의 온 작동에 의해 가열된 후 난방공급관(L1)으로 고온의 난방관수가 공급된다.
급탕비례밸브(8)는 개방된 상태이고, 난방비례밸브(11)는 폐쇄된 상태이므로 급탕열교환기(9)로 난방관수가 공급되어 직수를 가열하고, 가열된 직수는 온수공급관(L2)을 통해 급탕공간(400)에 제공된다.
한편 도 7은 실시예에 따른 중앙난방과 가정용 보일러를 병행하는 냉난방장치 및 이의 제어방법에서 외부열원이 냉수일때 가정용 보일러로 난방가동 상태를 나타낸 도면이고,
도 8은 실시예에 따른 중앙난방과 가정용 보일러를 병행하는 냉난방장치 및 이의 제어방법에서 외부열원이 냉수일때 가정용 보일러로 급탕가동 상태를 나타낸 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 외부열원선택용 삼방밸브(20)가 개방되어 외부열원부(100)의 배출라인(130)을 통해 냉수가 공급되어 팬코일유닛(21)을 경유한 후 외부열원공급부(110)를 통해 배출된다. 이때 비례제어밸브(19)는 폐쇄된 상태이다.
한편 순환펌프(1)의 온 작동에 의해 물이 주열교환기(3)에 공급되고, 버너(4)의 온 작동에 의해 가열된 후 난방공급관(L1)으로 고온의 난방관수가 공급된다.
급탕비례밸브(8)는 닫힘상태이고, 난방비례밸브(11)는 개방된 상태이므로 난방공간(300)으로 난방관수가 공급되어 난방을 실시하게 된다.
한편 도 8에 도시된 바와 같이, 외부열원선택용 삼방밸브(20)가 개방되어 외부열원부(100)의 배출라인(130)을 통해 냉수가 공급되어 팬코일유닛(21)을 경유한 후 외부열원공급부(110)를 통해 배출된다. 이때 비례제어밸브(19)는 폐쇄된 상태이다.
한편 순환펌프(1)의 온 작동에 의해 물이 주열교환기(3)에 공급되고, 버너의 온 작동에 의해 가열된 후 난방공급관으로 고온의 난방관수가 공급된다.
급탕비례밸브(8)는 개방된 상태이고, 난방비례밸브(11)는 폐쇄된 상태이므로 급탕열교환기(9)로 난방관수가 공급되어 직수를 가열하고, 가열된 직수는 온수공급관(L2)을 통해 급탕공간(400)에 제공된다.
따라서 본 실시예는, 보일러(주열교환기(3))의 가동을 조정 있어서 실내온도 조절 온도를 0℃에서 40℃까지 임의로 선택하여 사용하는데 값이 싼 외부열원으로 사용하면서 에너지 낭비가 심하게 고온으로 사용 할 수 있는바, 활동에 적합한 임의 온도(예23℃)이상으로 사용시 값이 비싼 연료로 사용하는 보일러(주열교환기(3))로만 가동되게 한다.
비록 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 청구의 범위에 속함은 자명하다.
2 : 외부열원용열교환기 3 : 주열교환기
9 : 급탕열교환기 20 : 외부열원선택용 삼방밸브
21 : 팬코일유닛 100 : 외부열원부
110 : 외부열원공급부 120 : 외부열원배출부

Claims (5)

  1. 외부열원이 공급되는 외부열원공급부와, 중앙에서 인입되는 고압을 감압하여 안정화하는 감압밸브와, 외부열원이 냉수로 공급될 때 팬코일 유닛부로 유로를 변경해주는 삼방밸브, 공급된 외부열원으로 보일러에 필요한 열을 전달해주는 외부열원용열교환기과, 외부열원의 인입량을 조절하는 비례제어밸브를 경유해서 배출되는 외부열원배출부가 형성된 외부열원부;
    상기 외부열원부에서 열교환을 마친 후 온도가 낮아진 외부열원이 외부열원배출부로 배출되도록 하면서 열원이 주열교환기에 공급되는 배관수를 1차 가열시키는 외부열원용열교환기;
    상기 외부열원용열교환기에서 열교환된 온수를 공급받아 보일러의 난방리턴온도보다 높을시 가열시켜 고온 온수로 변환시키거나,외부 열원수 온도가 낮아 직접 사용이 불가할 경우는 직접 난방 또는 급탕에 적합한온도로 가열하는 주열교환기;
    상기 주열교환기에서 가열된 고온 온수를 배출되는 난방공급관;
    상기 난방공급관에 연결되고, 상기 고온 온수로 열교환시켜 급탕온수가 생성되도록 하는 급탕열교환기;
    상기 급탕열교환기에서 배출된 급탕수가 공급되는 급탕공간;
    상기 난방공급관에 연결되는 분배기와, 상기 분배기에서 분기되는 다수의 난방코일이 형성된 난방공간;
    상기 외부열원부의 공급 열량, 주열교환기에서 공급되는 열량, 급탕열교환기에서 급탕으로 공급되는 열량을 연속적으로 비례제어로 작동을 제어하는 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 중앙난방과 가정용 보일러를 병행하는 냉난방장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 난방공급관에는 급탕열교환기에 공급되는 난방수의 흐름을 제어하는 급탕비례밸브와, 난방공간으로 공급되는 난방수의 흐름을 제어하는 난방비례밸브가 형성된 것을 특징으로 하는 중앙난방과 가정용 보일러를 병행하는 냉난방장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 열원수 공급라인에는 공급되는 열원수를 적정한 압력으로 감소시킬 수 있도록 하는 감압밸브와, 공급되는 열원수의 온도를 감지하는 열원감지온도센서가 형성된 것을 특징으로 하는 중앙난방과 가정용 보일러를 병행하는 냉난방장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 기재된 중앙난방과 가정용 보일러를 병행하는 냉난방장치를 이용하는 제어방법에 있어서,
    1단계) 열원 공급라인에는 공급되는 열원수의 압력을 일정하게 조절하여 공급열량을 조정하는 감압밸브와, 주기적으로 비례제어밸브를 일정개도로 열어 열원수를 순환시키면서, 열원감지용 온도센서에서 안정되게 감지하도록 하면서, 열원에 의한 운전과 보일러에 의한 운전,냉방운전을 선택한다.
    2단계) 열원에 의한 운전이 가능한 온도일 경우 난방공간과 급탕공간에 필요한 열량을 보일러 내의 난방공급온도 감지센서,난방리턴온도 감지센서와 급탕온도 감지센서의 온도를 고려하여 열원 제어용 비레제어밸브의 개도를 조절하여 조절될 수 있도록 한다.
    3단계) 열원온도가 낮아 열원운전이 불가능할 경우에서 온도가 15℃ 이하일 경우는 열원 선택용 삼방밸브를 팬코일유닛(냉방공간) 방향으로 절환하여 팬코일유닛(냉방공간)에 냉방을 사용하도록 하고,열원밸브의 개도를 닫아 열원쪽으로 열손실이 발생하지 않도록 하면서 보일러가 가동되어 난방,급탕를 사용하도록하여, 냉.난방을 동시에 사용하도록 선택한다.
    4단계) 열원의 온도가 난방 사용중의 보일러 난방수의 리턴온도보다 높을경우 열원조절 비례제어밸브를 최대로 열어 열을 공급하고, 보일러의 주열교환기에서 재 가열하여 설정온도로 상승시켜주는 것을 특징으로 하는 중앙난방과 가정용 보일러를 병행하는 냉난방장치의 제어방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 4단계에서, 상기 보일러의 가동을 조정함에 있어서 실내온도 조절 온도를 8℃∼ 40℃까지 임의로 선택하여 사용하고,
    18∼23℃ 이상으로 사용시 보일러로만 가동되게 하는 것을 특징으로 하는 중앙난방과 가정용 보일러를 병행하는 냉난방장치의 제어방법.

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